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摘 要：随着经济的快速发展，人们的生活水平越来越好了，同时人们也越来越认识到了环境的重要性，而且目前国家也在提倡绿色低碳生活，因此太阳能这一绿色且源源不断的能源就越来越受到人们的青睐。在日常生活中，人们对于太阳能最为广泛的就是太阳能热水器了。同时在时代进步与发展的过程中，太阳能热水器也在紧跟时代的脚步，不断地更新与换代。本文结合太阳能热水器的具体应用，介绍了一种以AT89C51单片机为核心组成的太阳能温控上水系统，通过对水位和温度等数据的采集，自动控制热水器进行上水、加热等工作，使得人们随时都有温度适中的热热水可用。本系统使用方便，稳定性高，节约能源，成本低且实用性高，适合推广，市场前景广泛。
关键词：单片机 太阳能热水器 水位 温度 控制
中图分类号： S763 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（a）-0000-00
随着人们生活水平和质量的提高，以及生活效率的提高，太阳能热水器也越来越普及，但是传统的手动上水以及紧靠太阳能对水进行加热的热水器已经不能满足人们的需求了，人们需要一种智能的热水器，能够让他们随时都有充足的热水可用，尤其是在冬天的时候。因此为了满足人们的需求，本文设计了一种太阳能温控上水系统，本系统通过对水位和温度等数据的检测，智能化的自动进行上水、加热等操作，从而能够保证人们随时都有充足的热水可用，很好的解决了传统太阳能热水器的一些弊端，能够更好的满足人们的需求。
1 系统总体方案设计
本太阳能温控上水系统主要由单片机最小系统、电源模块、数据采集模块、键盘和显示模块以及执行模块等五个模块组成。电源模块采用外部交流电源或内置电池对系统进行供电，数据采集模块采用水位传感器和温度传感器对水位水温等数据进行采集，键盘和显示模块中键盘采用3×5防水键盘，显示器采用液晶显示屏对各种数据进行显示，更加清晰直观，执行模块主要由单片机控制热水器的上水、加热等操作。系统的总体框图如图1所示。
2 系统的硬件设计
2.1 单片机最小系统设计
单片机最小系统是使单片机可以正常运行的最低配置，它是由复位模块、时钟模块和电源模块这三个模块所组成的。复位模块是用来复位单片机，使其程序重新运行，其工作原理是通过在单片机的9引脚提供两个周期以上的高电平来实现单片机的复位。单片机是一种时序电路，因此必须由时钟模块给单片机提供脉冲信号才能正常工作。电源模块是单片机正常工作中所必不可少的一部分，单片机使用的是5V电源，其中单片机40引脚接电源正极，20引脚接电源负极。
2.2 电源模块设计
电源电路采用的是外部交流电源或内置电池对系统进行供电。可以通过外接15V电源通过降压、整流滤波等处理后输出5V电压，或者通过内置两节3.7V锂电池进行降压后输出5V电压，来供给单片机电源需求。
2.3 数据采集模块设计
数据采集模块主要是由水位传感器、温度传感器和A/D轉换器组成，其功能是对太阳能热水器水箱中的水位和温度进行检测，然后将检测数据通过A/D转换器转换为数字信号传输给单片机。水位传感器采用浮子式水位传感器，其是利用水中浮子的垂直位置随水面变化的原理，然后通过转换器件将水位转换为可测信号输出，精准的测量出水箱水位数据。温度传感器采用的是DS18B20温度传感器，其可测量的温度范围为-55℃～+125℃，具有接线方便，使用范围广，寿命长，体积小，成本低以及使用方便等优点。
2.4 键盘和显示模块设计
该部分主要由键盘和显示屏组成，键盘采用3×5防水键盘，用来设定水箱中的水位、温度等的范围以满足人们的各种需求，显示屏采用液晶显示屏，用来显示太阳能热水器中的水位、温度以及人们所设定的各种数据，其具有微功耗，体积小，显示内容丰富、清晰以及美观等优点。
2.5 执行模块设计
