下面文章中提出了一種基于單片機的太陽能熱水器恒溫控制裝置。本裝置是以單片機控制為核心，以及裝置硬件結構的創新設計。根據用戶設定的溫度，測量熱水出水口水的溫度，通過單片機的輸出信號，調整冷、熱水的進水口水流量，使得最終出水溫度在氣壓和冷、熱水溫度發生變化時能保持基本恒定的溫度。實驗表明：系統結構簡單有效，溫度調節速度快，便于安裝維護，而且節能環保。

　　關鍵詞：單片機,恒溫控制,電動調節閥

　　太陽能熱水器在現代得到了廣泛的應用，是新能源利用成功的典范之一，具有安全性、經濟性、節能性、環保性等特點，因而得到廣泛的應用。但其在使用時往往需要手動調節溫度，等溫度合適后再使用，常會因為水過冷、過熱和壓力變化，需要反復嘗試調節，這樣既不方便，又浪費時間，還造成了水資源的浪費。

　　市場上有許多恒溫裝置，原理大多是在放水過程中，通過溫度傳感器的信號，以電加熱的方式或調節流量的方式調節水的溫度，其只能省去人工調節的部分，但大多數的太陽能熱水器都安放在樓頂，當用戶距離樓頂較遠時，熱水管會很長，就無法避免熱水管在使用時管中涼水的浪費，致使在水溫調節達到恒溫前，大量水資源浪費[1]。

　　本文設計了一種太陽能沐浴恒溫器，由電動流量調節閥、水箱、控制系統組成。其讓使用者在使用時，可以直接得到理想溫度的水，節省時間，節約水資源。其通過連通管和水箱實現冷水與熱水充分混合;再者，就是通過溫度傳感器傳遞溫度信號給單片機，以控制冷水管與熱水管的流量，進行最終調溫，這樣可以減少水資源的浪費和使用者人工調節的時間[2]。

　　1總體設計方案

　　來自太陽能熱水器的熱水與來自冷水桶的冷水通過電動流量調節閥進入該裝置混合后再輸出，為使水溫和水壓變化時保持輸出水的恒溫恒壓，系統控制冷水與熱水的流量，溫度傳感器把信號傳遞給外部控制系統的單片機，通過單片機對電動流量調節閥控制，調節兩個同步電機正反轉，改變節流面積，在較短的時間內實現控制水流量的功能，最終在裝置中充分混合，以得到恒溫水[3]。單片機發送的電信號是依據溫度傳感器感應溫度與用戶設定的溫度進行比較，進行判斷后，根據程序輸出的。為便于使用，系統還可以提示用戶溫度是否可用功能。

　　2系統硬件設計

　　2.1電動流量調節閥

　　考慮到電磁閥通過不斷改變通電時間，不容易控制，而且長時間關斷會大大降低電磁閥的壽命，所以我們采用電動流量調節閥，通過改變節流面積，改變冷、熱水流量，調節溫度。本系統的電動流量調節閥為AC24V/50Hz，常態為關閉，流量孔徑為15mm，由于單片機是3-5伏供電，需要通過三極管間接控制電動流量調節閥節流面積的改變。電動流量調節器由同步電機(1)、凸輪(2)、彈簧(3)、頂桿(4)、圓臺形板(5)，以及金屬外壁和管道組成。

　　2.2溫度傳感器

　　系統中使用溫度傳感器測水箱中的水溫度，將信號傳給單片機進行處理。人們日常用水的溫度一般在25℃-85℃之間，所需的分辨率為2℃。系統的溫度傳感器選擇DALLAS公司的DS18B20一線式數字溫度傳感器[4]。其性能符合裝置的需要，且性價比較高。其可測溫度為-55℃-125℃之間，測溫分辨率可達到0.0625℃，可編程為9-12位A/D轉換精度，被測溫度用符號擴展的16位數字量方式串行輸出，使用電壓為3V-5.5V。DS18B20的中間數據引腳DQ腳與單片機的P0.5相連，該溫度可直接被系統獲得。

　　2.3溫度調節

　　系統輸出溫度可連續調節,外設3個按鈕，分別用于開關、升高和降低設定溫度,每按一下,溫度將會上升或下降2℃，為能實時響應溫度的調節，這兩個按鈕都直接連接單片機的中斷引腳P2[5]。系統按照最近的設定溫度調節水箱中水的溫度。

　　2.4單片機

　　單片機用于讀取溫度、獲得設定溫度、控制同步電機、提示可用和報警系統，選擇AT89C2052作為控制核心，它具有廉價、可靠的優點，且引腳夠多[6]。

　　2.5水箱

　　冷、熱水進入系統后在水箱內進行混合，由系統通過改變節流面積的方式調節冷、熱水流量，系統要不斷調節兩個入水管的流量，因此混合室的空間越大，輸出的溫度越穩定，但由于空間限制，故本系統采用長為30cm，寬為10cm,高為10cm的水箱。水箱由溫度傳感器(6)、通氣孔(7)，以及塑料外殼組成。

　　2.6連通管

　　為了避免冷水管和熱水管直接與水箱連接導致水的溫度混合不均勻(靠近熱水管的水溫要高于靠近冷水管的水溫)，在電動流量調節器與水箱之間加入一個連通管，連通管的直徑略大于或等于電動流量調節器出水管直徑的2倍，兩個出水管與連通管切向連接，都與水平成30°夾角，使兩個水流產生對流角度，兩個出水管的水流沿著連通管管壁旋轉下降，進入水箱，在旋轉過程中達到熱水與冷水的混合目的，從而解決上述問題。

