51单片机太阳能热水器的控制系统设计+仿真图+硬件电路图(4)
图5 水位测量电路
在实际测量水位的过程中，水的电阻太大而导致不足以触发74LS373锁存器，所以需要在下到水箱中的电极端后加入三极管，起放大作用，这样水位测量模块才能正常工作[8]。
在下到水箱的电极后，接上简单的上拉电阻，由于有4个不同位置的电极，所以需要4个9012型PNP三极管来放大水位信号，然后接D4，D5，D6，D7端，即接入74LS373锁存器。
3.4 水温测量电路
水温测量模块用数字温度传感器DS18B20来取得水箱内的水温信息，连接上拉电阻后再接的单片机，由单片机P1.7口接收当前水温信息，电路如图6所示。
图6 温度测量电路
DS18B20测温系统具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点。其主要特性为电压范围3.0～5.5V，其适应电压范围更宽。采用单线接口方式，只要一条口便可实现微处理器和DS18B20的双向通讯。所有传感器元件以及转换电路都集成在一支形如三极管的集成电路内，使用时不需要任何外围元件。多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，支持多点组网功能。测温范围－55℃～＋125℃，精度可精确到±0.1℃。可编程的分辨率为12位。可实现高精度测温。以“一线总线”串行传送方式传送给CPU，测量结果直接输出数字温度信号，抗干扰纠错能力极强，以上特点使得DS18B20极其适合于远距离多点温度检测的情况。电源极性接反时，芯片不会因温度过高而烧毁，但不能正常工作[9]。
为了提高DS18B20进行温度转换的精确度，I/O线必须保证在温度转换期间提供足够的能量。如果用几个温度传感器挂在同一根I/O线上进行多点测温时，只靠一只5.1K上拉电阻就无法提供足够的能量，会造成无法实现转换温度或转换温度误差极大。
需要特别注意的是本检测元件是应用在太阳能热水器中，就是用在水中，所以要先将DS18B20进行处理使其具备防水功能。可在其外部套上导热性较好的不锈钢外壳，而且在其壳内充满导热性良好的硅胶，然后将其三个引脚用导线引出，使其可以应用于远距离检测[10]。
3.5 控制电路
自动控制模块主要分为电加热模块和电磁阀控制上水模块，两种模块采用相同的方法，主要利用三极管，继电器和二极管的配合工作完成自动加热和上水，初始状态下设定初始温度为30℃下自动加热，加热到30℃停止，初始水位3挡下自动上水，到三挡停止上水。这样可以保障一天24小时使用热水洗澡，避免了因天气原因给人带来的不便，并可以有效防止冬天气温过低引起水管内因有 积水而冻裂水管[11]。
3.5.1 自动加热
通过单片机对引脚P1.0给出高电平，对三极管进行导通和断开的控制，控制继电器的导通和断开，继而控制电加热装置。当三极管的基极处于高电平时，三极管导通，即继电器导通，线圈磁力把开关导通，则电加热插座接上220V的交流电，开使工作。此部分电路主要由继电器组成，由主控单片机运算输出脉冲宽度可调的脉冲用于继电器在1s内的导通和关断数从而调节输出给电炉的功率，这样使得水温稳定在设定值上，当检测到的水温低于设置温度值时开始加热。自动加热电路如图7所示。
图7 自动加热电路
3.5.2 自动加水
通过单片机对引脚P1.2给出高低电平，对三极管导通和断开的控制，即在接收端的继电器的导通和断开。当三极管的基极处于高电平时，三极管导通，即继电器导通，线圈磁力把开关导通，则电加热插座接上220V的交流电，由电磁阀控制自来水的开关，决定是否自动上水。当水位处于下限位置时，需要供水。在供水时，单片机控制电磁阀通电，当水箱内的水位上升到预设位置时，则使接触开关断开，电磁阀关闭水源[12]。自动加水电路如图8所示。