一、 绪论
太阳能热水器以其安全、环保、节能、方便而越来越受到人们的欢迎。市售的太阳能热
热水器控制系统设计各有特点，但总的来讲，自动化程度普遍不高，缺少智能化，使用不方便，如果改进太阳能热水器的控制系统，采用一些新的设计方法，提高太阳热水器的自动化，智能化程度，必将促进太阳能热水器的推广和普及。
二、 设计方案的确定
（一） 系统的组成
1、原理方框图的组成
在本设计中，原理方框图主要由以下几个部分组成：输入部分包括水箱温度测量电路、
管道温度测量电路、水位测量电路、光敏电路、按键控制输入电路；输出部分包括水温显示电路、水位显示电路、电磁阀进水控制、加热控制、管道保温控制、报警电路。系统原理方框图如下所示
2、原理方框图的详细说明
（1）水箱水温测量电路
    在该部分电路设计中，主要采用了一个热敏电阻，该电阻与其他电阻构成了一热敏电阻桥。将采集到的温度信号送入放大器，信号被放大后，经过RC滤波电路，滤去其中的交流分量，将直流分量直接送入PIC单片机的RA0/AN0端口，通过PIC单片机内部的A/D转换器
将采集到的模拟信号转换为数字信号，通过数字信号，PIC单片机的CPU就可以较准确的得知水箱水温的高低。采用此电路可以较精确地采集水温信号。
(2)  管道温度测量
    设计该电路是为了进行太阳能热水器的管道保温操作，当冬天来临时,室外管道温度会很低，加入此电路可以很方便地进行室外管道温度的测量，当温度过低时，可以向PIC单片机的CPU发出信号，CPU接到信号后可以控制外部引脚进行自动保温控制，因此该装置是非常必要的。
(3)  水位测量电路
    该电路使用的主要是压力式水位传感器。将采集到的水位振荡信号由555定时器整形后送到PIC16F877的RA4/T0CKI引脚，由PIC16F877的内部计数器TMR0计数测量频率值。水箱内的水位不同，对箱底的压力也不同，将这种压力转变为固定在箱底的压力式传感器气囊的橡胶隔膜的形变，使固定在隔膜上磁芯发生位移，磁芯的移动使得电感线圈L的电感量发生改变，对于不同的水位，LC电路对应不同的频率信号输出。使用这种水位传感器只
需占用单片机的一个引脚就可以准确连续地测量和控制水位。当水位传感器输出的信号与存储在程序中的频率相同时，单片机判断已达到了要求的水位，就停止上水。
(4)  光敏电路
    光敏电路完成清晨自动加水控制。光敏电路由光敏电阻和由555构成的施密特触发器组成。当清晨天由黑变亮时，由于光线的剧烈变化，光敏电阻阻值发生明显变化，555输出从0变为1，将其反相后送入RB0/INT，提出中断申请，在中断开启时由RA5口送出低电平，打开电磁阀，进行清晨加水操作。因为是电平触发，在中断响应后撤消中断申请，以免重复申请中断，为此，在中断响应后由RB1口送出一个0到555的清零端，使555输出为0，撤消中断申请。
(5)  按键控制输入电路
该电路分别设置了“升温”、“降温”、“管道保温”、“上水”、“电热”等按键。按“升温键”或“降温键”选择定温模式并且进入设定温度参数值状态，这时再按“升温键”或“降温键”可使设定的温度值增加或减少。按下“管道保温键”可以手动开启管道保温。按下“上水键”可以手动开启上水装置。按下“电热键”可以手动开启电热。
(6)  水温显示电路
最常用的显示器是由发光二极管LED构成的七段数码显示器。这种显示
共有共阴极、共阳极两种。采用LED动态显示方式。动态显示的基本原理是：由I/O（2）口向各个位轮流输出扫描信号，使每一瞬间只有1位数码管被选通（共阴极低电平选通，共阳极高电平选通）。然后由I/O（1）口送入该位所要显示的字形码，点亮该位各字形段显示出相应的字形。这样在I/O（1）送出的段码和I/O（2）送出的位码的配合控制下，就可以使各个数码管轮流点燃显示各自的数码。虽然显示器的几位数码管是被依次点亮的，但只要每位点亮的时间超过1ms，隔一段时间使之再显示一遍，如此不断重复扫描，只要扫描时间足够快，由于人的视觉惰性，人眼是看不出闪烁的。动态扫描一般由软件编程实现。
(7)  水位显示电路
利用PIC16F877单片机的RA4口至RA7口输出低电平驱动发光二极管从而显示水位值，其中串入了电阻，目的是为了保护发光二极管，起到限流的作用。利用软件编程，可以实现实时显示水位。
(8)  电磁阀进水控制
    利用PIC16F877单片机的RB7口输出一低电平驱动三极管的集电极使电磁阀导通，从而控制上水。此电路简单易行。
(9)  加热管控制电路
    采用继电器输出，实现蓄水箱的辅助加热。采用光电耦合器4N25作为对继电器线圈的控制端。当4N25中的发光二极管导通时，继电器线圈中将有电流流过，使常开触点动作，接通辅助加热器开始加热。二极管D1的作用是为继电器触点动作时产生的动态电压有一个放电的通路。对继电器动作与否的总控信号是RA2口和RA4口。当CPU向RA2口发清零信号时，RA2口经反相器后变为高电平，进入与门，此时若与门另一输入脚为高，则与门输出高电平，同时发光二极管点亮，指示工作状态为正在辅助加热。同时使光耦发光管发光，继电器动作，开始辅助加热。
(10)  报警电路
在本设计中，报警电路采用的是一个三极管与一个蜂鸣器连接。三极管是
具有有放大能力的一种电子器件，它能把微弱的电信号放大，推动负载（喇叭、显像管、继电器、仪表等）工作。在本电路中，采用的就是三极管具有放大的作用。当水位过低时，单片机CPU发出信号经三极管放大后推动蜂鸣器工作，产生警报。
三、电源的设计
该设计中用到的电源有两个，分别是+5V和+12V，因此设计了以上的电源。电源电路主要由降压电路、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。由于输入电源电路的交流市电压高达220V，而直流工作电压通常只需要很低的电压，所以交流市电压在进入电源电路后首先加到降压电路中，对很高的交流电压进行降压，降至几伏到几十伏的交流电压，该电路的降压电路主要由变压器组成，该变压器的特点是有两组次级线圈，电路符号中有实线的同时还有一条虚线，表示变压器初级线圈和次级线圈之间设有屏蔽层。屏蔽层一端接电路中的地线（绝不能两端同时接地），起抗干扰作用。整流电路是电源电路中的核心电路，它的作用是将交流电压通过整流二极管（通常是整流二极管，当然还可以使用其他元件，在本设计中采用的是整流二极管）转换成单向脉动性直流电压，整流是将交流电压转换成直流电压过程中的关键一步。无论什么类型的电源电路，都需要整流电路来完成交流电压至直
流电压的转换。整流电路的类型比较多，但具体电路的变化也比较多。电子电路中基本的整流电路有三种：半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路。在本设计中，采用的是全波整流电路。滤波电路的作用是：从整流电路输出的脉动性直流电压是不能作为电子电路的直流工作电压的，因为这种单向脉动性直流电压中的交流成分很多，它必须通过滤波电路的滤波，才能得到可以用于电子电路的直流工作电压。

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