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摘 要：目前，太阳能热水器已经被广泛使用。介绍了当前太阳能热水器所面临的一个外部问题即水压不稳定导致无法正常工作，这一情况在城市低楼层住宅和农村都普遍存在，针对此问题进行分析，并设计以AT89C52单片机为基础的自动控制系统来解决这一问题。
关键词：太阳能热水器 水压不稳 自动控制 单片机 89C52
中图分类号：TH11 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）001-024-02
1 当前太阳能热水器上水问题的综述
近年来，随着国家经济发展及社会对农民问题的关注，人民经济水平得到了很大的提高，生活品质也日渐提升，各种家用电器走进了百姓的家中，而太阳能热水器也越来越多的得到了广大农民朋友的认可。对于绝大多数城镇居民而言，太阳能的应用主要是洗浴等生活用水。
但是随着太阳能热水器在城乡的应用和普及，我们也应该看到当前太阳能热水器存在的缺陷对于太阳能热水器的进一步推广应用的所产生的限制。
在太阳能热水器的使用中，低楼层住宅的使用中的主要会遇到这样的问题：
(1)对于我国，很大一部分农村现在还没有自来水、或者没有稳定的自来水供应。用户要通过安装水泵来达到应用太阳能洗浴的目的，操作较为繁琐，而且副水箱多在室外，冬季应用有结冰的危险。不能够做到提前上水，自动上水。
(2)对于我国的大城市如上海、北京来说，由于水压问题难以将水注入房顶上的储水器。这种情况不仅影响太阳能热水器的正常使用，同时由于储水器中的水量不足，导致水温过高，甚至出现“干烧”的情形，严重地影响了热水器的使用寿命。不能够智能的自动上水，解决当前用户存在的问题。
针对当前这两种存在的问题，笔者对现有的两种问题进行了调研。农村用户针对供水不稳的情况的解决方法主要为手动解决——手动开启水泵抽取地下水（储水器内的水）上水。因为很多农村存在自来水定时供水（如中午）或者水压过低情况，无法实现给太阳能直接上水，只有利用水泵将地下水或储存起来的水抽到太阳能内。需要手动控制水泵，管路和水泵冬季防冻困难，而且水泵易因频繁启动而导致故障频发。同时，太阳能热水器容易引起太阳能热水器的老化；在大城市中，经常由于用水高峰而出现水压偏低，难以将水注入房顶上的储水器。因此城市用户会采用增加水泵或者采取避开高峰期用水，但这种方法难以缓解太阳能热水器干烧的问题。
对这一实际问题，我们设计使用基于单片机的自动控制装置以实现用户太阳能热水器的自动上水，并且能够完成功能：实现水压24小时全天候监测、选择在高水压的时段自动控制上水、在低水压时，启动增压装置，实现强制上水的功能。笔者的方案能够做到节省能源，提高效率，将用户从手动上水、时刻关注太阳能热水器的情况中解放处理，提高太阳能热水器的使用效率，延长使用寿命，最终解决太阳热水器的上水的问题。
2 基于单片机的自动控制系统在水压不稳条件下的工作原理
在农村和城市，主要上水模式是从入户主水管线中引出一条水管线分支，使用其对太阳能热水器水箱进行上水工作。当前，目前针对水压不稳定的情况，要能够在一定时间内可将完成上水过程，并且防止太阳能热水器“干烧”的产生。
整个控制系统主要组成部分包括：电磁阀，水泵，单片机AT89C52，传感器，液位开关。
正常工作时，传感器检测到入户的水压信号，并将信号传输给控制电路，控制电路对入户水压值和许用水压初值进行比较，控制自动上水，完成上水功能后，太阳能热水器的液位开关检测到水箱中已注满后，控制水管电磁阀关闭。
水压传感器位于太阳能水管支路上，实时监测水压的信号，将水压值反馈给单片机电路。在预先设定的时间段内，单片机电路将每一个时刻传感器反馈的实时水压pt与阈值p0进行对比。在判断出实时水压足以对太阳能热水器进行供水时(pt＞p0)，发出指令，打开电磁阀，进行上水。如果在预先设定的时间内，水箱没有上满即未能够找到时间点满足pt＞p1，单片机电路发出指令，开启水泵，强制上水，待水箱上满时，关闭水泵，关闭电磁阀。
同时，为了能够非常好的防止太阳能热水器“干烧”现象的产生，整个结构中采用液位开关的信号作为一个中断，完成一个负反馈循环。液位开关位于太阳能热水器水箱中，当太阳能热水器水箱中水位过低，有可能导致“干烧”现象的产生时，液位开关立刻断开控制电路，将水泵电路打开，开启水泵立刻强制上水，待水箱上满时，关闭水泵，关闭电磁阀。
