基于单片机的太阳能热水器自动上水系统设计

严冬+赵玉荣+陈润+金建+马敏

摘要：老式的热水器不仅不能精确需要的水温，而且还有一定的危险性。太阳能热水器是一种采用STC89C52单片机作为控制器，能够精确提供用户所需温度的温水。所需温度高于当前采集的水温时，光照充足，启动太阳能加热，光照较弱或无光时，启动电加热。并且通过水位探测针实时检测水位，自动上水，基本实现了智能控制功能。

关键词： STC89C52；DS18B20；太阳能热水器；LCD1602

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）32-0255-02

Design of Control System for Solar Water Heater Based on Single Chip Microcomputer

YAN Dong， ZHAO Yu-rong， CHEN Run， JIN Jian， MA Ming

（School of Electronics and Communication Engineering， Anhui Xinhua University， Hefei 230088， China）

Abstract： The old water heater can't accurate need not only is warm， and there is a certain risk. Solar water heater is a kind of the STC89C52 single-chip microcomputer as the controller， can provide users need precise temperature of warm water. When the required temperature is higher than the current collection of temperature， light enough， start the solar heating， light is weak or matte， start the electric heating. And through water probe real-time detection level， automatic water， basic realize the intelligent control function.

Key words： STC89C52； DS18B20； solar water heater； LCD1602

随着科学技术的进步，越来越多的新型热水器出现在市场上，至今，更是出现智能热水器，更人性方便化，更便捷。安全、节能、稳定、高效、也不断成为发展的目标[1]。

随着太阳能热水器的广泛应用，发现在极端恶劣天气下，所提供的热水温度不是很高，比所在环境温度高十几到二十几度，这部分温度的能量利用价值很大。因此人们开始研究将太阳能加热与燃气加热或电加热结合。在太阳能提供温度无法满足需要时，通过电加热或燃气加热满足人们生活用水的需要。

1 系统设计方案及硬件设计

本设计以STC89C52单片机为核心器件，控制系统的主要分为显示模块、水位检测模块、光敏检测模块、加热模块、温度检测模块、按键及报警电路构成。利用了单片机实现了温度和水位的自动控制，太阳能加热和电加热的自动切换。采用LCD1602字符型液晶实时显示水温水位。光敏电阻加上继电器开关来实现加热电路的通断的，当光照强度超过预设的阈值，启用太阳能加热。在光照不足的情况下，通过继电器控制外部加热电路，方便用户的使用，用户也可根据需要利用按键进行定时。设定各种报警功能，包括开始加熱报警，加热完成时报警。

1.1 太阳能和电加热模块

太阳能加热模块采用的是光敏电阻和继电器来模拟实现，光敏电阻是一种随着光照的变化，阻值也随之变化的一种特殊的电子元器件，当光照强度变强时，电阻变小；光照变弱时，电阻变大。通过LM393比较器[2]，对比电压的大小，继而控制继电器的通断，来控制电加热继电器的开关和闭合。该模块直接与的继电器加热模块相连。通过光敏检测模块来检测光照的强度，当光照强度超过预设的阈值，关闭电加热，模拟启用太阳能加热。

通过加热继电器来控制加热棒的电源通断，从而实现加热的自动化。单片机的P1.6口连接的加热控制继电器。当温度下限时，单片机端口输出低电平，在三极管的作用下，电路导通，继电器内部吸合，外部电路被接通，加热棒电源接通过后立刻开始加热。反之，继电器电源断开，则松开开关，外部电路断开，加热棒停止加热。

1.2 水位检测及自动注水电路

通过利用PNP型的三极管截止状态。当水位从2（低水位）浸没到3（高水位）的位置时，此时三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，基极电流不为零， P2.0端口就由高电位变成低电位[3]。单片机判断为高水位，水泵停止工作。当水低于2时（低水位），加在三极管发射结的电压比PN结的导通电压小，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时候失去了电流放大作用，集电极和发射极相当于断开状态，此时，P2.1端口为高电平，水位检测的结果是低水位，开始自动注水[4]。实现自动注水。当水位低于低水位时加热棒不加热，以防干烧。水位达到最高水位时，水泵继电器断开停止注水。

2 系统的软件设计

所有模块初始化读取温度并显示。对水位探针读取的水位进行对比，当水位低于设定的低水位时，开始注水，直到高水位。只有当水位高于低水位时，进行下一步操作，开始进行温度检测[5]。当检测到温度低于设置的最低温度时，开始检测是否有光照，光照较强时启动用太阳能加热，光照较弱时则开始电加热，加热同时蜂鸣器告警1.5秒。电加热加热到设置的最高温度时，也立刻报警发出六次滴滴声并停止加热。如图4所示为单片机主程序流程图。

3 测试

对实物进行测试。分别进行以下几种操作：

第一步：自动注水测试，模拟进行水位低于低水位时的情景，水泵继电器开始工作，水泵自动注水。当水的表面低于低水位时，水泵继电器的指示灯亮，水泵发出嗡嗡的声音，水泵开始注水。满足要求。

第二步：加热测试，当水位高于低水位，同时温度低于下限时，当光照较强时，启动太阳能加热；当光照较弱时，启动电加热。

当光照充足时，光敏继电器断开，加热继电器电路电源断开，不启动电加热，采用太阳能进行加热。当光照较弱时，此处用手握住光敏电阻模拟，光敏检测模块蓝色指示灯亮起，光敏继电器闭合，加热继电器电路电源接通，加热继电器自动闭合，指示灯亮加热棒开始加热。同时，当断开太阳能模块开关时，切换为电加热，即使有光照也可以启动电加热。如图5所示。当加热到设置的上限温度时，立刻停止加热，蜂鸣器滴滴滴六声告警，系统进入实时检测的状态，温度实时的显示。

参考文献：

[1] 龚婵媛.基于步进电机的太阳能热水器智能控制的研究[D]. 南昌：南昌大学，2012.

[2] 李全利.单片机原理及接口技术[M]. 北京：高等教育出版社，2003.

[3] 张毅刚.单片机原理及应用[M]. 北京：高等教育出版社，2012.88-90.

[4] 华磊.太阳能热水器智能控制装置[D]. 南宁：广西大学，2012.

[5] 饶庆和.89C51单片机实用技术[M]. 北京：人民邮电出版社，2003.endprint