傳感器是太陽能熱水器的重要部件，也是故障經常發生的地方。現在太陽能熱水器傳感器大多具有易結垢、壽命短、工作不穩定的缺點，對此我們設計了一款基于pic16f1823單片機控制新型傳感器，不僅具有很好的抗水垢性能，而且能夠實現太陽能熱水器漸變式水位的精確測量。
關鍵詞 太陽能熱水器 傳感器 單片機
如今，太陽能熱水器已經成了生活中的必需品。對于太陽能熱水器，控制系統是十分重要的，而傳感器作為控制系統的核心部分，是制約太陽能熱水器控制系統的短板。傳感器的準確度和穩定性都反映著一個系統的好壞，而在高溫、高濕、高工作溫度范圍、水中離子含量等等這些都會影響傳感器的性能，從而也會造成客戶端的顯示不能反映實際的狀況。現在應用在太陽能熱水器上的傳感器大多是測量水溫和管溫分離的桿式4刻度水位，且信號輸出的為模擬電壓量，不僅精度差而且在布線時多布兩條管道溫度傳感器線又增加了很大成本。
在熱水器中水位的變化屬于漸變的，而生活用水都有離子存在，因而具有一定的導電性。根據這個特性，我們采用電容的方式測量水位的高低，即兩極板間的水作為電容的電介質，當水位升高時電容隨之增加；反之，電容減小。在使用的過程中電容的大小也會隨著使用的年限有所變化，如水垢、材料的參數的變化等都會影響使用效果。為了克服長期使用之后對水位的影響，我們設計增加一個最高水位監測點和一個最低水位監測點，使之更加穩定和精準。利用LM35溫度傳感器來測量溫度信號。這樣我們需要選擇一款集成電容測量和AD轉換功能的單片機，優先考慮可在線編程和多次可擦寫以及集成EEPROM型芯片，不僅可以隨時升級傳感器的功能還可以在使用過程中記錄用戶使用數據。
系統的總體結構圖見圖1：
總體結構圖說明：1、溫度傳感器；2、低水位修正點；3、水位測量線；4、溫度信號線及低水位修正線；5、高水位修正點；6、不銹鋼管；7、控制器；8、外殼；9、通訊線。
測量結構簡圖見圖2：
圖中：1、高水位修正點；2、電容測量電極；3、電容測量電極；4、溫度傳感器；5、低水位修正點；6、電容接地電極。
根據電容的基本原理：
其中： C為電容值；S為極板間的相對面積；d為極板間距；ε0 為真空介電常數；ε為相對介電常數。
總體測量的電容值應為：
由此看出電容C與浸入水下極板的面積
成正比例關系，方便單片機的檢測。
同時設有高水位修正點和低水位修正點，且均為電極檢測。當無水時低水位修正點會記錄下此時的電容值，當水滿時高水位修正點會記錄下此時的電容值，當水量變化時通過水位測量線可以更精確的檢測水位變化情況。
本方案是基于PIC單片機16f系列設計的。PIC16F1823是14引腳的8位單片機具有3個內部定時器，且其內部集成10位AD轉換和電容測量模塊。電容測量是根據電容充放電周期來計算電容值的，這樣最大的好處就是可以測量寬范圍的電容值，通過電容檢測模塊測量水位電容值，并經過比例算法計算出現在的水位高度，與經過AD轉換后得出的水溫值一起通過自定義協議轉化為數字信號輸送到客戶端。
本次設計的傳感器主要針對目前太陽能熱水器傳感器易結垢、壽命短、工作不穩定的缺點，進行了新的創新和突破，采取了電容和電極兩種測量方式來確保傳感器感測的精準度，新傳感器在信號接收電路上還采用了脈沖電壓掃描方式，有效減輕了傳感器電極結垢的問題，適合于工程控制產品向智能化、人性化方面發展的需要。
