下面文章中提出了一種基于單片機的太陽能熱水器恒溫控制裝置。本裝置是以單片機控制為核心，以及裝置硬件結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計。根據(jù)用戶設(shè)定的溫度，測量熱水出水口水的溫度，通過單片機的輸出信號，調(diào)整冷、熱水的進水口水流量，使得最終出水溫度在氣壓和冷、熱水溫度發(fā)生變化時能保持基本恒定的溫度。實驗表明：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單有效，溫度調(diào)節(jié)速度快，便于安裝維護，而且節(jié)能環(huán)保。

　　關(guān)鍵詞：單片機,恒溫控制,電動調(diào)節(jié)閥

　　太陽能熱水器在現(xiàn)代得到了廣泛的應用，是新能源利用成功的典范之一，具有安全性、經(jīng)濟性、節(jié)能性、環(huán)保性等特點，因而得到廣泛的應用。但其在使用時往往需要手動調(diào)節(jié)溫度，等溫度合適后再使用，常會因為水過冷、過熱和壓力變化，需要反復嘗試調(diào)節(jié)，這樣既不方便，又浪費時間，還造成了水資源的浪費。

　　市場上有許多恒溫裝置，原理大多是在放水過程中，通過溫度傳感器的信號，以電加熱的方式或調(diào)節(jié)流量的方式調(diào)節(jié)水的溫度，其只能省去人工調(diào)節(jié)的部分，但大多數(shù)的太陽能熱水器都安放在樓頂，當用戶距離樓頂較遠時，熱水管會很長，就無法避免熱水管在使用時管中涼水的浪費，致使在水溫調(diào)節(jié)達到恒溫前，大量水資源浪費[1]。

　　本文設(shè)計了一種太陽能沐浴恒溫器，由電動流量調(diào)節(jié)閥、水箱、控制系統(tǒng)組成。其讓使用者在使用時，可以直接得到理想溫度的水，節(jié)省時間，節(jié)約水資源。其通過連通管和水箱實現(xiàn)冷水與熱水充分混合;再者，就是通過溫度傳感器傳遞溫度信號給單片機，以控制冷水管與熱水管的流量，進行最終調(diào)溫，這樣可以減少水資源的浪費和使用者人工調(diào)節(jié)的時間[2]。

　　1總體設(shè)計方案

　　來自太陽能熱水器的熱水與來自冷水桶的冷水通過電動流量調(diào)節(jié)閥進入該裝置混合后再輸出，為使水溫和水壓變化時保持輸出水的恒溫恒壓，系統(tǒng)控制冷水與熱水的流量，溫度傳感器把信號傳遞給外部控制系統(tǒng)的單片機，通過單片機對電動流量調(diào)節(jié)閥控制，調(diào)節(jié)兩個同步電機正反轉(zhuǎn)，改變節(jié)流面積，在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)控制水流量的功能，最終在裝置中充分混合，以得到恒溫水[3]。單片機發(fā)送的電信號是依據(jù)溫度傳感器感應溫度與用戶設(shè)定的溫度進行比較，進行判斷后，根據(jù)程序輸出的。為便于使用，系統(tǒng)還可以提示用戶溫度是否可用功能。

　　2系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　2.1電動流量調(diào)節(jié)閥

　　考慮到電磁閥通過不斷改變通電時間，不容易控制，而且長時間關(guān)斷會大大降低電磁閥的壽命，所以我們采用電動流量調(diào)節(jié)閥，通過改變節(jié)流面積，改變冷、熱水流量，調(diào)節(jié)溫度。本系統(tǒng)的電動流量調(diào)節(jié)閥為AC24V/50Hz，常態(tài)為關(guān)閉，流量孔徑為15mm，由于單片機是3-5伏供電，需要通過三極管間接控制電動流量調(diào)節(jié)閥節(jié)流面積的改變。電動流量調(diào)節(jié)器由同步電機(1)、凸輪(2)、彈簧(3)、頂桿(4)、圓臺形板(5)，以及金屬外壁和管道組成。

