基于单片机的家用热水节能系统的研究与设计

任兴宝 李姿 张旭

沈阳工学院

基于单片机的家用热水节能系统的研究与设计

任兴宝 李姿 张旭

沈阳工学院

现代的家庭热水主要由太阳能加热为主，但是对于极端天气的出现影响着这些家庭用户的热水使用。然而在某些地区又集中使用燃气加热方式为用户提供热水，这种供水方式虽然不受天气条件影响但不能做到低碳环。鉴于以上的种种情况，将太阳能与燃气结合使用为用户提供热水具有重要的现实意义。

单片机 太阳能 燃气加热

1 设计背景

现阶段社会中太阳能热水器已经被大多数家庭所接受，但在单独使用太阳能热水器为家用提供热水的过程中主要存在极端气候天气使太阳能热水器提供的水温不高的情况，严重影响了人们的用水需求。另外，随着人们生活水平的提高，南方的很多城市也开始大量使用采暖炉进行冬季室内空调，但目前的天然气供应又不能完全满足采暖的要求。基于以上的需求，将太阳能与燃气加热进行有机结合，实现能源的充分利用，让太阳能和燃气加热相辅相成，满足人民生活用水的需求。

2 系统硬件设计

此系统针对家用热水供应的稳定性进行设计，利用传感器实时采集室外温度，当温度低于系统设计的限制时系统自动启动燃气加热方式，保证用户热水的供应，当室外环境适宜时及时切换到太阳能加热方式，为用户节约能源，提高系统的使用率，保证用户热水的正常供应。

本系统以STC89C51芯片为核心，硬件设计主要包括单片机控制系统、温度检测模块、显示模块、键盘模块、报警和执行模块等。其系统框图如图1所示。

图1 系统设计框图

2.1 单片机最小系统

本系统采用STC89C51单片机为系统的核心控制器。单片机最小系统包括单片机芯片、复位电路和晶振电路，单片机内部采用12MHz时钟频率，通过软件构成系统时钟。

2.2 温度检测模块

本系统采用DS18B20作为温度检测传感器，DS18B20内部集成了模数转换器，直接通过2引脚将采集到的温度信号与单片机相连。当检测到的外界实时温度低于系统设计的限值时，系统将执行机构切换至燃气加热方式为用户提供热水。

2.3 按键模块

本系统设计了三个按键，分别实现对系统限值的加、减和切换功能。按键模块采用低电平有效的独立式按键，分别和单片机的P2.0-P2.2相连。

2.4 报警模块

本系统设计了报警模块，用来实现当水箱中的温度超限时进行实时报警用以提醒用户。其报警模块电路原理图如图2所示。

图2 报警模块电路原理图

3 系统软件设计

系统软件设计中使用C语言进行编程，其具有简洁紧凑、灵活方便、可移植性好、数据处理能力强等优点。通过设计软件流程图，分析系统功能，经软件调试无误后植入单片机系统中，实现信号的采集与处理、报警等功能。

4 结论

本系统开发了一套集传感器数据采集、微处理器自动处理和执行机构的家用热水控制系统装置。通过太阳能和燃气加热相结合的方式实现了对家庭使用热水的保证，同时也实现了能源的节约，体现了绿色环保的理念。

[1]李群芳.单片机微型计算机与接口技术[M].北京:电子工业出版社,2001

[2]张嵩伟.提高家用太阳能热水系统能效的方法研究[J].江苏科技信息社,2014,13

[3]周伯俊.物联网家用太阳能热水控制系统的设计[J].现代电子技术,2015,22

[4]李彬.家用太阳热水系统检测方法探讨[J].中国科技信息,2010,16

任兴宝，（1994-），男，汉族，四川南充人，沈阳工学院信息与控制学院学生，电气工程及其自动化专业，研究方向：单片机控制。

李姿（通讯作者）（1982-），女，辽宁沈阳人，讲师，硕士研究生，现主要从事电气工程及其自动化方面的相关教学工作。