摘  要： 太陽(yáng)能熱水器已在日常生活中廣泛使用,，但其有一個(gè)比較常見(jiàn)的缺陷，當(dāng)用戶間隔較長(zhǎng)時(shí)間打開(kāi)熱水閥時(shí),，總要先將輸水管內(nèi)滯留的涼水排出后才能使用熱水,，既浪費(fèi)水資源又不方便。而且在冬季,，為防止管內(nèi)水結(jié)冰,，室外管需要包裹大量保溫材料，經(jīng)濟(jì)投入很大,。通過(guò)在輸水管道底端安裝溫度傳感器和壓力傳感器,，使用壓力傳感器測(cè)量輸水管內(nèi)的水量，單片機(jī)根據(jù)測(cè)得的水量與設(shè)定閾值進(jìn)行比較,，通過(guò)開(kāi)關(guān)電磁閥來(lái)保證輸水管內(nèi)的水量始終保持恒定,。用戶使用完畢后，單片機(jī)會(huì)關(guān)閉電磁閥,，輸水管內(nèi)剩余的水將靠重力排空,。此外，用戶還可以根據(jù)個(gè)人喜好設(shè)定水溫或用水量等個(gè)性化數(shù)據(jù),，從而更加人性化,。

　　關(guān)鍵詞： 太陽(yáng)能熱水器；排空管道,；溫度傳感器,；壓力傳感器；電磁閥

0 引言

　　太陽(yáng)能熱水器較為常見(jiàn)的一個(gè)缺陷是,，當(dāng)用戶間隔較長(zhǎng)時(shí)間再次打開(kāi)熱水閥時(shí),，總要先將輸水管內(nèi)滯留的涼水排出后才能使用熱水。這導(dǎo)致了水資源的極大浪費(fèi),；嚴(yán)寒的冬季,，水管內(nèi)的水易結(jié)冰導(dǎo)致管道凍裂,，因此需要對(duì)輸水管包裹大量保溫材料或者采用電加熱的方式，造成了不必要的損耗,。為此本文設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能熱水器排空管道節(jié)水裝置,，其功能和原理如下：

　　（1）在原有太陽(yáng)能熱水器的基礎(chǔ)上,，使用壓力傳感器和溫度傳感器測(cè)量輸水管道的水量和水溫,，并用數(shù)碼管顯示。

　?。?）壓力傳感器測(cè)得輸水管內(nèi)的水量,，然后單片機(jī)根據(jù)測(cè)得的水量與設(shè)定閾值比較，實(shí)時(shí)開(kāi)關(guān)儲(chǔ)水器和輸水管連接的電磁閥,，從而保證輸水管內(nèi)的水量始終保持恒定,。當(dāng)用戶使用完畢后，單片機(jī)會(huì)關(guān)閉電磁閥,，輸水管內(nèi)剩余的水將靠重力排空,。這樣不僅可以控制水流速度達(dá)到節(jié)水目的，而且最大限度地避免了輸水管道出現(xiàn)剩余的水,。

　?。?）用戶可根據(jù)個(gè)人喜好設(shè)定個(gè)性化數(shù)據(jù)，如水溫,、大致用水量等,。系統(tǒng)將設(shè)定的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)調(diào)整后存儲(chǔ)在單片機(jī)內(nèi)部EEPROM中，使用時(shí)單片機(jī)自動(dòng)讀取設(shè)定數(shù)據(jù),，控制執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)該設(shè)定方案,，更為人性化。

　　系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)的研究目標(biāo)是通過(guò)傳感器對(duì)輸水管內(nèi)的水量和溫度進(jìn)行準(zhǔn)確,、實(shí)時(shí)、可靠的檢測(cè),，并將測(cè)量到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出相應(yīng)動(dòng)作,，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)水溫監(jiān)測(cè)、本地用戶顯示,、閾值自行設(shè)定,、自動(dòng)調(diào)節(jié)輸水量、排空輸水管內(nèi)的用水等功能,。

　　本系統(tǒng)由5部分組成：傳感器信息的采集與分析處理,、信息發(fā)送與接收、本地設(shè)置與顯示模塊,、控制終端,、執(zhí)行機(jī)構(gòu),。傳感器信息采集與處理模塊負(fù)責(zé)測(cè)量壓力、溫度等信息,；信息的發(fā)送和接收通過(guò)無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn),；本地設(shè)置與顯示由按鍵和數(shù)碼管組成，可以實(shí)時(shí)顯示溫度,、水量等信息,，并能通過(guò)按鍵由用戶自行設(shè)定參數(shù)；控制終端負(fù)責(zé)收集信號(hào)并使執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出相應(yīng)動(dòng)作,；執(zhí)行機(jī)構(gòu)由繼電器和電磁閥組成,，可以靈敏、精準(zhǔn)的動(dòng)作,。

　　總體硬件電路框圖如圖2所示。

　　1.1 主控芯片的選擇

　　本設(shè)計(jì)采用STC12C5A60S2作為主控芯片[1],，它具有功耗低,、速度快、抗干擾性強(qiáng),、價(jià)格低廉,、可靠性高等特點(diǎn)，特別適用于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng),，現(xiàn)已成為各種自動(dòng)控制系統(tǒng)理想的控制芯片,。主控芯片原理圖如圖3所示。