该部分主要是由各种执行器组成，以AT89C51单片机为核心进行控制。通过单片机对水位、温度等信息进行处理，与设定值进行比较，当水位达到设定水位最低值时，单片机控制太阳能热水器的上水管路的电磁阀开启，太阳能热水器进行上水，当水位达到设定最高值时电磁阀关闭停止上水；当温度达到设定范围最高值时，单片机控制水箱内的电加热开启进行加热，当温度达到设定最高值时电加热关闭，停止加热。使水箱内的水位、温度始终都保持在设定范围内，让人们随时都有足够的热水可供使用。
3 系统的软件设计
本系统主要是由单片机最小系统、电源模块、数据采集模块、键盘和显示模块、执行模块等组成硬件系统，以AT89C51单片机为核心进行控制，使各个模块之间协同作用来组成一个完整的控制系统。数据采集模块采集各种所需要的数据传输到单片机中，然后将信息在液晶显示屏上显示出来，同时通过与设定的数据进行对比，看是否在设定范围内，然后控制执行模块的各个执行器的开启或关闭，使水箱内的水位、温度始终能满足人们的需求。
4 结语
本设计是以AT89C51单片机为控制核心，设计的太阳能温控上水系统，实现了太阳能热水器自动对水箱内的水位、温度等信息进行采集与处理，然后与设定数据进行比较，智能的控制水箱进行上水、加热等操作，使人们随时都由充足的热水可供使用，使人们的生活更加的方便。另外本设计还可进一步的优化，如实现远程控制、智能识别是否有人正在使用热水等，这样我们可以通过远程操控系统加热功能的开关，在需要用热水的时候提前打开，在不需要的时候关闭，这样就可以更加的节能，还有在有人正在使用热水的时候，智能的进行识别，然后控制水箱不会在使用中进行加水，导致水温变凉。我相信，随着社会的进步，科技的发展，在未来太阳能热水器一定会变得更加智能化，使人们的生活更加便捷。
参考文献
[1] 李朝青.单片机原理及接口技术[M].第3版.北京：北京航天航空大学出版社.2005
[2] 叶湘滨，熊飞丽，等.传感器与测试技术[M].北京：国防工业出版社.2007
[3] 柴锁柱，赵秋.基于C51的DS18B20驱动电路设计[J].传感器世界.2007（8）：36-39
[4] 陈永健，王晨.单片机在太阳能热水器辅助电加热温度控制器的应用与研究[J].电子世界.2016（20）
[5] 杨瑞，张军.自动控制系统原理[M].电子科技大学出版社.2016.7
[6] 华磊.太阳能热水器智能控制装置[D].广西大学.2012
[7] 焦青太.当今世界太阳能热水器的发展状况[J].建筑节能.2007（08）
关键词：单片机 太阳能热水器 水位 温度 控制
中图分类号： S763 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（a）-0000-00
随着人们生活水平和质量的提高，以及生活效率的提高，太阳能热水器也越来越普及，但是传统的手动上水以及紧靠太阳能对水进行加热的热水器已经不能满足人们的需求了，人们需要一种智能的热水器，能够让他们随时都有充足的热水可用，尤其是在冬天的时候。因此为了满足人们的需求，本文设计了一种太阳能温控上水系统，本系统通过对水位和温度等数据的检测，智能化的自动进行上水、加热等操作，从而能够保证人们随时都有充足的热水可用，很好的解决了传统太阳能热水器的一些弊端，能够更好的满足人们的需求。
1 系统总体方案设计
本太阳能温控上水系统主要由单片机最小系统、电源模块、数据采集模块、键盘和显示模块以及执行模块等五个模块组成。电源模块采用外部交流电源或内置电池对系统进行供电，数据采集模块采用水位传感器和温度传感器对水位水温等数据进行采集，键盘和显示模块中键盘采用3×5防水键盘，显示器采用液晶显示屏对各种数据进行显示，更加清晰直观，执行模块主要由单片机控制热水器的上水、加热等操作。系统的总体框图如图1所示。
2 系统的硬件设计
2.1 单片机最小系统设计
