【文章內(nèi)容簡介】 ()從式() 可以看出,由于T0 、Rb 都是不變的,輸出信號Fout的周期與被測電容CX 為線性關(guān)系。根據(jù)公式（）和（）可知水位的高度H與輸出的方波周期T的關(guān)系為： （）本設(shè)計采用計數(shù)的方式對周期信號進(jìn)行處理，采用12MHz的晶振與單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)，其定時器一次測量時間范圍大約在1us到65ms之間，因此振蕩器產(chǎn)生的方波信號周期必需在此范圍。為了提高周期測量精度，我們測量10個方波周期的時間，來計算水位高度。因此，我們選擇如下參數(shù)：電容傳感器的外徑（D）是內(nèi)徑（d）的2倍，即(D/d)=2；長度L=40cm；電路電阻Ra=1M,Rb=，其選擇為使方波的占空比約為1。由此當(dāng)水位為0時，其電容傳感器為32PF,；而水箱水滿時，電容C=2567PF,T=。 溫度測量溫度測量目前主要采用熱敏電阻，可滿足40攝氏度至90攝氏度測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對于檢測精度要求1攝氏度的信號是不適用的，而且在溫度測量系統(tǒng)中通常采用的AD590,LM35等芯片輸出的都是模擬信號,必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才能送給計算機(jī),這樣就使得測溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，如果要獲得較高的測溫精度，就必須采用措施解決長線傳輸，放大電路零點(diǎn)漂移等造成的誤差比較大。比較新型的測溫元件數(shù)字溫度芯片DS18B20，實現(xiàn)輸出信號全數(shù)字化，便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好，在0—100攝氏度時，℃左右[6]。DS18B20的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS18B20和微控制器AT89S52構(gòu)成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號,測溫電路比較簡單。基于線路簡單，測量精確，操作方便的考慮，本論文采用DS18B20數(shù)字傳感器作為測溫元件，其與單片機(jī)的連接電路圖如下： 溫度采集電路 顯示電路在單片機(jī)構(gòu)成的小系統(tǒng),一般均采用LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示[8]，因為LED數(shù)碼管數(shù)碼管采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。數(shù)碼管具有電路結(jié)構(gòu)簡單、低損耗、壽命長、耐老化、成本低、對外界要求低、易于維護(hù)、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，可采用數(shù)碼管動態(tài)顯示。所以本文也采用LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。在單片機(jī)系統(tǒng)中，LED顯示接口一般采用靜態(tài)驅(qū)動和動態(tài)掃描兩種驅(qū)動方式。靜態(tài)驅(qū)動方式工作原理是每一個LED顯示器用一個I/O端口驅(qū)動，耗電也大，占用I/O端口多，顯示位數(shù)多時很少擦用；動態(tài)掃描驅(qū)動方式的工作原理是將多個顯示器的段碼同名端連在一起，位碼分別控制，利用眼睛的余輝暫留效應(yīng)，別進(jìn)行顯示。只要保證一定的顯示頻率，看起來的效果和一直顯示時一樣的。在電路上用一個I/O端口驅(qū)動段碼，用另一個I/O端口實現(xiàn)位控，占用I/O端口少，耗電也小，簡化了電路，降低了成本，顯示位數(shù)多時多采用這種方式[8]。本設(shè)計的LED顯示接口采用動態(tài)掃描的驅(qū)動方式，采用四位一體的LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示，ArkSP410561K數(shù)碼管共陽極，用PNP三極管S8550進(jìn)行驅(qū)動。