　　2.2溫度傳感器

　　系統(tǒng)中使用溫度傳感器測水箱中的水溫度，將信號傳給單片機進行處理。人們?nèi)粘Ｓ盟�的溫度一般�?5℃-85℃之間，所需的分辨率為2℃。系統(tǒng)的溫度傳感器選擇DALLAS公司的DS18B20一線式數(shù)字溫度傳感器[4]。其性能符合裝置的需要，且性價比較高。其可測溫度為-55℃-125℃之間，測溫分辨率可達到0.0625℃，可編程為9-12位A/D轉(zhuǎn)換精度，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出，使用電壓為3V-5.5V。DS18B20的中間數(shù)據(jù)引腳DQ腳與單片機的P0.5相連，該溫度可直接被系統(tǒng)獲得。

　　2.3溫度調(diào)節(jié)

　　系統(tǒng)輸出溫度可連續(xù)調(diào)節(jié),外設(shè)3個按鈕，分別用于開關(guān)、升高和降低設(shè)定溫度,每按一下,溫度將會上升或下降2℃，為能實時響應溫度的調(diào)節(jié)，這兩個按鈕都直接連接單片機的中斷引腳P2[5]。系統(tǒng)按照最近的設(shè)定溫度調(diào)節(jié)水箱中水的溫度。

　　2.4單片機

　　單片機用于讀取溫度、獲得設(shè)定溫度、控制同步電機、提示可用和報警系統(tǒng)，選擇AT89C2052作為控制核心，它具有廉價、可靠的優(yōu)點，且引腳夠多[6]。

　　2.5水箱

　　冷、熱水進入系統(tǒng)后在水箱內(nèi)進行混合，由系統(tǒng)通過改變節(jié)流面積的方式調(diào)節(jié)冷、熱水流量，系統(tǒng)要不斷調(diào)節(jié)兩個入水管的流量，因此混合室的空間越大，輸出的溫度越穩(wěn)定，但由于空間限制，故本系統(tǒng)采用長為30cm，寬為10cm,高為10cm的水箱。水箱由溫度傳感器(6)、通氣孔(7)，以及塑料外殼組成。

　　2.6連通管

　　為了避免冷水管和熱水管直接與水箱連接導致水的溫度混合不均勻(靠近熱水管的水溫要高于靠近冷水管的水溫)，在電動流量調(diào)節(jié)器與水箱之間加入一個連通管，連通管的直徑略大于或等于電動流量調(diào)節(jié)器出水管直徑的2倍，兩個出水管與連通管切向連接，都與水平成30°夾角，使兩個水流產(chǎn)生對流角度，兩個出水管的水流沿著連通管管壁旋轉(zhuǎn)下降，進入水箱，在旋轉(zhuǎn)過程中達到熱水與冷水的混合目的，從而解決上述問題。

　　2.7各部件功能流程

　　一種基于單片機的太陽能熱水器恒溫控制裝置，由電動流量調(diào)節(jié)器、水箱、控制系統(tǒng)組成。電動流量調(diào)節(jié)器和水箱通過連通管上下連接，再由外部控制系統(tǒng)接收感應器信號，來控制電動流量調(diào)節(jié)器中的同步電機(1)，通過同步電機(1)正反轉(zhuǎn)，由同步電機軸頭的凸輪(2)頂起或由彈簧(3)彈回頂桿(4)，來調(diào)節(jié)圓臺形板(5)與錐形管(8)的結(jié)合程度，進而控制流量，進行水溫調(diào)控，從而使水箱中的水達到理想溫度。

　　上面所述的同步電機(1)，有限位斷電保護功能，能在停頓的情況下產(chǎn)生穩(wěn)定的扭力，使圓臺形板(5)可以靜止在任何位置。為使水箱中的水能夠準確的達到理想中的溫度，我們需要溫度傳感器(6)來感應水箱中的水溫，所以在水箱出水管口上方3~5cm處，設(shè)置溫度傳感器(6)，采集溫度信號，再通過單片機控制冷水和熱水的流量，使水箱中的水達到恒溫。