　　1.2 溫度傳感器

　　本設(shè)計(jì)采用DS18B20溫度傳感器[2],。DS18B20溫度傳感器是DALLAS公司生產(chǎn)的單總線器件,，具有線路簡(jiǎn)單、體積小的特點(diǎn),。而且在一根通信線上,，可以掛載多個(gè)溫度傳感器，十分方便,。DS18B20溫度傳感器測(cè)溫范圍為-55℃～＋125℃,，并且在-10℃～＋85℃范圍內(nèi)精度為   ±0.5℃，完全滿足本設(shè)計(jì)的要求,。其原理圖如圖4所示,。

　　1.3 壓力傳感器

　　本設(shè)計(jì)采用cm5300系列壓力傳感器[3]。由于cm5300壓力傳感器輸出的信號(hào)較小,，為mV級(jí)別,，所以要經(jīng)過(guò)放大電路對(duì)傳感器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行放大。本設(shè)計(jì)采用差分放大電路對(duì)其放大,。差分放大電路具有抑制零漂的作用,，由兩片lm324構(gòu)成,，可以確保傳感器在檢測(cè)范圍內(nèi)的信號(hào)靈敏度、穩(wěn)定性和線性,。之后單片機(jī)內(nèi)置A/D模塊對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換,。信號(hào)放大原理圖如圖5所示。

　　1.4 信息發(fā)送與接收模塊

　　無(wú)線發(fā)射接收模塊由PT2262,、PT2272紅外解碼電路構(gòu)成[4],。傳感器信號(hào)由單片機(jī)分析后，觸發(fā)PT2262,。PT2262觸發(fā)的數(shù)據(jù)口不同,，PT2272接收到的數(shù)據(jù)便不同。據(jù)此可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)根據(jù)不同的信息,，控制電磁閥門(mén)執(zhí)行不同的動(dòng)作,。

　　1.5 本地設(shè)置與顯示模塊

　　本地設(shè)置采用獨(dú)立按鍵輸入信息。共設(shè)置5個(gè)按鍵,，分別為：“設(shè)置”,、“+”、“-”,、“確定”,、“結(jié)束”。按“設(shè)置”鍵進(jìn)入設(shè)置模式,，每位用戶都有對(duì)應(yīng)的序號(hào),，以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)置。在某用戶編號(hào)下可以設(shè)置輸水管內(nèi)保持恒定的水量值的大小,，還可以設(shè)置水溫和總用水量,。“+”,、“-”鍵用來(lái)調(diào)整相應(yīng)參數(shù)值的大小,。“確定”鍵保存參數(shù)并退出設(shè)置模式,?！敖Y(jié)束”鍵用在沒(méi)有設(shè)定總用水量的模式下，用戶使用完畢后,，按下“結(jié)束”鍵,，單片機(jī)控制徹底關(guān)閉電磁閥。設(shè)置信息儲(chǔ)存在單片機(jī)EEPROM中,，使用時(shí)自動(dòng)讀取設(shè)置信息,。

　　顯示模塊采用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有亮度高,、發(fā)光響應(yīng)時(shí)間短,、體積小,、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn),。

　　1.6 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)由繼電器和電磁閥[5]構(gòu)成,。由于單片機(jī)控制電流不足以驅(qū)動(dòng)電磁閥工作，因此在電路中通過(guò)電磁繼電器來(lái)控制電磁閥,。主控芯片通過(guò)控制繼電器的通斷,，直接控制驅(qū)動(dòng)電路是否工作，進(jìn)而控制電磁閥的開(kāi)關(guān),。電磁繼電器原理圖如圖6所示,。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　在主控模塊，程序首先進(jìn)行各個(gè)模塊初始化配置,，依次是：溫度傳感器初始化,、壓力傳感器初始化、無(wú)線發(fā)射模塊初始化,、按鍵初始化,、數(shù)碼管顯示初始化，然后進(jìn)入主程序,。在while（1）循環(huán)里面，循環(huán)執(zhí)行溫度傳感器采集溫度函數(shù),、壓力傳感器測(cè)量水壓函數(shù),、按鍵檢測(cè)設(shè)置閾值函數(shù)、數(shù)碼管顯示函數(shù),、無(wú)線模塊發(fā)射函數(shù),。

　　在接收模塊，程序首先進(jìn)行無(wú)線模塊初始化,、電磁繼電器初始化,，然后進(jìn)入while（1）循環(huán)，循環(huán)執(zhí)行無(wú)線模塊接收函數(shù),、繼電器動(dòng)作函數(shù),。具體的程序流程圖如圖7所示。

3 結(jié)論

　　本文提出的太陽(yáng)能熱水器排空管道節(jié)水裝置,，不僅可以控制水流速度達(dá)到節(jié)水目的,，而且最大限度地避免了輸水管道有水剩余。本設(shè)計(jì)解決了下次使用時(shí)必須先排掉管內(nèi)剩余的涼水才能使用熱水的問(wèn)題,，節(jié)約了水資源,，同時(shí)避免了在一些寒冷地區(qū)暴露在外的輸水管因存水結(jié)冰脹裂的風(fēng)險(xiǎn)。另外,，用戶可根據(jù)個(gè)人喜好設(shè)定個(gè)性化數(shù)據(jù),，如水溫,、大致用水量等，更為人性化,。

　　本設(shè)計(jì)改進(jìn)了太陽(yáng)能熱水器的功能,，提高了太陽(yáng)能熱水器的使用便捷性，使太陽(yáng)能熱水器更加方便和人性化,，可以提供更好的產(chǎn)品體驗(yàn),。

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