太阳能热水器控制系统的设计
时间：2020-10-05 06:32:08 来源：达达文档网 本文已影响 人 
郑大伟
摘 要：本设计以低成本集成单片机STC89C51为核心，对太阳能热水器水箱的温度、水位等参数进行实时监测、显示，并通过单片机发出指令执行上水与加热命令。
关键词：STC89C51;监测;太阳能热水器
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.074
在日益繁华的今天，我们对于不可再生能源的使用过于迅猛，以致于不可再生能源的储备在急剧减少。为此，我们需要增强对可再生能源的利用，太阳能就是一个很不错的选择。而对于太阳能的利用，太阳能热水器更是不可或缺的部分。
1 设计方案
以STC89C51单片机为核心，将水位检测器和温度检测器传来的信号进行A/D转换，再将转换的信号送入单片机。通过与设定的温度与水位进行对比，根据结果发出上水和加热的指令，使得温度与水位在控制范围内。另外设置有LED显示屏显示实时温度、温度上限、温度下限和预约时间，并配置有键盘输入可以更改预约时间、温度上限和温度下限的设定值。
2 硬件设计
（1）电源电路。电源分为很多种，不同的分类方法可以将电源划分的更加细，对电源的理解也更加清晰。如果按照连接方法的话，可以将其分为串联型和并联型。如果按照工作状态的话，可以将其分为线性稳压电路和开关稳压电路。本设计中，我们采用的是线性工作状态的线性集成稳压电源。
（2）按键电路。本设计采用的是独立式按键。这种按键的结构非常简单，如图，它的1脚和2脚是接通的，3脚和4脚是接通的。当我们按下按键时，它的1、2、3、4脚都会接通。这样的结构使得它的每个按键相对独立，这样它们的工作不会影响其它I/O口线的状态，因此使用时更加简单方便。
（3）水温检测电路。本设计是用常用的温度传感器DS18B20对水箱的水温进行采集，接着将其提供给STC89C51单片机，然后单片机根据水温执行其他操作。
（4）水位检测电路。水位检测模块利用LM393电压比较器。1脚2脚3脚为一个电压比较器，5脚6脚7脚为另外一个电压比较器。低水位检测原理就是2脚与3脚电压比较，当2脚的电压高于3脚时，1脚输出一个低电平。3脚的电压采取的是一个电位器的电压，可随意调节。2脚接的是水位传感器，当传感器检测到水之后电压变高很多，2脚电压就会高于3脚，1脚就会输出一个低电平，即p3.6口检测到一个低电平，程序检测低电平执行相应程序。高水位检测原理与低水位基本相同。这就是水位检测模块的原理了。
（5）报警电路。当温度超过设定的上限时电路会报警，提示水温过高，并停止加热。当温度低于设定的温度下限时电路会报警，提示水温过低，并开始加热。当水位低于设定的水位下限时电路会报警，并开始加水。当水位高于设定的水位上限时电路会报警，并停止加水。
3 软件设计
软件设计方面由主程序、显示部分程序、按键部分程序、报警部分程序、继电器工作部分程序组成。主程序初始化数值后通过按键程序设置温度上下限，接着传感器的数據传入单片机的显示程序进行显示，然后通过单片机内部比较控制继电器部分和报警部分工作，延时后进行循环。
（1）主程序（图4）。
（2）显示程序（图5）。
（3）按键程序（图6）。
（4）报警程序（图7）。
（5）继电器工作程序（图8）。
4 总结
为了降低成本，本设计用的是STC89C51单片机，通过对外部电路的设计与相应的软件编程，对工业环境中温度、水位等参数进行实时监测、显示，再通过A/D转换向单片机传输电信号，根据得到的信号进行程序控制。本设计的系统结构简单合理、操作方便、性能安全可靠、运行稳定。
随着时代的发展，不可再生能源被过多的消耗，我们需要寻可再生能源进行利用，太阳能就是理想的能源。而对于太阳能的利用，太阳能热水器更是占了很大的比重。我国国土辽阔，人口众多，太阳能更是相当富有。所以我们应该加强对太阳能热水器的研究，更好的利用太阳能造福国民。
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