段碼由P0口控制，位碼由P2口的低四位控制。LED數(shù)碼管從左到右分別顯示百位、十位、個位。系統(tǒng)要不停顯示水位和溫度，所以要外接切換顯示按鈕。 顯示電路 加熱電路設(shè)計 防凍加熱控制電路在氣溫低于冰點(diǎn)的時候，太陽能熱水器的水箱會結(jié)冰導(dǎo)致熱水器的損壞，而目前防凍保護(hù)裝置在太陽能的生產(chǎn)使用中沒有受到應(yīng)有的重視，08年冰凍雪災(zāi)致使南方很多熱水器發(fā)生故障正式證明了這一點(diǎn)，所以在太陽能熱水器水箱中安裝防凍加熱裝置時很有必要的。，當(dāng)水溫低于2℃，三極管T1導(dǎo)通，致使發(fā)光二極管發(fā)光，同時光敏三極管T2導(dǎo)通，再經(jīng)T3放大信號后使得繼電器閉合，電阻絲R1R4發(fā)熱，這樣就完成了加熱任務(wù)，使得水溫升至2℃以上，防止儲水箱結(jié)冰導(dǎo)致熱水器的損壞。太陽能熱水器在是利用太陽能來對水進(jìn)行加熱的，但是當(dāng)天氣情況不好時，太陽能就不能將水箱中的水加熱到設(shè)定的溫度，此時，就需要輔助加熱系統(tǒng)對水進(jìn)行加熱。目前太陽能熱水器的輔助加熱系統(tǒng)一般都是設(shè)計在儲水箱中，當(dāng)需要使用熱水而水箱中水溫過低時時，對整個水箱中的水進(jìn)行加熱，直至水溫達(dá)到設(shè)定的溫度。這樣方式雖然電路極為簡單，但由于太陽能水箱中的水很多，特別是水箱容量大的太陽能熱水器會造成使用后仍留大量熱水的情形，這樣造成電能浪費(fèi)，環(huán)保效益很低；所以本文采用在出水管處加即熱式電熱水裝置實行輔助加熱，使用多少水加熱多少水。這樣不僅環(huán)保節(jié)能，而且節(jié)省大量加熱時間。，其工作原理為：當(dāng)用戶正在使用熱水器時（通過按鍵2判斷），如果水溫低于用戶設(shè)定值，此時T1導(dǎo)通，LED發(fā)光，光敏三極管T2導(dǎo)通，經(jīng)T3將信號放大后驅(qū)動繼電器KT閉合，即熱系統(tǒng)開始工作。當(dāng)用戶未在使用或水溫高于用戶設(shè)定值時，即熱系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)。 熱水器輔助加熱電路圖 上水控制電路自動上水對于太陽能熱水器自動控制具有重要的作用。本設(shè)計根據(jù)檢測到的水位高度和用戶設(shè)定的上水最低水位值，由單片機(jī)對水位實行實時控制，實現(xiàn)水位控制的全自動化。，當(dāng)水位低于用戶設(shè)定值時（如用戶未進(jìn)行設(shè)置，則為程序設(shè)定的最低值），此時繼電器打開，開始上水。當(dāng)水位上升到程序設(shè)定的最高設(shè)定置時，單片機(jī)獲得這一信息并作出反應(yīng)，給出低電平，此時繼電器關(guān)閉，上水動作停止。 鍵盤控制電路 鍵盤接口電路圖鍵盤按鍵分類一般分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤，獨(dú)立連接式鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，適用于按鍵數(shù)較少的情況，缺點(diǎn)是浪費(fèi)電路，對于按鍵數(shù)較多的情況，應(yīng)采用矩陣連接式鍵盤。而矩陣式鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是占用的I/O口較少，但是其設(shè)置，操作和識別都比較復(fù)雜。，只需要五個按鍵，一個為切換溫度和水位的顯示，一個為判斷用戶是否在使用，三個為用戶自行設(shè)置水位和溫度按鍵。按鍵數(shù)量較少且操作比較簡單，所以采用獨(dú)立式鍵盤的形式。按鍵工作原理：按鍵是一種常開型按鈕開關(guān)。平時，按鍵的兩個觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，按下按鍵時兩個觸點(diǎn)才閉合（短路）。平常狀態(tài)下，當(dāng)按鍵K 未被按下時，按鍵斷開，P輸入口的電平為高電平；當(dāng)按鍵K 被按下時，按鍵閉合，P輸入口的電平為低電平。3
閉位erease=5=10