3 智能增压装置的节能原理
一般而言，由于水厂供水问题，入户水压值一般都是波动变化的。在24小时内，水压围绕上水许用最小压力会做一个波动，与许用最小压力值比较，时高时低。在上午，下午，晚上各有一段时间为大家做饭等用水高峰时间，此时水压值可能低于。以某天为例，假设我们在当天的0点设定上水截止时间为第二天的0点，则可以从图二看出，共有四段时间A、B、C、D能够自动上水，达到上水要求。以A时间段为例，智能增压装置不断检测水压，当在A区域检测到水压值超过许用最小水压时，开启电磁阀，实现自然上水。在B、C、D区域执行一样的功能。当第二天的0点到达时，如果此时水箱尚未加满，再开启水泵，在数分钟内上满水。这样，充分利用了供水的高水压点，有效的节约了能源。
4 智能增压装置控制电路及程序设计
自动控制电路由STC89C52，12864液晶屏以及AD转换芯片构成。
4.1 单片机的选择
单片机应执行效率高、抗干扰能力强和低功耗，AT MEL 公司生产的 AT89C52 单片机不仅满足要求,而且它的价格低廉、技术资料丰富且储存容量大，所以,系统选用AT89C52 单片机作为核心元件，它与工业标准MCS -51 指令系列和引脚完全兼容，具有超强的三级加密功能，其片内闪电存储器的编程与擦除完全用电实现，数据不易挥发，编程/擦除速度快，所以可以选用AT89C52 单片机。
4.2 流程设计及程序的编写
程序流程图如图2：
通过传感器的设置，使整个控制成为一个负反馈循环，能够实时监测数据，通过数据再反作用与当前的控制情况，达到自动控制的效果。
定时器部分程序：
void init()/*开启定时器*/
{
shi=0;
fen=0;
miao=0;
wela=0;
dula=0;
TMOD=0x01;
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
psb=0;
delay(5);
psb=1;
delay(5);
com(0x30);
delay(5);
com(0x30);
delay(5);
com(0x0c);
delay(5);
com(0x01);
delay(5);
com(0x06);
delay(5);
}
void timer0() interrupt 1/*定时器时间设定*/
{
uchar a;
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
a++;
if(a==20)
{
a=0;
miao++;
if(miao==60)
{
miao=0;
fen++;
if(fen==60)
{
shi++;
if(shi==24)
{
shi=0;
}
}
}
desplay();
}
}
整个程序使用自循环调用，不断的调用重复，起到了循环负反馈的效果。
从流程图中可以得到全部设计流程，能够非常好的符合当前的要求，解决既定问题。
5结束语
设计的自动控制上水装置能够满足自动上水的要求，防止“干烧”，可以解决因太阳能水箱因水量不足而引起的干烧问题，可以很好的满足使用需求。针对当前存在的太阳能热水器问题，以及问题的特点，选择了相适应的元件,并运用子程序实现了太阳能热水器的智能控制，它是一种无需人的干预就能独立驱动智能机械而实现太阳能热水器水位的自动控制，具有自适应、自学习、自协调等能力，同时能保证水位控制系统的控制精度、抗干扰能力、稳定性等性能。随着人们对居住环境和生活质量需求的不断提升，本自动控制系统在家用太阳能的使用中有着广泛的应用前景。
参考文献：
[1] 霍志臣,罗振涛.国内外平板太阳能热水器发展概况[J].太阳能,2006,(6).
[2] 周忆,于今.流体传动与控制[J].科学出版社,2008.
[3] 叶盛.太阳能热水器节能效果研究[J].实验室研究与探索,2003,(04).
[4] 张文琦,翟淑琴.太阳能热水器的使用与安全[J].中国个体防护装备,2006,(06).
[5] 翁潮霞.一种实用的恒温控制电路[J].广西物理,1999.(04).
[6] 丁雷,陈彦,许平.STC12C2052在太阳能热水器中的应用[J].仪表技术,2010,(03).
[7] 侯大勇,郭利.农村太阳能热水器自动供水方案分析[J].中国住宅设施,2010,(2).
