基于单片机的太阳能热水器出水恒温控制系统

2016-02-05陈昌燕杨志保

科学中国人 2016年36期

关键词：恒温流程图热水器

陈昌燕，杨志保

中国建筑第二工程局有限公司

基于单片机的太阳能热水器出水恒温控制系统

陈昌燕，杨志保

中国建筑第二工程局有限公司

我国当下大部分太阳能热水器存在的出水温度不稳定的问题，这就在很大程度上造成了水资源的浪费，针对这一问题，本文就单片机的太阳能热水器出水恒温控制系统进行了具体研究，希望这一研究能够在一定程度上解决太阳能热水器所面临的出水温度问题。

单片机；水温控制；电磁阀

前言

在传统的太阳能热水器中，调节太阳能热水器水箱内的水温,获得出水口的恒温是最为常见的出水恒温控制方式，但这种方式很容易造成不必要的浪费，为此笔者设计了一种由单片机、温度传感器、冷热水电磁阀及温度设定、报警等部分构成的太阳能热水器出水恒温控制系统，这一系统具备着简单有效、成本低廉的优势。

1.总体设计方案

为了能够通过设计的太阳能热水器出水恒温控制系统实现水温的恒温控制，太阳能热水器出水恒温控制系统需要通过脉冲宽度调制方式动态调整冷、热水电磁阀的导通时间，这样就可以在较长时间内实现冷、热水流量调节，从而得到恒温的温水。

2.系统硬件设计

2.1 电磁阀

在这一太阳能热水器出水恒温控制系统的电磁阀设计中，笔者选择了普通的2W160-15直动式膜片结构常闭型电磁阀进行流量调节,并通过三极管间接控制电磁阀的通断，这样就能够较好的降低整个系统的成本。

2.2 温度传感器

在温度传感器的设计中，结合太阳能热水器的使用实际，笔者选择了DALLAS公司的DS18B20一线式数字温度传感器，这一传感器能够较好的满足人们日常使用太阳能热水器时20～80℃的需要，这一温度传感器需要与单片机的P1.4相连[2]。

2.3 温度调节

在温度调节的硬件设计中，为了能够较好的满足人们的日常需要，笔者设计了两个按钮可以进行±1℃式的温度调节，这两个按钮直接连接在单片机的中断引脚P3.2和P3.3。

2.4 单片机

本文进行的太阳能热水器出水恒温控制系统选择了AT89C2051单片机作为系统的核心，这一选择能够较好的保证系统的价格低廉与可靠性。

2.5 混水室

混水室是实现水温恒定的关键，为此笔者选择了长10 cm、内径为12.7 mm的四分管作为混水室，这一混水室设计就能够较好的弥补电磁阀频率较小带来的系统滞后问题。

3.系统软件设计

3.1 主程序

在太阳能热水器出水恒温控制系统的主程序设计中，其需要根据使用者设定的出水温度进行冷、热水电磁阀的调节，实现出水温度的恒温控制，为此笔者设计了图1所示的太阳能热水器出水恒温控制系统主程序流程图，通过这一流程图我们能够较为清楚的了解主程序的运行规则，而结合硬件设备太阳能热水器出水恒温控制系统就能够较好的实现自身的功能。

图1 系统程序流程图

图2 冷热水电磁阀调整子程序流程图

3.2 冷热水电磁阀调整子程序

从图2我们能够看出，太阳能热水器出水恒温控制系统想要较好的发挥自身功能，还需要冷热水电磁阀调整子程序为其提供帮助，这以程序主要负责改变冷热水电磁阀的导通和断开时间，而不负责改变电磁阀驱动引脚状态。图2为这一冷热水电磁阀调整子程序的程序流程图，通过这一流程图我们能够看出，为了避免单独调整一个水阀导致流量变化过大，笔者设计了轮流调整冷、热水阀的导通率的方式完成冷热水电磁阀调整。

4.实验与分析

在完成这一太阳能热水器出水恒温控制系统整体设计后，为了对系统的使用效果进行测试，笔者首先设定了出水温度为30℃，而根据测量结果我们发现该系统存在着温差较大时调节时间过长的问题，这一问题的出现主要是由于整个系统的控制方式较为简单所致，为了解决这一问题，笔者在对该系统进行重新设计时选择了PID调节方式，这就使得调节时间大大降低。