一种基于单片机的智能太阳能热水器及其工作方法与流程

本发明涉及太阳能热水器技术领域，特别是涉及一种基于单片机的智能太阳能热水器及其工作方法。

背景技术：

随着传感器技术和计算机技术的发展，新型智能产品正快速占领市场份额。智能太阳能热水器作为智能家居的代表产品之一，也得到较快的发展。目前太阳能热水器领域正面临转型的阶段，作为新兴产品，智能太阳能热水器相比传统的太阳能热水器发展潜力更大。美国尼尔森公司在“消费者对未来家居生活期待”的调研中发现，88％的人选择“让生活更智慧”。因此，有专家指出，智能化将成为太阳能热水器发展的重要方向，也是解决目前太阳能热水器市场趋于饱和的重要突破口。现已有许多人提出了智能太阳能的新设计，但仍存在许多技术缺陷，如专利cn201110245402.4提出一种光追踪随动太阳能，存在需要额外给太阳能电池板配备电源，工作效率低等缺点。

本发明能够根据环境的光照强度给太阳能热水器的水箱适当进行供水，当太阳光照强度较大时，多向水箱供水，当光照强度较小时，少向水箱供水，以此保证即使当日太阳光照条件较差情况下，水箱中因供水量少使水温仍能保持在较高的值，本发明解决了太阳能热水器因光照条件较差而不能通过太阳能加热较多热水，如果将水箱加满，必定会导致整个水箱的水温较低达不到使用要求的问题，在实际应用中，少量的热水比大量的温水更具有实用价值。为了满足用户在光照条件较差时，仍能使用大量的热水，该智能太阳能热水器还配备了一套温度智能调控系统，它能利用电能补偿太阳能的不足，并且为了使太阳能热水器能够优先使用太阳能加热，温度智能调控系统利用定时器芯片进行定时，使电辅助加热仅能在每日的适当时间内开启，以此合理配置能源能够节省大量的电能。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于单片机的智能太阳能热水器及其工作方法。

一种基于单片机的智能太阳能热水器，其特征在于，包括温度传感器、定时器、浮球液位开关、单片机、光敏传感器、水位显示、水温显示、加热管启动电路、低温保护排水阀门启动电路、供水阀门启动电路、加热管、低温保护排水阀门、供水阀门。

其中，定时器将定时信息传送给单片机，浮球液位开关将水箱水位值传送给单片机，温度传感器和光敏传感器分别采集水温值和光照强度值传送给单片机，单片机分别控制水位显示、水温显示、加热管启动电路、低温保护排水阀门启动电路、供水阀门启动电路。

其中加热管启动电路控制加热管工作起停，低温保护排水阀门启动电路控制低温保护排水阀门开关，供水阀门启动电路控制供水阀门开关。

所述光敏传感器，包括惠斯通电桥a、惠斯通电桥b、惠斯通电桥c、惠斯通电桥d，电压比较芯片，电阻r1，电阻r2，电阻r3，电阻r4；惠斯通电桥a包括光敏电阻gl5537_1，调节电位器rheostat_1，电阻r5，电阻r6，调节电位器rheostat_1与电阻r5串联构成惠斯通电桥a上分支，电阻r6与光敏电阻gl5537_1串联构成惠斯通电桥a下分支，上分支的调节电位器rheostat_1端与下分支的电阻r6端连接并连接电源vcc，上分支的电阻r5与下分支的光敏电阻gl5537_1连接并接地；惠斯通电桥b包括光敏电阻gl5537_2，调节电位器rheostat_2，电阻r7，电阻r8，调节电位器rheostat_2与电阻r7串联构成惠斯通电桥b上分支，电阻r8与光敏电阻gl5537_2串联构成惠斯通电桥b下分支，上分支的调节电位器rheostat_2端与下分支的电阻r8端连接并连接电源vcc，上分支的电阻r7与下分支的光敏电阻gl5537_2连接并接地；惠斯通电桥c包括光敏电阻gl5537_3，调节电位器rheostat_3，电阻r9，电阻r10，调节电位器rheostat_3与电阻r9串联构成惠斯通电桥c上分支，电阻r10与光敏电阻gl5537_3串联构成惠斯通电桥c下分支，上分支的调节电位器rheostat_3端与下分支的电阻r10端连接并连接电源vcc，上分支的电阻r9与下分支的光敏电阻gl5537_3连接并接地；惠斯通电桥d包括光敏电阻gl5537_4，调节电位器rheostat_4，电阻r11，电阻r12，调节电位器rheostat_4与电阻r11串联构成惠斯通电桥d上分支，电阻r12与光敏电阻gl5537_4串联构成惠斯通电桥d下分支，上分支的调节电位器rheostat_4端与下分支的电阻r12端连接并连接电源vcc，上分支的电阻r11与下分支的光敏电阻gl5537_4连接并接地；惠斯通电桥a上分支调节电位器rheostat_1与电阻r5连接的中间点与电压比较芯片的引脚4相连，下分支电阻r6与光敏电阻gl5537_1连接的中间点与电压比较芯片的引脚5相连；惠斯通电桥b上分支调节电位器rheostat_2与电阻r7连接的中间点与电压比较芯片的引脚6相连，下分支电阻r8与光敏电阻gl5537_2连接的中间点与电压比较芯片的引脚7相连；惠斯通电桥c上分支调节电位器rheostat_3与电阻r9连接的中间点与电压比较芯片的引脚8相连，下分支电阻r10与光敏电阻gl5537_3连接的中间点与电压比较芯片的引脚9相连；惠斯通电桥d上分支调节电位器rheostat_4与电阻r11连接的中间点与电压比较芯片的引脚10相连，下分支电阻r12与光敏电阻gl5537_4连接的中间点与电压比较芯片的引脚11相连；电压比较芯片的信号输出引脚2、1、14、13分别连接电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4，电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4分别连接电源vcc；电压比较芯片的引脚3连接电源vcc，电压比较芯片的引脚12接地。

