基于STC89C52的紅外遙控智能太陽能熱水器控制系統(tǒng)

摘要：針對(duì)現(xiàn)在的太陽能熱水器普遍存在如：電路復(fù)雜、成本較高、不具有防護(hù)功能、易引起管道凍裂、伴熱帶容易引起火災(zāi)、操作繁瑣等的問題，文章設(shè)計(jì)了紅外遙控太陽能控制系統(tǒng)，系統(tǒng)選用STC89C52作為系統(tǒng)主要中心處理器進(jìn)行溫度和水位的控制，采用ADC0832為雙通道A/D芯片，外接DS1302時(shí)鐘芯片和繼電器執(zhí)行電路。采用自動(dòng)上水、自動(dòng)排空、紅外遙控等解決了目前存在的問題，實(shí)驗(yàn)證明此系統(tǒng)方案準(zhǔn)確可行。

0 引言

隨著社會(huì)節(jié)能技術(shù)的不斷改革創(chuàng)新，太陽能成為新時(shí)代可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的綠色標(biāo)簽，太陽能熱水器已經(jīng)變成我們?nèi)粘＠锊豢苫蛉钡脑O(shè)備。然而，現(xiàn)在商場上銷售的太陽能熱水器普遍存在如：電路復(fù)雜、成本較高、不具有防護(hù)功能、易引起管道凍裂、伴熱帶容易引起火災(zāi)、操作繁瑣等的問題，使得太陽能熱水器在冬天容易引起火災(zāi)、容易漏電和浪費(fèi)電等一系列安全隱患。的系統(tǒng)功能有很的新起管道凍裂，伴熱帶容易引起火災(zāi)。本系統(tǒng)引進(jìn)的自動(dòng)上水、自動(dòng)排空、紅外遙控等先進(jìn)技術(shù)正好解決了上述的管道凍裂、容易引起火災(zāi)、容易漏電和浪費(fèi)電等一系列安全隱患，方便使用，節(jié)約能源。

1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及功能

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)選取STC89C52作為主控芯片，硬件設(shè)計(jì)涉及以下幾個(gè)方面;溫度傳感器信息采集電路、水位模擬電路、復(fù)位按鍵電路、AD轉(zhuǎn)化電路、時(shí)鐘顯示電路及紅外線遙控接收電路等。分別用溫度傳感器采集電路信息，水位傳感器采集水位信息，AD轉(zhuǎn)化器將信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)進(jìn)行傳輸，時(shí)鐘芯片將時(shí)鐘顯示到液晶屏上，我們還可以利用紅外遙控器進(jìn)行時(shí)間調(diào)節(jié)和報(bào)警調(diào)節(jié)，自動(dòng)上水等功能，并且還可以通過隨時(shí)關(guān)閉和開啟液晶屏來節(jié)約電能。具體如圖2所示，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能如下：精確的溫度水位顯示功能;液晶顯示時(shí)間日期;低水位自動(dòng)報(bào)警并自動(dòng)上水功能;自動(dòng)排空功能;紅外遙控器控制太陽能熱水器功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 采集電路

采集電路分為水位和溫度采集電路和AD轉(zhuǎn)化電路。溫度采集電路采用NTC系列MF11型的101。溫度采集電路包括溫度熱敏電阻和調(diào)理電路，如圖4所示，水位測量電路采用電阻水位傳感器接調(diào)理電路，如圖4所示，其中OP07是運(yùn)放，在這里我們用來作跟隨器使用，以提高抗干擾的能力和保護(hù)電路的能力。AD電路采用ADC0832雙通道8位模數(shù)轉(zhuǎn)化芯片。

2.2 主控電路

我們選擇了最簡單實(shí)用的控制芯片STC89C52單片機(jī)，系統(tǒng)功能管腳分配圖如圖4所示。

2.3 顯示電路

顯示電路包括指示燈電路、LED液晶顯示屏顯示電路、蜂鳴器報(bào)警電路、時(shí)鐘顯示電路。指示燈電路如圖4中C所示。P1.0～P1.3分別顯示欠水、適中、飽和、報(bào)警。LED液晶顯示屏顯示電路如圖4中A所示，液晶采用1602式，液晶的6～14接單片機(jī)的P0.0～P0.7。時(shí)鐘顯示電路如圖4中的B所示，5～7接P1.4～P1.6。

