摘 要：近年來，建筑供熱能耗不斷下降，太陽能熱利用產品性能日益提高，太陽能供熱逐漸受到人們的重視。本設計中使用太陽能供熱系統(tǒng)由現(xiàn)場設備的檢測，傳感器采集信號、單片機控制系統(tǒng)構成。使用傳統(tǒng)的STC89C52來實現(xiàn)溫度信號的采集，處理控制繼電器以及加熱設備的開斷，并且在蓄電池能源不夠的時候通過切換市電來保持室內溫度從而達到節(jié)能。

關鍵詞：節(jié)能；太陽能；能源切換

中圖分類號：TM923.4

在和平與發(fā)展成為兩大主題的當今世界，發(fā)展面臨著前所未有的良好機遇和嚴重挑戰(zhàn)，能源短缺、資源枯竭、環(huán)境污染等問題已嚴重影響人們的生活和制約社會的發(fā)展。面臨著環(huán)境保護與能源短缺的雙重壓力。要利用當前天下較為太平的大好形勢加速發(fā)展，就必須在保護環(huán)境的前提下加快能源建設。

1 光電互補供熱系統(tǒng)各工作模塊簡介與選擇

1.1 主控芯片模塊

AT89S52作為普通51單片機已與廣泛應用于各種產品中，其接口簡單，方便使用，且功能強大，因此本系統(tǒng)采用AT89S52單片機作為主控制芯片。與MCU-51單片機產品兼容、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、1000次可擦寫周期、全靜態(tài)操作：0HZ-33HZ、三級加密程序存儲器、32個可編程I/O口、三個16為定時器/計數(shù)器八個終端源、清爽工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電以后中斷可喚醒看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標示符。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。

1.2 溫度傳感器的選擇

DSl8820是由美國DALLAS（達拉斯）公司生產的高性能單線數(shù)字式溫度傳感器。該傳感器提供9到12位溫度讀數(shù)；可實現(xiàn)-55°C到+125°C范圍內的溫度測量，增量值為0.5°C。現(xiàn)場測量的溫度值通過單總線接口傳給微處理器，多個DSl8820可以存在于同一條單線總線上。因此，在實際應用中可以在多個不同的地方放置DSl8820，并將這些傳感器接在同一條單線總線上，由一個單片機進行控制。對DSl8820數(shù)字傳感器供電有兩種方式：一是寄生電源供電；二是外部電源供電。每個DSl8820在出廠時都有一個唯一的64位編號，存放在內部ROM中。

1.3 液晶顯示模塊的選擇

1602液晶模塊作為單片機系統(tǒng)中比較常用的模塊。有著方便操作、時序功能簡單的特點，雖然沒有內置中文字符庫，以及過大的顯示屏幕。但是對于本設計中顯示溫度以及報警狀態(tài)的需求已經綽綽有余。

不同生產1602液晶的廠家，由于使用不同的液晶驅動器。其讀寫時序有細微差別，單片機的高速運行。這種差差別很小，只需處理好這種快速器件與慢速器件的時序。這種差別可以忽略，寫時序操作時：從寫操作時序操作以看出，只要寫操作之前。相應的RS，R/W信號線準備好.同時在DBO-DB7有效時。讓EN腳的電平由低空高后。再高變低，就以向1602型液晶寫數(shù)據(jù)。讀數(shù)據(jù)時與寫數(shù)據(jù)差不多。只是RW信號不一樣。再利用單片機的高速性，讀或寫命令后，立即拉低En電平，但此時數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)沒有消失，因為兩條指令時間相隔納秒級。這樣總線上的數(shù)據(jù)或者指令就可以被準確寫入或讀出。利用單片機的高速型和液晶的低速控制方式這兩點相結臺。成功用單片機對1602液晶進行了控制顯示。

1.4 太陽能電板的選擇

市面上現(xiàn)有的太陽能板大都數(shù)分為單晶硅與多晶硅兩種。硅電池進展的重要原因之一是表面鈍化技術的提高，此外，倒金字塔技術、雙層減反射膜技術以及陷光理論的完善也是主要原因。該電池集中了非晶硅和單晶硅電池的優(yōu)點，在大面積上獲得了接近21%（的高效率）最值得注意的是，這種電池近年來商業(yè)化生產速度發(fā)展很快，僅僅兩三年時間，產品已占整個光伏市場的5%。

價由于多晶硅材料制造成本低于單晶硅材料，同時能直接制備出適于規(guī)?；a的大尺寸方型硅錠，設備簡單，制造過程簡單省電、節(jié)約硅材料，因此比單晶硅電池具有更大降低成本的潛力。

