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一种新型太阳能热水器控制电路的设计

作者：饶钻万

来源：《中国教育技术装备》2011年第12期

摘要 随着人们生活水平的提高，各种热水器的使用已相当普及。与之相配套的控制仪也相继问世。然而，目前市场上的各种热水器控制电路还与理想要求相差甚远。消费者需要真正的“自动”控制，以实现使用的最简单化。就像家用电视机、电冰箱一样，接通电源、设定完毕就不用再操心了。太阳能热水器作为三大热水器之一，因其无污染、使用方便、长期投入成本低等特点，而越来越受到人们的青睐，但与之配套的控制器却还一直处于研究和开发阶段，为解决水温水位的自动控制问题，本电路专门设计水温的实时监测，并在设计中将水位多级化，实现更精确的测量。本次设计运用AT89C52单片机，设计一种自动控制电路，该电路用于太阳能热水器。当使用热水器时，可以自动进行温度检测和液位检测，使太阳能自动补水或排水，真正做到最简单化。并且该电路易于扩展，可实现多点的温度检测，或者更多点的液位检测。文章详细介绍基于单片机的太阳能热水器自动控制系统组成、硬件设计。 中图分类号：TK515 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2011)12-0091-04 关键词 单片机；自动控制；太阳能热水器；温度检测

Design of A New Type of Solar Energy Water Heater//Rao Zuanwan

Abstract With the socio-economic development, modern agricultural production can not be

separated from environmental control, this article in the greenhouse at home and abroad to conduct in-depth analysis of intelligent control based on the existence of intelligent control for greenhouse many factors, the intelligent sensor monitoring and single-chip control by combining single-chip based on the temperature detection system design. The system uses a hierarchical, modular design, the entire system by the data acquisition system, single-chip control system, computer monitoring system.

System to single-chip microcomputer as the core to a number of temperature and humidity sensor as a measurement component, through the single-chip smart sensor and connected to the storage collection of intelligent sensor measurement data. In single-chip system, but also the realization of the extended stored procedures, data, real-time display, alarm and data overrun voice auxiliary storage. Single-chip computer as a monitor connected with the center of intelligent sensors.

Key words single-chip microcomputer; autocontroller; solar energy water heater; temperature measurement

Author’s address Fujian Normal University in Fuqing, Fuzhou, China 350300

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在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点。在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的，其产业化进程也较光伏电池、太阳能发电等产业领先一步。 太阳能热水器已成为我国第一个实现商业化的可再生能源产业。自1998年起，中国就成为太阳能热水器第一大制造和消费的市场，现已经发展成为一个重要的产业。目前，太阳能热水器与电、燃气热水器三分热水器市场。2007年，我国太阳能热水器年产量达2 340万平方米，比2006年同期增长30%；总保有量达10 800万平方米，比2006年同期增长20%；市场销售额约为320亿元人民币。

目前，太阳能热水器控制系统一直处在研究与开发阶段。市面上绝大多数的控制器结构简单，功能单一，智能化程度低下，用户界面不人性化，只具有液位显示功能，不具有温度显示功能。并且当水位加到一定程度时也没有什么措施，只能通过手动的方法来控制水位的高度。根据以上情况，开发出一种太阳能热水器智能控制系统，解决目前市面上太阳能热水器控制系统存在的问题。

1 系统设计

1.1 设计原理

太阳能热水器自动控制电路采用AT89S52单片机作为控制核心，外围加蜂鸣器控制电路、数码显示电路、水位检测电路、电机控制电路、按键电路、温度检测电路等。数码管实时切换显示当前温度与当前液位。当液位过高时，蜂鸣器报警，并且电机反转进入排水过程；当液位过低时，蜂鸣器报警，并且电机正转进入进水过程。本系统设计简单，成本低，性能优良，具有一定的稳定性和实用性。 1.2 基本原理框图

1）太阳能热水器控制装置主要组成。由单片机、显示电路、按键电路、蜂鸣器电路、电机电路、液位检测电路、温度检测电路、电源电路组成，如图1所示。

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2）太阳能热水器控制装置的工作原理。接通电源后，显示当前水位，水位被分为16个点。并且显示当前温度。液位显示与温度的显示切换进行。当水位显示低于或等于1时，蜂鸣器报警，并且电机正转，表示进水；当水位显示高于或等于15时，蜂鸣器报警，并且电机反转，表示排水。液位检测利用CD4051电路实现。 1.3 各部分电路原理

1）最小系统。太阳能热水器控制电路数控部分采用AT89S52单片机作为控制核心。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8 k在系统可编程Flash存储器[1-2]。AT89S52具有以下标准功能：8 k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口，看门狗定时器，2个数据指针，3个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0 Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，单片机停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8位微控制器8 k字节为在系统可编程Flash。

所谓最小系统就是指由单片机和一些基本的外围电路所组成的一个可以工作的单片机系统。一般来说，它包括单片机、晶振电路和复位电路[3]。①晶振电路：AT89S52片内有一个由高增益反相放大器构成的振荡电路。XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入输出端。其振荡电路有2种组成方式：片内振荡器和片外振荡器。②复位电路：在RST输入端出现高电平时实现复位和初始化。