任興寶 李姿 張旭

沈陽(yáng)工學(xué)院

基于單片機(jī)的家用熱水節(jié)能系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

任興寶 李姿 張旭

沈陽(yáng)工學(xué)院

現(xiàn)代的家庭熱水主要由太陽(yáng)能加熱為主，但是對(duì)于極端天氣的出現(xiàn)影響著這些家庭用戶的熱水使用。然而在某些地區(qū)又集中使用燃?xì)饧訜岱绞綖橛脩籼峁崴@種供水方式雖然不受天氣條件影響但不能做到低碳環(huán)。鑒于以上的種種情況，將太陽(yáng)能與燃?xì)饨Y(jié)合使用為用戶提供熱水具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

單片機(jī) 太陽(yáng)能 燃?xì)饧訜?/p>

1 設(shè)計(jì)背景

現(xiàn)階段社會(huì)中太陽(yáng)能熱水器已經(jīng)被大多數(shù)家庭所接受，但在單獨(dú)使用太陽(yáng)能熱水器為家用提供熱水的過(guò)程中主要存在極端氣候天氣使太陽(yáng)能熱水器提供的水溫不高的情況，嚴(yán)重影響了人們的用水需求。另外，隨著人們生活水平的提高，南方的很多城市也開(kāi)始大量使用采暖爐進(jìn)行冬季室內(nèi)空調(diào)，但目前的天然氣供應(yīng)又不能完全滿足采暖的要求?；谝陨系男枨?，將太陽(yáng)能與燃?xì)饧訜徇M(jìn)行有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能源的充分利用，讓太陽(yáng)能和燃?xì)饧訜嵯噍o相成，滿足人民生活用水的需求。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

此系統(tǒng)針對(duì)家用熱水供應(yīng)的穩(wěn)定性進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用傳感器實(shí)時(shí)采集室外溫度，當(dāng)溫度低于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的限制時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)燃?xì)饧訜岱绞?，保證用戶熱水的供應(yīng)，當(dāng)室外環(huán)境適宜時(shí)及時(shí)切換到太陽(yáng)能加熱方式，為用戶節(jié)約能源，提高系統(tǒng)的使用率，保證用戶熱水的正常供應(yīng)。

本系統(tǒng)以STC89C51芯片為核心，硬件設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)控制系統(tǒng)、溫度檢測(cè)模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、報(bào)警和執(zhí)行模塊等。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用STC89C51單片機(jī)為系統(tǒng)的核心控制器。單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)芯片、復(fù)位電路和晶振電路，單片機(jī)內(nèi)部采用12MHz時(shí)鐘頻率，通過(guò)軟件構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)鐘。

2.2 溫度檢測(cè)模塊

本系統(tǒng)采用DS18B20作為溫度檢測(cè)傳感器，DS18B20內(nèi)部集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器，直接通過(guò)2引腳將采集到的溫度信號(hào)與單片機(jī)相連。當(dāng)檢測(cè)到的外界實(shí)時(shí)溫度低于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的限值時(shí)，系統(tǒng)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)切換至燃?xì)饧訜岱绞綖橛脩籼峁崴?/p>

2.3 按鍵模塊

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了三個(gè)按鍵，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)限值的加、減和切換功能。按鍵模塊采用低電平有效的獨(dú)立式按鍵，分別和單片機(jī)的P2.0-P2.2相連。

2.4 報(bào)警模塊

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了報(bào)警模塊，用來(lái)實(shí)現(xiàn)當(dāng)水箱中的溫度超限時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警用以提醒用戶。其報(bào)警模塊電路原理圖如圖2所示。

圖2 報(bào)警模塊電路原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中使用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，其具有簡(jiǎn)潔緊湊、靈活方便、可移植性好、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)設(shè)計(jì)軟件流程圖，分析系統(tǒng)功能，經(jīng)軟件調(diào)試無(wú)誤后植入單片機(jī)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集與處理、報(bào)警等功能。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了一套集傳感器數(shù)據(jù)采集、微處理器自動(dòng)處理和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的家用熱水控制系統(tǒng)裝置。通過(guò)太陽(yáng)能和燃?xì)饧訜嵯嘟Y(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)家庭使用熱水的保證，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了能源的節(jié)約，體現(xiàn)了綠色環(huán)保的理念。

[1]李群芳.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001

[2]張嵩偉.提高家用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)能效的方法研究[J].江蘇科技信息社,2014,13

[3]周伯俊.物聯(lián)網(wǎng)家用太陽(yáng)能熱水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2015,22

[4]李彬.家用太陽(yáng)熱水系統(tǒng)檢測(cè)方法探討[J].中國(guó)科技信息,2010,16

任興寶，（1994-），男，漢族，四川南充人，沈陽(yáng)工學(xué)院信息與控制學(xué)院學(xué)生，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，研究方向：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制。

李姿（通訊作者）（1982-），女，遼寧沈陽(yáng)人，講師，碩士研究生，現(xiàn)主要從事電氣工程及其自動(dòng)化方面的相關(guān)教學(xué)工作。