[8] 张月红,徐国英,张小松.太阳能与空气复合源热泵热水系统多模式运行实验特性[J].化工学报,2010,(02).
关键词：太阳能热水器 水压不稳 自动控制 单片机 89C52
中图分类号：TH11 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）001-024-02
1 当前太阳能热水器上水问题的综述
近年来，随着国家经济发展及社会对农民问题的关注，人民经济水平得到了很大的提高，生活品质也日渐提升，各种家用电器走进了百姓的家中，而太阳能热水器也越来越多的得到了广大农民朋友的认可。对于绝大多数城镇居民而言，太阳能的应用主要是洗浴等生活用水。
但是随着太阳能热水器在城乡的应用和普及，我们也应该看到当前太阳能热水器存在的缺陷对于太阳能热水器的进一步推广应用的所产生的限制。
在太阳能热水器的使用中，低楼层住宅的使用中的主要会遇到这样的问题：
(1)对于我国，很大一部分农村现在还没有自来水、或者没有稳定的自来水供应。用户要通过安装水泵来达到应用太阳能洗浴的目的，操作较为繁琐，而且副水箱多在室外，冬季应用有结冰的危险。不能够做到提前上水，自动上水。
(2)对于我国的大城市如上海、北京来说，由于水压问题难以将水注入房顶上的储水器。这种情况不仅影响太阳能热水器的正常使用，同时由于储水器中的水量不足，导致水温过高，甚至出现“干烧”的情形，严重地影响了热水器的使用寿命。不能够智能的自动上水，解决当前用户存在的问题。
针对当前这两种存在的问题，笔者对现有的两种问题进行了调研。农村用户针对供水不稳的情况的解决方法主要为手动解决——手动开启水泵抽取地下水（储水器内的水）上水。因为很多农村存在自来水定时供水（如中午）或者水压过低情况，无法实现给太阳能直接上水，只有利用水泵将地下水或储存起来的水抽到太阳能内。需要手动控制水泵，管路和水泵冬季防冻困难，而且水泵易因频繁启动而导致故障频发。同时，太阳能热水器容易引起太阳能热水器的老化；在大城市中，经常由于用水高峰而出现水压偏低，难以将水注入房顶上的储水器。因此城市用户会采用增加水泵或者采取避开高峰期用水，但这种方法难以缓解太阳能热水器干烧的问题。
对这一实际问题，我们设计使用基于单片机的自动控制装置以实现用户太阳能热水器的自动上水，并且能够完成功能：实现水压24小时全天候监测、选择在高水压的时段自动控制上水、在低水压时，启动增压装置，实现强制上水的功能。笔者的方案能够做到节省能源，提高效率，将用户从手动上水、时刻关注太阳能热水器的情况中解放处理，提高太阳能热水器的使用效率，延长使用寿命，最终解决太阳热水器的上水的问题。
2 基于单片机的自动控制系统在水压不稳条件下的工作原理
在农村和城市，主要上水模式是从入户主水管线中引出一条水管线分支，使用其对太阳能热水器水箱进行上水工作。当前，目前针对水压不稳定的情况，要能够在一定时间内可将完成上水过程，并且防止太阳能热水器“干烧”的产生。
整个控制系统主要组成部分包括：电磁阀，水泵，单片机AT89C52，传感器，液位开关。
正常工作时，传感器检测到入户的水压信号，并将信号传输给控制电路，控制电路对入户水压值和许用水压初值进行比较，控制自动上水，完成上水功能后，太阳能热水器的液位开关检测到水箱中已注满后，控制水管电磁阀关闭。
水压传感器位于太阳能水管支路上，实时监测水压的信号，将水压值反馈给单片机电路。在预先设定的时间段内，单片机电路将每一个时刻传感器反馈的实时水压pt与阈值p0进行对比。在判断出实时水压足以对太阳能热水器进行供水时(pt＞p0)，发出指令，打开电磁阀，进行上水。如果在预先设定的时间内，水箱没有上满即未能够找到时间点满足pt＞p1，单片机电路发出指令，开启水泵，强制上水，待水箱上满时，关闭水泵，关闭电磁阀。
同时，为了能够非常好的防止太阳能热水器“干烧”现象的产生，整个结构中采用液位开关的信号作为一个中断，完成一个负反馈循环。液位开关位于太阳能热水器水箱中，当太阳能热水器水箱中水位过低，有可能导致“干烧”现象的产生时，液位开关立刻断开控制电路，将水泵电路打开，开启水泵立刻强制上水，待水箱上满时，关闭水泵，关闭电磁阀。
3 智能增压装置的节能原理
一般而言，由于水厂供水问题，入户水压值一般都是波动变化的。在24小时内，水压围绕上水许用最小压力会做一个波动，与许用最小压力值比较，时高时低。在上午，下午，晚上各有一段时间为大家做饭等用水高峰时间，此时水压值可能低于。以某天为例，假设我们在当天的0点设定上水截止时间为第二天的0点，则可以从图二看出，共有四段时间A、B、C、D能够自动上水，达到上水要求。以A时间段为例，智能增压装置不断检测水压，当在A区域检测到水压值超过许用最小水压时，开启电磁阀，实现自然上水。在B、C、D区域执行一样的功能。当第二天的0点到达时，如果此时水箱尚未加满，再开启水泵，在数分钟内上满水。这样，充分利用了供水的高水压点，有效的节约了能源。