所述定时器为xlt437定时器，其中定时器的引脚1接电源vcc，定时器的引脚2接入单片机的p2.0口，定时器的引脚3接入单片机的p1.1口，定时器的引脚4与电阻r连接，电阻r的另一端与定时器的引脚6相连并接地，所述电阻r的阻值为2000kω。

所述温度传感器为ds18b20温度传感器；所述单片机为51单片机；所述水位显示为led水位显示；所述水温显示为lcd1602水温显示。

所述调节电位器rheostat_1的阻值为10kω、调节电位器rheostat_2的阻值为30kω、调节电位器rheostat_3的阻值为36kω、调节电位器rheostat_1的阻值为45kω；电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4的阻值均为10kω，电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12的阻值均为30kω。

一种基于单片机的智能太阳能热水器工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：光敏传感器检测光照强度，浮球液位开关检测水箱水位值，将检测到的光照强度信号和水位值传送给单片机；

步骤2：当光照强度很弱时，光敏电阻gl5537_1、光敏电阻gl5537_2、光敏电阻gl5537_3、光敏电阻gl5537_4的电阻阻值很大，电压比较芯片的信号输出引脚2、1、14、13的输出信号out1、out2、out3和out4均为1，此时，无论浮球液位开关给出何种信号，水箱均不进水；

步骤3：当光照强度逐渐增强时，电压比较芯片的信号输出引脚2、1、14、13的输出信号out1、out2、out3和out4按顺序逐渐由1转为0，当输出信号out1＝0、out2＝1、out3＝1、out4＝1时，若此时水箱水位值为低于超低水位时，单片机控制供水阀门启动电路向供水阀门输出阀门打开信号，水箱进水到浮球液位开关给出超低水位信号后停止进水，否则水箱不进水；

步骤4：光照强度进一步增强，若电压比较芯片的信号输出引脚2、1、14、13的输出信号out1＝0、out2＝0、out3＝1、out4＝1，若此时水箱水位值为低于低水位时，单片机控制供水阀门启动电路向供水阀门输出阀门打开信号，水箱进水到浮球液位开关给出低水位信号后停止进水，否则水箱不进水；

步骤5：光照强度进一步增强，若电压比较芯片的信号输出引脚2、1、14、13的输出信号out1＝0、out2＝0、out3＝0、out4＝1，若此时水箱水位值为低于中水位时，单片机控制供水阀门启动电路向供水阀门输出阀门打开信号，水箱进水到浮球液位开关给出中水位信号后停止进水，否则水箱不进水；

步骤6：光照强度进一步增强，若电压比较芯片的信号输出引脚2、1、14、13的输出信号out1＝0、out2＝0、out3＝0、out4＝0，若此时水箱水位值为低于高水位时，单片机控制供水阀门启动电路向供水阀门输出阀门打开信号，水箱进水到浮球液位开关给出高水位信号后停止进水，否则水箱不进水。

