太阳能热水器通过真空集热管将太阳能转化为水的热能，但是利用太阳能来加热冷水，往往会受天气变化的影响。如果使用者能及时了解储水箱内的水量和水温状态，在晴好天气及时补充冷水，以充分利用每天的日光，避免出现加水后没有热水的局面，也可防止缺水干烧而损害热水器。
笔者设计的系统利用自制的水位传感器和通用的温度传感器，将水位和水温转化为电信号，经过单片机PIC16F84A的内部处理，可以通过数码管和蜂鸣器将水量和水温及时告知用户。
电路构成
整个系统分成两部分见附图。
一部分安装在室外储水箱上，由水位传感器SL7（附图中仅画出RB0～RB7中的一条回路）、水温传感器Rt和控制芯片U2（PIC16F84A）等电路组成。这部分电路实现水位、水温数据的采集，并通过控制芯片的RA0、RA1端口发送数据。
另一部分安装在室内，主要由电源变压器TF1，三端稳压器78L05，数码管DS1、DS2，报警蜂鸣器Speaker及其驱动U3、U4、U5等电路组成。它提供系统的5V工作电压，接收并显示室外MCU传来的数据和报警信息。
两部分电路通过串行通信的方式相联系，采用四芯线相连。
电路原理
单片机PIC16F84A是整个系统的核心，下面按电路组成说明其工作原理。
1.水位传感器电路
水位传感器SL0～SL7按规律布置在储水箱内部，将水量分成8级。如图，若SL7浸没在水中，利用水的弱导电性，使三极管VT的基极充分导通处于饱和状态。与集电极相连的单片机PIC16F84A的RB7引脚被置成低电位。这样SL0～SL7与单片机RB0～RB7引脚建立了对应关系，程序运行时定期按一定优先级别读取端口值，当读到第一个逻辑“0”，即按顺序第一个SLi（i=0～7）被检测到时，跳出循环，这样内部循环计数值i就对应该水位值。此数值经内部处理后，调用串口发送子程序，将此数值发送到显示部件，并延时以保持显示约2秒钟。
2.水温传感器电路
该电路利用普通I/O端口，进行模拟量到数字量的转化。其原理是测量电容器的充电时间，间接测量温度传感器的阻值。电容器C1与热敏电阻Rt、单片机RA4端口构成充放电回路。温度传感器的阻值大小直接影响充电时间，在充电期间，单片机内部执行计数指令，直到电容两端达到逻辑“1”电平。这样计数值i与温度值成对应关系。单片机在获取此数值并经处理后，同样调用串口发送子程序，将数值发送到显示部件。这样水位值和水温值就间隔一定时间循环显示出来。
3.串行传输及数码显示、蜂鸣器报警电路
利用两只普通I/O（RA0和RA1）端口，通过软件模拟常用的UART的同步移位寄存器输入/输出方式，将特定的二进制数发送出去。其中两只74LS164驱动数码管循环显示水温、水位值，其显示范围为0～99。另一只74LS164驱动蜂鸣器和状态指示灯，指示灯亮为当前显示温度值，灭时显示为水位值。蜂鸣器在每10次循环中“嘀…嘀”报警一次。提示用户系统在工作，不要忘记关闭系统。在水满时（SL7浸没在水中），显示水位值的同时蜂鸣器长鸣报警3秒，告知水已加满，要关闭上水的阀门。
该系统并没有使用中断、串口、模数转换等专用电路，仅利用普通的输入/输出端口，巧妙地实现了A/D转换过程，模拟串行通信并通过移位寄存器进行串、并转换，实现静态显示。这相对动态扫描方式有许多好处，如占用较少的CPU时间以及端口和中断等资源。这样单片机可以处理其他事务。
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文/林元新