4 智能增压装置控制电路及程序设计
自动控制电路由STC89C52，12864液晶屏以及AD转换芯片构成。
4.1 单片机的选择
单片机应执行效率高、抗干扰能力强和低功耗，AT MEL 公司生产的 AT89C52 单片机不仅满足要求,而且它的价格低廉、技术资料丰富且储存容量大，所以,系统选用AT89C52 单片机作为核心元件，它与工业标准MCS -51 指令系列和引脚完全兼容，具有超强的三级加密功能，其片内闪电存储器的编程与擦除完全用电实现，数据不易挥发，编程/擦除速度快，所以可以选用AT89C52 单片机。
4.2 流程设计及程序的编写
程序流程图如图2：
通过传感器的设置，使整个控制成为一个负反馈循环，能够实时监测数据，通过数据再反作用与当前的控制情况，达到自动控制的效果。
定时器部分程序：
void init()/*开启定时器*/
{
shi=0;
fen=0;
miao=0;
wela=0;
dula=0;
TMOD=0x01;
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
EA=1;
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TR0=1;
psb=0;
delay(5);
psb=1;
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com(0x30);
delay(5);
com(0x30);
delay(5);
com(0x0c);
delay(5);
com(0x01);
delay(5);
com(0x06);
delay(5);
}
void timer0() interrupt 1/*定时器时间设定*/
{
uchar a;
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TL0=(65536-50000)%256;
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if(a==20)
{
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{
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if(shi==24)
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}
}
desplay();
}
}
整个程序使用自循环调用，不断的调用重复，起到了循环负反馈的效果。
从流程图中可以得到全部设计流程，能够非常好的符合当前的要求，解决既定问题。
5结束语
设计的自动控制上水装置能够满足自动上水的要求，防止“干烧”，可以解决因太阳能水箱因水量不足而引起的干烧问题，可以很好的满足使用需求。针对当前存在的太阳能热水器问题，以及问题的特点，选择了相适应的元件,并运用子程序实现了太阳能热水器的智能控制，它是一种无需人的干预就能独立驱动智能机械而实现太阳能热水器水位的自动控制，具有自适应、自学习、自协调等能力，同时能保证水位控制系统的控制精度、抗干扰能力、稳定性等性能。随着人们对居住环境和生活质量需求的不断提升，本自动控制系统在家用太阳能的使用中有着广泛的应用前景。
参考文献：
[1] 霍志臣,罗振涛.国内外平板太阳能热水器发展概况[J].太阳能,2006,(6).
[2] 周忆,于今.流体传动与控制[J].科学出版社,2008.
[3] 叶盛.太阳能热水器节能效果研究[J].实验室研究与探索,2003,(04).
[4] 张文琦,翟淑琴.太阳能热水器的使用与安全[J].中国个体防护装备,2006,(06).
[5] 翁潮霞.一种实用的恒温控制电路[J].广西物理,1999.(04).
[6] 丁雷,陈彦,许平.STC12C2052在太阳能热水器中的应用[J].仪表技术,2010,(03).
[7] 侯大勇,郭利.农村太阳能热水器自动供水方案分析[J].中国住宅设施,2010,(2).
[8] 张月红,徐国英,张小松.太阳能与空气复合源热泵热水系统多模式运行实验特性[J].化工学报,2010,(02).