任興寶 李姿 張旭

沈陽工學(xué)院

基于單片機的家用熱水節(jié)能系統(tǒng)的研究與設(shè)計

任興寶 李姿 張旭

沈陽工學(xué)院

現(xiàn)代的家庭熱水主要由太陽能加熱為主，但是對于極端天氣的出現(xiàn)影響著這些家庭用戶的熱水使用。然而在某些地區(qū)又集中使用燃氣加熱方式為用戶提供熱水，這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，將太陽能與燃氣結(jié)合使用為用戶提供熱水具有重要的現(xiàn)實意義。

單片機 太陽能 燃氣加熱

1 設(shè)計背景

現(xiàn)階段社會中太陽能熱水器已經(jīng)被大多數(shù)家庭所接受，但在單獨使用太陽能熱水器為家用提供熱水的過程中主要存在極端氣候天氣使太陽能熱水器提供的水溫不高的情況，嚴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始大量使用采暖爐進行冬季室內(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?，將太陽能與燃氣加熱進行有機結(jié)合，實現(xiàn)能源的充分利用，讓太陽能和燃氣加熱相輔相成，滿足人民生活用水的需求。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

此系統(tǒng)針對家用熱水供應(yīng)的穩(wěn)定性進行設(shè)計，利用傳感器實時采集室外溫度，當(dāng)溫度低于系統(tǒng)設(shè)計的限制時系統(tǒng)自動啟動燃氣加熱方式，保證用戶熱水的供應(yīng)，當(dāng)室外環(huán)境適宜時及時切換到太陽能加熱方式，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)計主要包括單片機控制系統(tǒng)、溫度檢測模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、報警和執(zhí)行模塊等。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計框圖

2.1 單片機最小系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用STC89C51單片機為系統(tǒng)的核心控制器。單片機最小系統(tǒng)包括單片機芯片、復(fù)位電路和晶振電路，單片機內(nèi)部采用12MHz時鐘頻率，通過軟件構(gòu)成系統(tǒng)時鐘。

2.2 溫度檢測模塊

本系統(tǒng)采用DS18B20作為溫度檢測傳感器，DS18B20內(nèi)部集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器，直接通過2引腳將采集到的溫度信號與單片機相連。當(dāng)檢測到的外界實時溫度低于系統(tǒng)設(shè)計的限值時，系統(tǒng)將執(zhí)行機構(gòu)切換至燃氣加熱方式為用戶提供熱水。

2.3 按鍵模塊

本系統(tǒng)設(shè)計了三個按鍵，分別實現(xiàn)對系統(tǒng)限值的加、減和切換功能。按鍵模塊采用低電平有效的獨立式按鍵，分別和單片機的P2.0-P2.2相連。

2.4 報警模塊

本系統(tǒng)設(shè)計了報警模塊，用來實現(xiàn)當(dāng)水箱中的溫度超限時進行實時報警用以提醒用戶。其報警模塊電路原理圖如圖2所示。

圖2 報警模塊電路原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計中使用C語言進行編程，其具有簡潔緊湊、靈活方便、可移植性好、數(shù)據(jù)處理能力強等優(yōu)點。通過設(shè)計軟件流程圖，分析系統(tǒng)功能，經(jīng)軟件調(diào)試無誤后植入單片機系統(tǒng)中，實現(xiàn)信號的采集與處理、報警等功能。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)開發(fā)了一套集傳感器數(shù)據(jù)采集、微處理器自動處理和執(zhí)行機構(gòu)的家用熱水控制系統(tǒng)裝置。通過太陽能和燃氣加熱相結(jié)合的方式實現(xiàn)了對家庭使用熱水的保證，同時也實現(xiàn)了能源的節(jié)約，體現(xiàn)了綠色環(huán)保的理念。

[1]李群芳.單片機微型計算機與接口技術(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)家用太陽能熱水控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2015,22

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

任興寶，（1994-），男，漢族，四川南充人，沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院學(xué)生，電氣工程及其自動化專業(yè)，研究方向：單片機控制。

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