基于单片机的太阳能热水器智能仪

Intelligent Instrument of Solar Energy Geyser Based on SCC

WANG Xianjuang, SUN Ping

(Zhejiang Water Conservancy and Hydropower College, Hangzhou 310018, China)

　　Abstract: In accordance with the user requirement, an intelligent instrument of solar energy geyser is designed. The instrument is composed of P8 7LPC764BN etc. The circuit schematics and the relational diagram of software mod ules are given.
　　Keywords: single chip computer; control; intelligent instrument

1智能仪的性能特点
　　智能仪主要有以下特点：
　　(1)使用电源为220VAC，功耗小于5W。 (2)水温数码显示，测温范围0～99℃；精度±2℃，水位分五档显示。 (3)水位设置。可设置加水水位20%、50%、80%、100％(本仪预置水位50％)。 (4)温控上水。当水箱水未加满，水温超过60℃时，自动加水至50℃，此功能使太阳能热水 器产出最多热水(温度50℃以上)。 (5)缺水上水/报警。当水位从高到低，出现缺水状态时，蜂鸣报警，缺水指示灯 闪亮，延时15分钟自动上水至预置水位。 (6)手动上水。按“上水”键，若水位低于预置水位，可上水至预置水位；若水 位已达到预置水位，则在原水位基础上再加一档；若水位已加满，则停止手动加水。在 上水过程中，按“上水”键，可停止上水。 (7)定时上水。按“定时”键，可设定定时上水时间，实现定时上水。 (8)低水压上水。在上水过程中，水压过低或停水，智能仪会自动进入低水压模 式，黄灯闪亮，并报警。在此模式中，智能仪会间隔30分钟启动上水，若30分钟内仍 不能使水位上升一档，则停止30分钟，然后再启动上水，反复循环运行。 (9)防高温上水。以免空晒后上水造成炸管。

　　根据设计要求，选用Philips公司生产的P87LPC764BN芯片，组成最小最优化系统。
2.1单片机电路
　　P87LPC764BN是20脚封装的单片机，适合于高集成度、低成本的场合。采用80C51加速处理器 结构，指令执行速度是标准80C51 MCU的两倍。片内有4K字节OTP程序存储器，128字节的RAM 。32Byte用户代码区可用来存放序列码及设置参数； 有看门狗电路、复位电路(使用片内上电复位时不需要外接组件)；2个16位定时/计数器，2 个A/D转换器；所有口线均有20mA的驱动能力；电源电压VDD=4.5～6.0V(操作频率为20MHz)。硬件电路如图1所示。
　　系统电源经单相桥式整流得12V直流电给电磁阀供电，经MC7806稳压后给单片机等供电。
2.2温度、水位采集和显示原理
　　水温、水位传感器分别利用热敏电阻和水的导电性，结合HD74HC04P，产生脉冲信号，从T0、T1引脚输入单片机。经转换计算，将实测的温度和水位值存入数显缓冲区；其采集电 路见图1所示。将P87LPC764BN的P0.0～P0.6通过电阻接到VD D，每个口线可提供20mA的吸入电流，直接驱动LED，显示水温；LED采用共阳极接法，其 输出电流虽小，但驱动水位显示指示灯已足够。由单片机控制通过P0口动态显示实测的水 温和水位。
2.3开关、声光报警电路
　　开关有定时、上水和水位设置三个功能键，利用P87LPC764BN的P0口键盘中断，实现定时 时间的设定、手动上水和水位的设置等。相应的声光报警电路，采用高亮度LED和高响度 蜂 鸣器，由单片机控制，发出不同的声光报警。
2.4电磁阀驱动电路
　　由单片机控制，从P1.4口线输出信号，经放大驱动电磁阀，进行上水。
2.5复位、抗干扰
　　本系统采用P87LPC764BN片内上电自动复位，RST管脚可作为待开发用。为防止或减少上电及 掉电时的错误操作，启用P87LPC764BN的电源监控功能。采用防雷措施，传感器和电磁阀的 每根信号线均通过压敏电阻接地(图1中未画出)。起用P87LPC764BN片内的看门狗定时器，在 显示水温水位的子程序中，定时对看门狗清0。

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　　主程序流程图如图2所示，采用人性化设计，用户不必作任何操作，智能运行。本智能仪有 三种上水方法：缺水上水、温控上水和手动上水，前两种在主程序中实现。初次安装投入使 用或停水后突然来水，水箱缺水，若温度低于100℃，打开电磁阀上水至设置水位(初始预置 水位50％)；若温度高于100℃，不上水，防止空晒后上水而炸管。太阳晒后，当水温上升， 温度超过60℃且水未满时，打开电磁阀上水至50℃。晚上，若热水已用完，延时15分，进行 缺水上水；若热水未用完，不上水，以保证热水充分利用。第二天太阳出来后，利用温控上 水。在上水过程中，水压过低或停水，智能仪会自动进入低水压上水模式：低水压声光报警 ，间隔30分钟启动上水，若30分钟内不能使水位上升一档，则停止30分钟，然后再启动，反 复循环，以免电磁阀长时间通电而烧毁。在主程序中，15分钟和30分钟的延时，通过多次调 用显示子程序来实现；检测低水压循环上水时，也调用显示子程序；所以智能仪在自动上水 的同时，也实时显示水温和水位。若用户需要设置水位、定时上水和手动上水，可在面板上 直接操作，通过外中断来实现，键盘中断服务程序如图3。

　　本智能仪采用P87LPC764BN单片机控制，外围电路少，系统稳定；功能强，操作方便；价廉 物美；值得推广。