2.4 自動(dòng)上水管道排空電路

2.4.1 自動(dòng)上水電路

如圖5所示，水箱需要上水時(shí)，單片機(jī)給IR VLAVEN一個(gè)低電平，經(jīng)過ULN2803驅(qū)動(dòng)和放大處理(如圖4中的D部分)，使繼電器導(dǎo)通，LED管點(diǎn)亮，開關(guān)閉合使220V電壓導(dǎo)通，電磁閥A工作。實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)上水的功能。當(dāng)IR VLAVE IN是高電平時(shí)，電磁閥A不工作，停止上水。這樣就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)上水的功能。

2.4.2 自動(dòng)排空電路

在正常情況下，排水電磁閥B是關(guān)閉的，排水開關(guān)也是關(guān)閉的，管道就相當(dāng)于一根真空的內(nèi)部有水的管子，當(dāng)冬天天氣較冷時(shí)，管道的水容易結(jié)冰，導(dǎo)致管道凍裂。如圖5所示，當(dāng)我們打開上面的排水電磁閥B和下面的排水開關(guān)時(shí)，管道頓時(shí)有很多空氣進(jìn)入，由于空氣對(duì)流的特點(diǎn)使我們的管子的水流下來。由于下面的排水開關(guān)在室內(nèi)，所以我們用一個(gè)手動(dòng)開關(guān)即可，出水開關(guān)只用一個(gè)電磁閥B控制。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用C語言編寫，通過Keil uVision4編譯，通過Protues進(jìn)行仿真后調(diào)試運(yùn)行。軟件主要是針對(duì)系統(tǒng)的信息采集單元、上位機(jī)部分、顯示部分、紅外遙控部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，信息采集包括溫度、水位、AD轉(zhuǎn)化程序，上位機(jī)部分包括自動(dòng)排空部分、自動(dòng)上水部分。顯示部分主要是對(duì)時(shí)鐘、液晶的程序操作。其中溫度和水位程序采用查表法設(shè)計(jì)思路，將不同溫度對(duì)應(yīng)的電壓值制成表依次比較。本文主要介紹紅外和自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的軟件設(shè)計(jì)思路。

3.1 紅外軟件設(shè)計(jì)

軟件部分采用NEC協(xié)議，NEC協(xié)議包括：引導(dǎo)碼、16bit用戶碼(地址碼)、8bit命令碼(數(shù)據(jù)碼)及其反碼。引導(dǎo)碼由一個(gè)9ms的載波波形和4.5ms的關(guān)斷時(shí)間構(gòu)成。用戶碼共16bit，低8位先輸出，高8位后輸出，8bit鍵數(shù)據(jù)碼及其反碼。系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)碼的不同判斷遙控器按鍵的不同，根據(jù)按鍵的不同來設(shè)置不同的按鍵功能。

3.2 自動(dòng)控制單元軟件設(shè)計(jì)

自動(dòng)控制單元包括自動(dòng)上水、自動(dòng)排空、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)顯示水位燈等。主要是通過單片機(jī)IO口的狀態(tài)改變來實(shí)現(xiàn)開關(guān)的功能。當(dāng)水位低于25%時(shí)，采用低電位自動(dòng)上水，蜂鳴器報(bào)警，欠水燈亮。當(dāng)水位高于25%低于50%時(shí)，自動(dòng)上水燈不亮，欠水燈亮。當(dāng)水位高于50%低于75%，適中燈亮，當(dāng)水位高于75%低于100%時(shí)，滿水位燈亮，停止自動(dòng)上水。通過單片機(jī)控制上水電磁閥的狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的功能。

4 小結(jié)

本文設(shè)計(jì)的太陽能控制器綠色環(huán)保，采用最為低廉的NTC熱敏電阻MF11和101型水位電阻傳感器測量溫度和水位的信息：通過單片機(jī)STC89C52接收信號(hào)，增加了DS1302時(shí)鐘顯示功能;通過液晶顯示溫度、水位、時(shí)間等一系列的信息，節(jié)省了成本。針對(duì)傳統(tǒng)太陽能設(shè)計(jì)器不能自動(dòng)上水，冬天易凍的特點(diǎn)，增加了自動(dòng)上水自動(dòng)排空的特點(diǎn)，根據(jù)人們使用的習(xí)慣，采用人性化設(shè)計(jì)思路，采用紅外遙控技術(shù)實(shí)現(xiàn)人工的短距離無線控制，防止觸電。