太阳能热水器自动温度控制器设计原理

引言

目前，市场上销售的太阳能热水器大多没有自动控制功能，使用起来不灵活方便，为此，为太阳能热水器加装自动控制功能，具有广泛的市场。

1 自动控制系统技术要求

（1） 设定温度的范围为25℃至65℃。

（2） 输入信号为水温传感器产生的温度信号；水位传感器产生的水量信号。

（3） 输出信号为控制水温电信号（控制加热电热管） 和控制水流量调节阀信号（控制加水电磁阀）。

（4） 配有输入功能键盘：完成自动/手动、手动加水键、手动加热键、温度设定键、水位档选择键。

（5） 具有两位LED 数码显示电路，显示温度设定值、实际温度测量值，六个发光二极管指示六档水位（10%、30%、50%、70%、90%、100%） 。

2 系统硬件设计及原理

太阳能热水器加装自动控制功能，主要是加装一个数据采集系统和一个电脑控制板。根据太阳能热水器的技术要求及经济方面的考虑，我们选用89C51单片机为核心控制器 ,组成热水器温度控制系统。系统由89C51 单片机、数据采集系统、水位选择电路、温度显示系统、水位指示系统、加水电磁阀控制电路、加热电热管控制电路、报警讯响电路、复位电路、晶振电路、键盘电路组成。

硬件系统组成粗略框架如图1所示。



数据采集系统是非常重要的一部分，它通过水温传感器和水位传感器分别采集水位、水温连续变化的模拟量信号，通过TLC0832模数转换器，把模拟信号转换成数字信号，送到CPU89C51中进行处理。

温度显示系统及水位指示系统如图2 ，显示电路用两个数码管显示温度，采用动态显示方案，两个数码管为共阳型，两个三极管为PNP型，7个I/O端口输出段码，小数点不用，2个I/O端口输出位控制信号低电平有效，显示温度设定值、实际温度测量值。用六个发光二极管作为六档水位指示（10%、30%、50%、70%、90%、100%），由89C51 直接驱动。



水位选择电路、键盘电路及输出控制电路的组成如图3 。



CPU 根据数据采集系统采集的数据，当水位低于10 %时，自动报警并停止电加热，当水位高于90%时，自动报警并停止加水。根据水位传感器的数据，自动加水至水位设定的档位。通常，用LED显示器显示实际水温，当水温低于3 ℃时，为防冻自动电加热，当无手动加热标志时，加热至25 ℃，当有手动加热标志时，加热至设定的温度，设定温度的范围为25℃至65℃。

3 软件设计

全部程序采用89C51汇编语言编写，由主程序、键盘服务程序、水温水位采样计算程序、水位调节程序、显示程序、报警程序等模块组成。程序中加入了防死机及抗干扰措施。

水温水位采样计算程序为抗干扰均采用了去极值平均滤波的数字滤波算法，分别连续10次采样，将其累加求和，同时找出其中的最大值和最小值，再从累加和中减去最大值和最小值，按8个采样值求平均值，在RAM中开辟出水温水位各10个数据的暂存区。

键盘服务程序对于去抖动、连击等情况都做了妥善处理。

4 结语

该系统投入实际应用以来效果良好，深受用户的欢迎，收到了良好的经济及社会效益。