本发明的有益效果在于：

1.能够按照光照强度选择水箱的供水量，当当天的光照强度不佳时，可自动减少供水量以保证水箱的水温；

2.当客户启用加热管加热时，该智能太阳能热水器可以定时开启加热管启动电路，并可根据客户的需求设定水箱应加热达到的最低水温，同时，客户也可以选择启用加热管加热时水箱的最低水位，这样就可以精准地按客户需求进行水温和水量的选择，以防止能源浪费；

3.拥有低温自动保护功能，可以防止水箱、水管等上冻。

附图说明

图1为本发明所述的一种基于单片机的智能太阳能热水器的控制框图。

图2为本发明所述的光敏电阻电路图。

图3本发明所述的定时器外围电路图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，一种基于单片机的智能太阳能热水器，其特征在于，包括温度传感器、定时器、浮球液位开关、单片机、光敏传感器、水位显示、水温显示、加热管启动电路、低温保护排水阀门启动电路、供水阀门启动电路、加热管、低温保护排水阀门、供水阀门。

其中，定时器将定时信息传送给单片机，浮球液位开关将水箱水位值传送给单片机，温度传感器和光敏传感器分别采集水温值和光照强度值传送给单片机，单片机分别控制水位显示、水温显示、加热管启动电路、低温保护排水阀门启动电路、供水阀门启动电路。水位显示可以实时显示水箱水位值，如超低水位，低水位，中水位和高水位，水温显示可以实时显示水箱内的水温。

其中加热管启动电路控制加热管工作起停，低温保护排水阀门启动电路控制低温保护排水阀门开关，供水阀门启动电路控制供水阀门开关。

如图2所示，所述光敏传感器，包括惠斯通电桥a、惠斯通电桥b、惠斯通电桥c、惠斯通电桥d，电压比较芯片，电阻r1，电阻r2，电阻r3，电阻r4；惠斯通电桥a包括光敏电阻gl5537_1，调节电位器rheostat_1，电阻r5，电阻r6，调节电位器rheostat_1与电阻r5串联构成惠斯通电桥a上分支，电阻r6与光敏电阻gl5537_1串联构成惠斯通电桥a下分支，上分支的调节电位器rheostat_1端与下分支的电阻r6端连接并连接电源vcc，上分支的电阻r5与下分支的光敏电阻gl5537_1连接并接地；惠斯通电桥b包括光敏电阻gl5537_2，调节电位器rheostat_2，电阻r7，电阻r8，调节电位器rheostat_2与电阻r7串联构成惠斯通电桥b上分支，电阻r8与光敏电阻gl5537_2串联构成惠斯通电桥b下分支，上分支的调节电位器rheostat_2端与下分支的电阻r8端连接并连接电源vcc，上分支的电阻r7与下分支的光敏电阻gl5537_2连接并接地；惠斯通电桥c包括光敏电阻gl5537_3，调节电位器rheostat_3，电阻r9，电阻r10，调节电位器rheostat_3与电阻r9串联构成惠斯通电桥c上分支，电阻r10与光敏电阻gl5537_3串联构成惠斯通电桥c下分支，上分支的调节电位器rheostat_3端与下分支的电阻r10端连接并连接电源vcc，上分支的电阻r9与下分支的光敏电阻gl5537_3连接并接地；惠斯通电桥d包括光敏电阻gl5537_4，调节电位器rheostat_4，电阻r11，电阻r12，调节电位器rheostat_4与电阻r11串联构成惠斯通电桥d上分支，电阻r12与光敏电阻gl5537_4串联构成惠斯通电桥d下分支，上分支的调节电位器rheostat_4端与下分支的电阻r12端连接并连接电源vcc，上分支的电阻r11与下分支的光敏电阻gl5537_4连接并接地；惠斯通电桥a上分支调节电位器rheostat_1与电阻r5连接的中间点与电压比较芯片的引脚4相连，下分支电阻r6与光敏电阻gl5537_1连接的中间点与电压比较芯片的引脚5相连；惠斯通电桥b上分支调节电位器rheostat_2与电阻r7连接的中间点与电压比较芯片的引脚6相连，下分支电阻r8与光敏电阻gl5537_2连接的中间点与电压比较芯片的引脚7相连；惠斯通电桥c上分支调节电位器rheostat_3与电阻r9连接的中间点与电压比较芯片的引脚8相连，下分支电阻r10与光敏电阻gl5537_3连接的中间点与电压比较芯片的引脚9相连；惠斯通电桥d上分支调节电位器rheostat_4与电阻r11连接的中间点与电压比较芯片的引脚10相连，下分支电阻r12与光敏电阻gl5537_4连接的中间点与电压比较芯片的引脚11相连；电压比较芯片的信号输出引脚2、1、14、13分别连接电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4，电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4分别连接电源vcc；电压比较芯片的引脚3连接电源vcc，电压比较芯片的引脚12接地。