1.5 變壓器的選擇

選定12V 165W的低壓加熱器，既保證了用戶的安全又保證了模型的正常運行。光電互補設備中除了太陽能轉蓄電池電能以外，在蓄電池電壓不足時將使用市電作為能源。

線性電源主要包括工頻變壓器、輸出整流濾波器、控制電路、保護電路等。線性電源是先將交流電經過變壓器變壓，再經過整流電路整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓，要達到高精度的直流電壓，必須經過電壓反饋調整輸出電壓，這種電源技術很成熟，可以達到很高的穩(wěn)定度，波紋非常的小，而且沒有干擾與噪音。而且變壓部分采用傳統(tǒng)的繞線式變壓需要龐大而笨重的變壓器，所需的濾波電容的體積和重量也相當大，電壓反饋電路是工作在線性狀態(tài)，MOS管工作在放大區(qū)，通過輸出的負反饋來微調MOS管的放大狀態(tài)，則可以得到輸入與輸出非常好的線性關系但是也因為MOS管工作在放大區(qū)，調整管上有一定的電壓降，在輸出較大工作電流時，致使調整管的功耗太大，轉換效率低，還要安裝很大的散熱片。

2 硬件電路的設計與原理

2.1 比較電路的設計

因為系統(tǒng)需要進行能源的轉換，當電池電壓不足12V的時候則需要自動切換成市電來保證加熱器的正常工作。設計中的方案是通過一個電壓比較器來完成。使用12V的市電加上電阻分壓作為參考電壓。分壓后電壓為11V。當電池電壓大于11V時比較器輸出高電平驅動三極管使得繼電器觸電吸合，當小于11V時輸出低電平三極管無法導通線圈斷開，使用市電功能。從而達到能源的切換。

2.2 穩(wěn)壓電路的設計

一般的直流信號里面都有一定的雜波以及紋波，其大小影響著直流信號的好壞。設計中電壓比較器比較的電壓范圍在12V-11V，區(qū)間較小。若有較大的紋波則會影響比較器的判斷，在220V轉12V的市電中，開關電源的輸出自帶穩(wěn)壓電路，可以保證輸出的12V電壓中紋波系數(shù)較少。但是對于蓄電池輸出的電壓中紋波的成分相對很大。所以在蓄電池輸出電路的檢測中需要加上穩(wěn)壓電路。

穩(wěn)壓電路如圖1所示，電路選用傳統(tǒng)的LM7812穩(wěn)壓芯片。此芯片內含過熱、過載、過熱保護當帶散熱片時輸出電流可達1A。輸出電壓可調范圍1.23V-37V（HV型號的可達57V），負載電壓的輸出容差最大為±4%，可作Buck-Boost式 正-負電壓轉換器。

VIN為輸入電壓端，為減小輸入瞬間電壓和給調節(jié)器提供開關電流。

OUTPUT為穩(wěn)壓輸出端，輸出高電壓為VIN-VSAT，輸出低電壓為0.5-3V。

GND為電路地。

2.3 加熱器開關電路

加熱器開關電如圖2所示。三極管9013以及9012有：集電極-基電壓50V、射極-基極電壓5V、集電極電流0.03A、耗散功率?。?.4W）的優(yōu)點，而且單片機輸出管教能夠直接驅動基級，所以選用此類管子能夠很好地滿足需求。

當單片機收到傳感器溫度過低的信號時某一管腳向外發(fā)出高電平。通過保護電阻R1驅動三極管9013導通使得Q2基級電壓為0三極管9012（Q2）導通。12V電壓得以加給繼電器正負兩端，線圈閉合，加熱器R8工作。

2.4 整體硬件電路

整體硬件電路總圖如圖3所示。當室外溫度低于設定溫度時，單片機收到信號。P3.0管腳發(fā)出高電平使得三極管Q1導通這樣Q2上的B級就呈現(xiàn)輸一個低電平則Q2也導通，繼電器觸點通電開關被吸合，加熱電路導通。當電池電壓處于11.5V以下時電壓比較器開始工作，輸出高電平三極管Q3導通繼電器2線圈通電，開關被吸合加熱器功能由電池供電切換為市電供電，達到功能的切換。

3 結束語

太陽是自然界中分布最廣的一種清潔可再生能源，我國西北地區(qū)目前的供暖還是使用煤炭采暖，嚴重的污染了環(huán)境，而這些地區(qū)有著十分豐富的太陽能資源。

市面上大多數(shù)太陽能產品都是直接供能，或者是整個太陽能系統(tǒng)給單一設備供能，不具有系統(tǒng)性。本設計所提出的光電互補供熱系統(tǒng)在能源充足的情況下可以很好地支持所有家用電器，使其給房間加熱只是其中一個比較有代表性的作用，達到真正的太陽能供電。因此大力推廣太陽能采暖系統(tǒng)，對節(jié)約常規(guī)能源不僅具有巨大的經濟效益，而且具有明顯的社會效益和環(huán)境效益。

參考文獻：

[1]李世一，楊曼輝.集中供熱系統(tǒng)的節(jié)能措施[J].赤峰學院學報（自然科學版），2008（12）.

作者簡介：白彥霞（1979-），女，河北晉州人，碩士研究生，講師，主要研究方向：信息檢索、檢測及儀表；張秋菊（1982-），女，山東人，碩士研究生，講師，主要研究方向：信息處理；鄧立晨（1992-），男，江西南昌人，學士學位，本科在讀。

作者單位：燕京理工學院 信息科學與技術學院，河北廊坊 065201

基金項目：廊坊市科技支撐計劃項目（項目編號：2013011027）。