　　在水箱的左上方設(shè)有通氣孔(7)，由電動開關(guān)控制，其作用為平衡水箱內(nèi)的氣壓，防止在調(diào)節(jié)水溫時，水箱內(nèi)氣壓過大，將水在蓮蓬頭壓出。當水溫調(diào)節(jié)到理想溫度后，由溫度傳感器(6)將信號傳遞給單片機，控制通氣孔(7)的電動開關(guān)關(guān)閉，維持氣壓不變，由兩個進水管(A、B)進水，形成氣壓差，進而將水箱內(nèi)的恒溫水從蓮蓬頭壓出。溫度傳感器把信號傳遞給外部控制系統(tǒng)的單片機，控制圓臺形板與錐形管的結(jié)合程度，改變節(jié)流面積，實現(xiàn)控制水流量的功能。進而得到設(shè)定溫度的水。

　　3系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　3.1主程序

　　通過溫度傳感器傳遞溫度信號給單片機，來控制冷水管與熱水管的流量，將水箱中的水控制在設(shè)定溫度，進行恒溫水輸出。

　　3.2冷熱水電動流量調(diào)節(jié)閥調(diào)整子程序

　　啟動后，電動流量調(diào)節(jié)閥熱水流量開到最大，溫度傳感器通過P1.4口傳遞給單片機，單片機判斷溫度后執(zhí)行溫度調(diào)節(jié)子程序，P3.2、P3.3口通過控制定時計數(shù)器TMOD、TCON來控制電機的開啟和關(guān)閉時間，使水箱中水的溫度一直持在設(shè)定溫度。

　　3.3通氣孔電動開關(guān)控制子程序

　　通氣孔作用為平衡水箱內(nèi)的氣壓，防止在調(diào)節(jié)水溫時，水箱內(nèi)氣壓過大，將水在蓮蓬頭壓出。當水開始注入水箱時，單片機P1.6口輸出高電平使通氣孔開關(guān)開啟，使水能流入水箱，當水溫調(diào)節(jié)到理想溫度后，單片機P1.6口輸出低電平控制通氣孔的電動開關(guān)關(guān)閉，維持氣壓不變，由兩個進水管進水，形成氣壓差，將水箱內(nèi)設(shè)定溫度的恒溫水從蓮蓬頭壓出。

　　4實驗分析

　　系統(tǒng)安裝后，針對日常生活中幾種冷、熱水溫度進行調(diào)節(jié)測試，設(shè)定跳接后溫度為30℃(視誤差在±2℃之間為成功)。實驗中使用SKW-2表面溫度計測量冷、熱水溫度，以及調(diào)節(jié)速度，并且保持水壓恒定，由于水的熱容量比較大，水溫不會突然變化，實驗中測量的時間為紅燈轉(zhuǎn)綠燈的時間(溫度在30±2℃之間為綠燈，其他溫度為紅燈)。

　　若遇到溫差較小，調(diào)節(jié)時間較短;若遇到溫差較大，調(diào)節(jié)時間較長。所以在以后的應用中可改為PID調(diào)節(jié)方式，減小調(diào)節(jié)的時間[7]。電動流量調(diào)節(jié)閥操作穩(wěn)定、壽命長，可以得到廣泛應用。

　　5結(jié)語

　　本文設(shè)計了一種基于單片機的太陽能熱水器恒溫控制裝置，通過調(diào)整冷、熱水流量來控制水溫，保證用水恒溫恒壓輸出。系統(tǒng)還具有溫度設(shè)定、提示及警示等功能。實驗表明，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單有效，溫度調(diào)節(jié)速度快，便于安裝維護，而且節(jié)能環(huán)保。

　　參考文獻：

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　　[4]彭遠芳.基于DS18B20的多點溫度數(shù)據(jù)采集儀的設(shè)計[M].電子科技,2013年21期.

　　[5]張毅剛.單片機原理及應用[M].北京：高等教育出版社,2004.

　　[6]夏曉玲.水溫控制系統(tǒng)中的單片機技術(shù)應用[J].電子制作,2015(09)

　　電子類期刊推薦：《山西電子技術(shù)》以反映電子信息技術(shù)領(lǐng)域的研究成果、技術(shù)動態(tài)，促進學術(shù)交流，推動科技成果向社會生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化為宗旨，主要刊登電子信息領(lǐng)域具有創(chuàng)新性的研究、技術(shù)應用論文及技術(shù)研究進展的綜述。主要讀者對象是從事與電子信息技術(shù)研究、應用有關(guān)的廣大科技工作者和高等院校師生。