所述温度传感器为ds18b20温度传感器；所述单片机为51单片机；所述水位显示为led水位显示；所述水温显示为lcd1602水温显示。

如图3所示，所述定时器为xlt437定时器，其中定时器的引脚1接电源vcc，定时器的引脚2接入单片机的p2.0口，定时器的引脚3接入单片机的p1.1口，定时器的引脚4与电阻r连接，电阻r的另一端与定时器的引脚6相连并接地，所述电阻r的阻值为2000kω。

所述调节电位器rheostat_1的阻值为10kω、调节电位器rheostat_2的阻值为30kω、调节电位器rheostat_3的阻值为36kω、调节电位器rheostat_1的阻值为45kω；电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4的阻值均为10kω，电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12的阻值均为30kω。

一种基于单片机的智能太阳能热水器工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：光敏传感器检测光照强度，浮球液位开关检测水箱水位值，将检测到的光照强度信号和水位值传送给单片机；

步骤2：当光照强度很弱时，光敏电阻gl5537_1、光敏电阻gl5537_2、光敏电阻gl5537_3、光敏电阻gl5537_4的电阻阻值很大，电压比较芯片的信号输出引脚2、1、14、13的输出信号out1、out2、out3和out4均为1，此时，无论浮球液位开关给出何种信号，水箱均不进水；

步骤3：当光照强度逐渐增强时，电压比较芯片的信号输出引脚2、1、14、13的输出信号out1、out2、out3和out4按顺序逐渐由1转为0，当输出信号out1＝0、out2＝1、out3＝1、out4＝1时，若此时水箱水位值为低于超低水位时，单片机控制供水阀门启动电路向供水阀门输出阀门打开信号，水箱进水到浮球液位开关给出超低水位信号后停止进水，否则水箱不进水；

步骤4：光照强度进一步增强，若电压比较芯片的信号输出引脚2、1、14、13的输出信号out1＝0、out2＝0、out3＝1、out4＝1，若此时水箱水位值为低于低水位时，单片机控制供水阀门启动电路向供水阀门输出阀门打开信号，水箱进水到浮球液位开关给出低水位信号后停止进水，否则水箱不进水；

步骤5：光照强度进一步增强，若电压比较芯片的信号输出引脚2、1、14、13的输出信号out1＝0、out2＝0、out3＝0、out4＝1，若此时水箱水位值为低于中水位时，单片机控制供水阀门启动电路向供水阀门输出阀门打开信号，水箱进水到浮球液位开关给出中水位信号后停止进水，否则水箱不进水；

步骤6：光照强度进一步增强，若电压比较芯片的信号输出引脚2、1、14、13的输出信号out1＝0、out2＝0、out3＝0、out4＝0，若此时水箱水位值为低于高水位时，单片机控制供水阀门启动电路向供水阀门输出阀门打开信号，水箱进水到浮球液位开关给出高水位信号后停止进水，否则水箱不进水。

除此以外，本发明还有智能太阳能热水器低温自动保护功能，温度传感器采集水箱水温值传送给单片机，单片机将接收到的水温值与0℃进行比较，若接收到的水温值在0℃以下或等于0℃，单片机向低温保护排水阀门启动电路输出阀门打开信号使排水阀门打开，将水箱中的水排放完，同时单片机向加热管启动电路和供水阀门启动电路输出关闭信号使加热管和供水阀门停止工作。防止智能太阳能热水器的水箱、水管等上冻。

除此以外，本发明还有智能太阳能热水器定时开启加热管启动电路功能，当开启该功能时，客户可根据需求设定水箱加热应达到的最低水温值，温度传感器将采集到的水箱水温值传送给单片机，当水箱中的水温低于设定值时，单片机向加热管启动电路输出开启信号，控制加热管工作，直到水箱的水温值达到用户设定的水温值。客户也可以设定加热管启动电路启动时水箱应有的最低水位，一方面可以防止加热管干烧，另一方面也可避免水箱在加满状态下进行电热管加热导致的能源浪费。客户也可设定加热管启动电路在一天之中的固定时间开启，当设定该智能太阳能热水器在某一时刻开启时，可以使智能太阳能热水器尽可能地利用白天的太阳能进行加热，当到达没有太阳光照射的傍晚时，再选择是否开启加热管进行加热。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。