　　2.7各部件功能流程

　　一種基于單片機的太陽能熱水器恒溫控制裝置，由電動流量調節器、水箱、控制系統組成。電動流量調節器和水箱通過連通管上下連接，再由外部控制系統接收感應器信號，來控制電動流量調節器中的同步電機(1)，通過同步電機(1)正反轉，由同步電機軸頭的凸輪(2)頂起或由彈簧(3)彈回頂桿(4)，來調節圓臺形板(5)與錐形管(8)的結合程度，進而控制流量，進行水溫調控，從而使水箱中的水達到理想溫度。

　　上面所述的同步電機(1)，有限位斷電保護功能，能在停頓的情況下產生穩定的扭力，使圓臺形板(5)可以靜止在任何位置。為使水箱中的水能夠準確的達到理想中的溫度，我們需要溫度傳感器(6)來感應水箱中的水溫，所以在水箱出水管口上方3~5cm處，設置溫度傳感器(6)，采集溫度信號，再通過單片機控制冷水和熱水的流量，使水箱中的水達到恒溫。

　　在水箱的左上方設有通氣孔(7)，由電動開關控制，其作用為平衡水箱內的氣壓，防止在調節水溫時，水箱內氣壓過大，將水在蓮蓬頭壓出。當水溫調節到理想溫度后，由溫度傳感器(6)將信號傳遞給單片機，控制通氣孔(7)的電動開關關閉，維持氣壓不變，由兩個進水管(A、B)進水，形成氣壓差，進而將水箱內的恒溫水從蓮蓬頭壓出。溫度傳感器把信號傳遞給外部控制系統的單片機，控制圓臺形板與錐形管的結合程度，改變節流面積，實現控制水流量的功能。進而得到設定溫度的水。

　　3系統軟件設計

　　3.1主程序

　　通過溫度傳感器傳遞溫度信號給單片機，來控制冷水管與熱水管的流量，將水箱中的水控制在設定溫度，進行恒溫水輸出。

　　3.2冷熱水電動流量調節閥調整子程序

　　啟動后，電動流量調節閥熱水流量開到最大，溫度傳感器通過P1.4口傳遞給單片機，單片機判斷溫度后執行溫度調節子程序，P3.2、P3.3口通過控制定時計數器TMOD、TCON來控制電機的開啟和關閉時間，使水箱中水的溫度一直持在設定溫度。

　　3.3通氣孔電動開關控制子程序

　　通氣孔作用為平衡水箱內的氣壓，防止在調節水溫時，水箱內氣壓過大，將水在蓮蓬頭壓出。當水開始注入水箱時，單片機P1.6口輸出高電平使通氣孔開關開啟，使水能流入水箱，當水溫調節到理想溫度后，單片機P1.6口輸出低電平控制通氣孔的電動開關關閉，維持氣壓不變，由兩個進水管進水，形成氣壓差，將水箱內設定溫度的恒溫水從蓮蓬頭壓出。

　　4實驗分析

　　系統安裝后，針對日常生活中幾種冷、熱水溫度進行調節測試，設定跳接后溫度為30℃(視誤差在±2℃之間為成功)。實驗中使用SKW-2表面溫度計測量冷、熱水溫度，以及調節速度，并且保持水壓恒定，由于水的熱容量比較大，水溫不會突然變化，實驗中測量的時間為紅燈轉綠燈的時間(溫度在30±2℃之間為綠燈，其他溫度為紅燈)。

　　若遇到溫差較小，調節時間較短;若遇到溫差較大，調節時間較長。所以在以后的應用中可改為PID調節方式，減小調節的時間[7]。電動流量調節閥操作穩定、壽命長，可以得到廣泛應用。

　　5結語

　　本文設計了一種基于單片機的太陽能熱水器恒溫控制裝置，通過調整冷、熱水流量來控制水溫，保證用水恒溫恒壓輸出。系統還具有溫度設定、提示及警示等功能。實驗表明，系統結構簡單有效，溫度調節速度快，便于安裝維護，而且節能環保。

　　參考文獻：

　　[1]李寶應,苑田賓,王曉蒲.PIC16C74在太陽能熱水器控制系統中的應用[J].電子技術,2001(8):26~28.

　　[2]鮑文勝,基于單片機的太陽能熱水器控制系統研究[J].青島理工大學學報,2007,28(5):79~80.

　　[3]王公堂,李秀琴,黃世亮等.基于PIC16C37芯片的水溫水位控制儀的設計[J].山東師大學報(自然科學版),2001,16(3):326~328.

　　[4]彭遠芳.基于DS18B20的多點溫度數據采集儀的設計[M].電子科技,2013年21期.

　　[5]張毅剛.單片機原理及應用[M].北京：高等教育出版社,2004.

　　[6]夏曉玲.水溫控制系統中的單片機技術應用[J].電子制作,2015(09)

　　電子類期刊推薦：《山西電子技術》以反映電子信息技術領域的研究成果、技術動態，促進學術交流，推動科技成果向社會生產力轉化為宗旨，主要刊登電子信息領域具有創新性的研究、技術應用論文及技術研究進展的綜述。主要讀者對象是從事與電子信息技術研究、應用有關的廣大科技工作者和高等院校師生。