基于单片机的太阳能热水器控制系统设计

news2024/11/15 10:00:31

随着我国经济水平的不断提高，民众对生活质量的追求也在不断进步，对于现代家庭而言，热水器成为了必备的生活电器。目前市面上的电器主要是电热水器、燃气热水器以及太阳能热水器。就能源节约性能而言，太阳能热水器占据了绝对优势，这也将其功能单一且操作繁琐的劣势暴露出来。为解决这些现象，我们对基于单片机的太阳能热水器进行分析研究，在控制系统设计方面寻找更好的设计方案。

引言：太阳能热水器设计是以单片机AT89C52为核心控制器，通过该控制器将监测的水位、水温等信息进行运算处理，传送到单片机中。单片机的工作机制会生成两方面的工作指令。一是将检测到的基础信息在可视化框中显示出来，使使用者直观的了解到水温与存水量。二是将现有的水温水量等数据进行运算比较，根据运算的结果与标准值比对后下达工作指令，保证热水器的正常工作。

1 系统设计

1.1 系统的设计理念

针对单片机的太阳能热水器，我们采取自动控制系统，对水温、水位等数据进行监测，以确保其正常工作。

1) 水温显示

针对常规的太阳能热水器而言，一般会在点阵型液晶模块中显示水温，水温的标准范围一般在0 摄氏度到 99 摄氏度之间，而针对这种电子类产品，我们没有办法十分精确，所以允许存在几摄氏度的误差。

2) 水位显示

与水温显示相同的，热水器的存水量也是可以检测的。对目前市面上的太阳能热水器控制系统产品，本设计精度更高，水温、水位显示更详细。

1.2 硬件设计

太阳能热水器因利用节约型能源太阳能进行工作被认可，另外因其有无污染、使用方便、节约能源且经济成本低的优势，所以许多家庭选择太阳能热水器作为家庭使用的重要电器。本文中，单片机的太阳能热水器通过单片机AT89C52 为核心控制器将监测的水位、水温等信息进行运算处理，传送到单片机中。单片机的工作机制会生成两方面的工作指令。一是将检测到的基础信息在可视化框中显示出来，使使用者直观的了解到水温与存水量。二是将现有的水温水量等数据进行运算比较，根据运算的结果与标准值比对后下达工作指令，保证热水器的正常工作。

1.3 系统总体结构框架图的布局

太阳能热水器控制器主要由温度水位数据采集模块、单片机控系统和键盘显示电路及电机控制部分组成。我们选择性价比较高的单片机进行实验设计，制作软件核心控制系统。除作为主要控制系统的单片机外，我们还需选择性价比较高的传感系统，将水压产生的信号转化为电信号，最终转化为数据显示在点阵型液晶模块上。系统框图如图1 所示。

2 控制系统设计

基于单片机的太阳能热水器控制系统设计主要包括以下几部分：

2.1 温度监测电路设计布局

对于太阳能热水器而言，温度的管控是十分重要的。若想实现自动控制系统发布指令性内容对水温进行调节，必须确保水温的精准度以确保使用者的安全。温度监测部分的性能好坏直接影响系统的性能，基于单片机的太阳能热水器控制系统设计的温度检测部分，采用的是温度传感器DS18B20 ，通过温度检测电路对温度进行检测后，可以进一步对温度进行控制，利用电阻的大小来模拟相应的温度，通过调节电阻的大小来模拟温度的高低，利用ADC0831对电阻值的大小进行转换，转换后降数据传递至单片机，调节滑动电阻器改变电阻的大小，利用电阻的大小来模拟温度的高低。

2.2 水位控制电路设计

在水位控制电路中，利用电阻的大小来模拟水位的高低，对于电阻值的A/D转换，选用的是 ADC0803 ，和温度控制电路一样，也是通过调节滑动电阻器来改变电阻的大小，利用电阻值的大小来模拟水位的不同档位。

2.3 基于单片机控制系统的太阳能热水器

单片机作为节约型的太阳能热水器的核心控件，在选择时需要考虑各方面因素。目前市面上的单片机中种类众多，但时能够兼顾低成本、高体验且实用效果较强的高性价比机器确实不容易。部

分单片机虽然上手友好且实用较强但其经济成本颇高，有些价格优惠但使用体验较差，如 8301 单片机的电路复杂，便不符合便捷体验的要求。鉴于此，基于单片机控制系统的太阳能热水器以性价比较高的单片机AT89C52为核心控制器，进行广泛应用。

3 软件部分设计程序流程图设计

软件程序设计主要有 A/D 转换程序设计以及LCD1602 液晶显示的程序程序设计。其中，LCD1602 的程序设计包括写命令程序、写数据程序、初始化程序以及显示程序，现主要介绍DS18B20 的初始化程序、1602 的初始化程序和显示程序。系统主程序流程图如图2 所示。

4 基于单片机的太阳能热水器控制系统设计的分析

基于单片机的太阳能热水器是一款软硬件相适配的电子系统，他启用较为低配版的核心处理器，对热水器的水温进行实时监控，对不同水位挡位进行跟踪检测，点阵型液晶模块面板同步显示数据。针对上文中的分析，我们得出：

首先，基于单片机的太阳能热水器控制系统设计采取低配置但高性价比的核心单片机进行工作，其运行速度高、却小巧不占用空间，但在市场终端的表现良好，在众多太阳能热水器中，既能实现水温的可控可视化，又能对存水档位进行手动控制，满足绝大多数消费者的需求。其次，单片机是以较高的性价比为优势，只要环境不是过于不好的区域，均可以使用这款热水器。再次，太阳能热水器一般都具有操作复杂、功能单一的不足，但是该款基于单片机的太阳能热水器简化了电路设计，在保障安全系数的同时，提升了软件的便利度，便于操作，体验友好。最后，就是该太阳能热水器还增添了许多模块，不仅能够看到水温水量，还能进行自动化控制，可以使太阳能热水器的智能化大大提高。