单片机最小系统是使单片机可以正常运行的最低配置，它是由复位模块、时钟模块和电源模块这三个模块所组成的。复位模块是用来复位单片机，使其程序重新运行，其工作原理是通过在单片机的9引脚提供两个周期以上的高电平来实现单片机的复位。单片机是一种时序电路，因此必须由时钟模块给单片机提供脉冲信号才能正常工作。电源模块是单片机正常工作中所必不可少的一部分，单片机使用的是5V电源，其中单片机40引脚接电源正极，20引脚接电源负极。
2.2 电源模块设计
电源电路采用的是外部交流电源或内置电池对系统进行供电。可以通过外接15V电源通过降压、整流滤波等处理后输出5V电压，或者通过内置两节3.7V锂电池进行降压后输出5V电压，来供给单片机电源需求。
2.3 数据采集模块设计
数据采集模块主要是由水位传感器、温度传感器和A/D轉换器组成，其功能是对太阳能热水器水箱中的水位和温度进行检测，然后将检测数据通过A/D转换器转换为数字信号传输给单片机。水位传感器采用浮子式水位传感器，其是利用水中浮子的垂直位置随水面变化的原理，然后通过转换器件将水位转换为可测信号输出，精准的测量出水箱水位数据。温度传感器采用的是DS18B20温度传感器，其可测量的温度范围为-55℃～+125℃，具有接线方便，使用范围广，寿命长，体积小，成本低以及使用方便等优点。
2.4 键盘和显示模块设计
该部分主要由键盘和显示屏组成，键盘采用3×5防水键盘，用来设定水箱中的水位、温度等的范围以满足人们的各种需求，显示屏采用液晶显示屏，用来显示太阳能热水器中的水位、温度以及人们所设定的各种数据，其具有微功耗，体积小，显示内容丰富、清晰以及美观等优点。
2.5 执行模块设计
该部分主要是由各种执行器组成，以AT89C51单片机为核心进行控制。通过单片机对水位、温度等信息进行处理，与设定值进行比较，当水位达到设定水位最低值时，单片机控制太阳能热水器的上水管路的电磁阀开启，太阳能热水器进行上水，当水位达到设定最高值时电磁阀关闭停止上水；当温度达到设定范围最高值时，单片机控制水箱内的电加热开启进行加热，当温度达到设定最高值时电加热关闭，停止加热。使水箱内的水位、温度始终都保持在设定范围内，让人们随时都有足够的热水可供使用。
3 系统的软件设计
本系统主要是由单片机最小系统、电源模块、数据采集模块、键盘和显示模块、执行模块等组成硬件系统，以AT89C51单片机为核心进行控制，使各个模块之间协同作用来组成一个完整的控制系统。数据采集模块采集各种所需要的数据传输到单片机中，然后将信息在液晶显示屏上显示出来，同时通过与设定的数据进行对比，看是否在设定范围内，然后控制执行模块的各个执行器的开启或关闭，使水箱内的水位、温度始终能满足人们的需求。
4 结语
本设计是以AT89C51单片机为控制核心，设计的太阳能温控上水系统，实现了太阳能热水器自动对水箱内的水位、温度等信息进行采集与处理，然后与设定数据进行比较，智能的控制水箱进行上水、加热等操作，使人们随时都由充足的热水可供使用，使人们的生活更加的方便。另外本设计还可进一步的优化，如实现远程控制、智能识别是否有人正在使用热水等，这样我们可以通过远程操控系统加热功能的开关，在需要用热水的时候提前打开，在不需要的时候关闭，这样就可以更加的节能，还有在有人正在使用热水的时候，智能的进行识别，然后控制水箱不会在使用中进行加水，导致水温变凉。我相信，随着社会的进步，科技的发展，在未来太阳能热水器一定会变得更加智能化，使人们的生活更加便捷。
参考文献
[1] 李朝青.单片机原理及接口技术[M].第3版.北京：北京航天航空大学出版社.2005
[2] 叶湘滨，熊飞丽，等.传感器与测试技术[M].北京：国防工业出版社.2007
[3] 柴锁柱，赵秋.基于C51的DS18B20驱动电路设计[J].传感器世界.2007（8）：36-39
[4] 陈永健，王晨.单片机在太阳能热水器辅助电加热温度控制器的应用与研究[J].电子世界.2016（20）
[5] 杨瑞，张军.自动控制系统原理[M].电子科技大学出版社.2016.7
[6] 华磊.太阳能热水器智能控制装置[D].广西大学.2012
[7] 焦青太.当今世界太阳能热水器的发展状况[J].建筑节能.2007（08）