智能太阳能浴室系统

张吉伟　胡尊生　赵爱玲

摘 要：据国内目前的政策环境，大力推进新建住宅节能、统一安装太阳能热水系统是不可阻挡的趋势。目前越来越多的家庭用上了太阳能热水器，但由于没有统一的设计和安装标准，并且不少设备安装存在隐患，而经过一体化设计安装的太阳能热水系统，实现了功能与外观的完美统一，特别是不能集体供暖的家庭用户建筑中，效果更加明显。我们设计实现了洗浴供暖一体化，给大多数农村家庭用户带来了方便。该设计是基于STM32单片机的智能太阳能热水器系统。是一个比较完善的系统，并且实现了洗浴供暖一体化。通过太阳能发电给系统供电，同时利用发电产生的余热对水加热，大大提高了能源利用效率。利用STM32作为主控芯片，通过键盘用户可以任意设置水温和空气温度。通过传感器测量水温及空气温度，由主控器控制电机的转速控制两水管的流量，进而控制水温。通过水位传感器测量水桶内的水位，并提示水位信息。并判断水位高低并提示是否蓄水或自动蓄水。通过温度传感器传输空气温度信息。并将热水器一部分水流向暖气片，给室内供暖，达到了洗浴供暖一体化。

关键词：智能热水器 STM32 自动控制 太阳能 供暖

中图分类号：TM61 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（c）-00-02

1 系统整体架构与原理

1.1 系统整体结构

智能太阳能热水器系统结构及电路控制系统架构（图1～图3）。

1.2 智能太阳能热水器系统原理

当用户可以根据自己的需求通过按键设定合适的水温，并按下开关开启。控制器将开关2，4，关闭，开关1，3打开，通过控制电机AB的流量不同，进而控制热水与冷水的混合比例，水流流经水温传感器B，若水温传感器B检测的水温高于或低于设定值，则将信息反馈到电机AB的转速上，从而不断的改变流量来控制混合后的水温，最终达到一个动态平衡的效果。

利用太阳能发电的同时产生热量，将产热用来加热水，大大充分利用能源。而且通过单片机能自动调节太阳能电池板的角度，使其正对太阳，光照最充足。

若果热量不足，达不到预想温度时，通过蓄电池启动电加热。基本上在任何情况下都能洗上热水澡。

水桶中的水位通过水位传感器将水位信息传寄给控制器，假若水位过低，控制器会发出报警或提示指令，也可以实现自动蓄水功能。自动蓄水功能是由控制器将开关2，4，6打开，开关1，3，5关闭，使高压水进入水桶中。水将近满时会自动关闭所有开关，禁止

蓄水。

此系统在热水箱引出一热水循环系统，经过暖气片给家庭供暖。达到了洗浴供暖一体化。在冬天，得不到供暖的情况下，启动开关7、8，供暖循环系统就打开，也让人们享受到了温暖。

通过按键及显示屏与用户实现友好的人机交互，用戶可以随意的设置各种参数。

1.3 太阳能发电原理

见图4。

太阳能电池板利用光生伏特效应发电，然后经我们设计的升压电路给蓄电池充电.同时对蓄电池的电量进行监控。蓄电池给控制系统供电，智能化控制所有参数。且能在光照不足，热量不足的情况下还可以启动电加热丝。

2 模块设计思路与原理

（1）处理器的选择

采用STM32 Cortex M3内核32位单片机。与51、AVR相比STM32单片机资源丰富，最大运行速度可达72 MHz，可以进入低功耗模式。最低耗电量为2 uA。

（2）显示模块

显示模块采用诺基亚LCD5110。LCD5110包括84X48点阵，可显示4行汉字，采用串行SPI接口与主机通信，读写速度快，接口信号线大幅度减少，可以节省单片机的IO口资源，并且价格低廉。采用LCD5110也是本设计的创新之处。

（3）AD采样模块

采用单片机内部AD。STM32配有12位AD，且数据处理比较简单。精度高，外围电路少。

（4）水流控制模块

采用旋钮式开关控制水流。但是用于自动控制水流大小显得心有余而力不足，若用电机带动开关制作起来不很应手。采用流量计。由于流量计内部受电机控制，电机的转速控制流速的大小，所以通过改变电机转速很容易的实现了流量的控制。

（5）温度传感器模块

由于在水中很难使用数字化温度传感器，因此我们选择了水温传感器。并通过AD采样读出温度。空气中的温度由数字温度传感器DS18B20测得。

3 结语

本作品是我们根据大多数家庭的现状出发考虑，经长时间的策划设计而做成。特别针对于一些得不到供暖的家庭用户。希望对以后家庭浴室及供暖的发展有促进作用。

参考文献

[1] 黄汉云.太阳能光伏发电应用原理[M].北京：化学工业出版社，2010.

[2] 蒙博宇.STM32自学笔记[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.

[3] 姚文祥，ARM Cortex-M3权威指南/（英）[M].宋岩，译.北京：北京航空航天大学出版社，2009.