基于STC單片機的太陽(yáng)能熱水器智能節水控制系統設計

　　0引言

　　太陽(yáng)能熱水器在北方家庭中應用非常普遍，但是普通的家庭太陽(yáng)能熱水器在節約電能的同時(shí)也存在一些缺點(diǎn)。因為一般的太陽(yáng)能熱水器基本放置在樓房的屋頂，從樓頂到出水龍頭這一段距離較長(cháng)，管道中存了大量水，北方的冬季空氣比較寒冷，管道中的水溫普遍較低。當人們用熱水時(shí)，通常要將管道中的水排掉，出水龍頭距離樓房頂部距離越遠，需要排掉的冷水就越多，這部分水在普通家庭中通常會(huì )浪費掉。

　　針對這一問(wèn)題，我們設計出了冬季太陽(yáng)能節水、蓄水控制系統，具有參數可以人工調節、到達合適溫度自動(dòng)聲光報警、水充分利用等特點(diǎn)。安全可靠、成本低廉、節水效果顯著(zhù)。非常適合普通家庭的太陽(yáng)能熱水器，改造成本很低，具有很高的推廣價(jià)值。

　　1系統整體

　　組成本系統主要有單片機控制模塊、溫度測量模塊、電磁閥控制模塊、按鍵模塊、儲水箱、抽水泵等組成。當人們需要熱水時(shí)，按下啟動(dòng)按鍵，單片機監測管道中水的溫度，當水溫不超過(guò)設定溫度時(shí)，打開(kāi)冷水電磁閥，冷水先通過(guò)電磁閥流到一水箱中存儲起來(lái)。當溫度超過(guò)設定溫度時(shí)，關(guān)閉冷水電磁閥，并同時(shí)發(fā)出聲光報警，提醒人們現在可以利用熱水進(jìn)行洗漱。存儲在水箱中的冷水可以利用水泵重新送到太陽(yáng)能熱水器中，也可以用來(lái)進(jìn)行沖洗廁所等用途。系統組成框圖如圖1所示。

　　圖1 系統組成框圖

　　2系統主要電路組成

　　本系統以STC15F2K60S2芯片為控制核心，由溫濕度傳感器SHT10、電磁閥、水溫傳感器DS18B20和語(yǔ)音提示電路、數碼管顯示電路、按鍵電路等部分組成。系統電路組成框圖如圖2所示。

　　圖2 系統電路組成框圖

　　2.1主控制器

　　采用STC15F2K60S2單片機作為主控制芯片，這是一種低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器，片內大容量2048字節SRAM，內部集成高可復位電路并可徹底省掉外部昂貴的復位電路，具有8K在系統可編程FLASH存儲器，32個(gè)可設置四種模式的外部雙向I/O口，運行速度快、價(jià)格便宜、性?xún)r(jià)比高。主控制器電路原理圖如圖3所示。

　　圖3 主控制器原理圖

　　2.2水溫檢測電路

　　水溫檢測采用常用的DS18B20數字溫度傳感器，外面帶有防水不銹鋼護套。DS18B20是一種單總線(xiàn)傳感器，其輸出為數字量，可以直接利用單片機將代表溫度的數字量讀到單片機中進(jìn)行處理，不需要額外增加AD轉換器。其封裝形式為T(mén)O-92，體積比較小。為方便測量水溫，將DS18B20放入防水不銹鋼套中，并用膠加以密封，便于我們測量水溫。DS1B 20可以設置為12位的轉換精度，測量溫度的分辨率可以達到0.0625℃，測量精度為±0.5℃，滿(mǎn)足家庭測量水溫需要。DS18B20應用原理圖如圖4所示。

　　圖4 DS18B20應用原理圖

　　2.3數碼管顯示電路

　　數碼管顯示采用0.5英寸共陽(yáng)極數碼管，顯示直觀(guān)，方便家庭中老年人查看。數碼管驅動(dòng)采用了串入并出74HC595芯片驅動(dòng)，動(dòng)態(tài)掃描，節省了寶貴的I/O資源。74LS595的驅動(dòng)能力大，可以直接驅動(dòng)數碼管的顯示。數碼管顯示電路原理圖如圖5所示。

　　圖5 數碼管顯示電路原理圖

　　2.4電磁閥及抽水泵控制電路

　　當單片機電磁閥(或抽水泵)控制引腳輸出低電平時(shí)，三極管導通，繼電器動(dòng)作，電磁閥(或抽水泵)打開(kāi);反之，三極管截止，繼電器不動(dòng)作，電磁閥(或抽水泵)關(guān)閉。電磁閥(或抽水泵)控制電路原理圖如圖6所示。

　　圖6 電磁閥或抽水泵控制電路

　　2.5語(yǔ)音提示

　　電路系統利用語(yǔ)音芯片ISD1820實(shí)現語(yǔ)音提示功能。美國ISD公司推出一種單片8～20s單段語(yǔ)音錄放電路ISD1820，它采用CMOS技術(shù)，內含振蕩器、話(huà)筒前置放大、自動(dòng)增益控制、防混淆濾波器、揚聲器驅動(dòng)及FLASH陣列。其可以進(jìn)行10s左右的語(yǔ)音錄放高質(zhì)量自然的語(yǔ)音還原、外圍元件少、電路連接簡(jiǎn)單、控制方便、成本低，可以通過(guò)單片機控制操作。當系統檢測到管道中水溫超過(guò)設定溫度時(shí)，在單片機的控制下，語(yǔ)音提示電路發(fā)出聲音提醒。語(yǔ)音提示電路原理圖如圖7所示。

　　圖7 語(yǔ)音提示電路原理圖