太陽能熱水器給水設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、2014至2015學(xué)年第一學(xué)期 電子創(chuàng)新綜合設(shè)計(jì)期末作業(yè)太陽能熱水器給水設(shè)計(jì)學(xué) 院：電子與電氣工程學(xué)院專 業(yè)：電子信息工程班 級(jí)：1219411班姓 名：000學(xué) 號(hào)：00指導(dǎo)老師：01 日 期：2014年10月29日摘 要現(xiàn)在社會(huì)，伴隨著消費(fèi)和人們對(duì)生活品質(zhì)要求的提高，太陽能熱水器已經(jīng)成為家用必備產(chǎn)品。本課題針對(duì)太陽能熱水器中水箱水位進(jìn)行檢測(cè)，在設(shè)定值范圍內(nèi)進(jìn)行水位調(diào)節(jié)，本系統(tǒng)，控制可靠、穩(wěn)定、并能適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展。滿足不同用戶對(duì)控制目標(biāo)的要求。水位控制系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域上都有廣泛應(yīng)用，雖然其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但由于控制過程具有多變量，大滯后，時(shí)變性等特點(diǎn)，且在控制過程中系統(tǒng)會(huì)受到各種不確定因素的影響，難于建立

2、精確的數(shù)學(xué)模型。雖然自適應(yīng)、自校正控制理論可以對(duì)缺乏數(shù)學(xué)模型的被控對(duì)象進(jìn)行識(shí)別，但這種遞推法復(fù)雜，實(shí)時(shí)性差。傳感技術(shù)的反映準(zhǔn)確、使用優(yōu)點(diǎn)和數(shù)字邏輯電路的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，基本上解決了家庭用品、環(huán)保用品在方便性、可靠性、靈活性、準(zhǔn)確性、美觀、價(jià)格、通用性、性價(jià)比方面存在的難題，并使不熟悉電器的人也能夠方便的使用，因此，這項(xiàng)技術(shù)很快就迅速發(fā)展了起來。而而太陽能自動(dòng)加水裝置就是根據(jù)這項(xiàng)技術(shù)來設(shè)計(jì)的。電磁閥就是用電磁力開啟或關(guān)閉的閥門。用在氣路或液路上。結(jié)構(gòu)和種類非常多，但是動(dòng)作原理都基本一樣。此裝置完成了自動(dòng)控制的過程控制電路輸入一個(gè)電信號(hào)，電磁閥內(nèi)就相應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)磁信號(hào)，這個(gè)磁信號(hào)驅(qū)動(dòng)電磁鐵產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)作

3、，閥門的開閉就產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)。這次設(shè)計(jì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)者水平有限，設(shè)計(jì)時(shí)間比較短等原因，使本次設(shè)計(jì)的太陽能熱水器的水位報(bào)警器有一些缺陷，請(qǐng)給出寶貴意見和建議目錄。關(guān)鍵字：電路 程序 自動(dòng) 水位控制 第一章選題背景1.1 設(shè)計(jì)背景傳感器技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)在生產(chǎn)過程、科學(xué)研究、現(xiàn)實(shí)生活應(yīng)用、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)保事業(yè)及其他各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。傳感器技術(shù)、控制邏輯電路的設(shè)計(jì)及門電路芯片的選擇是感應(yīng)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足環(huán)保、實(shí)用及課題要求的總體技術(shù)方案。這種專用感應(yīng)控制裝置的設(shè)計(jì)可以提升專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用能力，促進(jìn)科技向生活的轉(zhuǎn)化及環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，對(duì)提高生活質(zhì)量有重要作用。數(shù)字邏輯電路控

4、制器使近十幾年來發(fā)展起來的一種新型控制電路，具有功能齊全、控制簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格便宜、重量輕、耗電省等優(yōu)點(diǎn)。隨著太陽能熱水器的推廣普及，在沒有自來水的地方，如何使用水泵自動(dòng)啟停抽水并保證連續(xù)供水是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的問題。由于太陽能熱水器的注水箱大多安裝在房頂上，是否缺水不易觀察，如果使用自動(dòng)水位控制裝置來控制水泵的工作，就能夠很好的解決這個(gè)問題，給廣大的用戶帶來方便。1.2 設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求1.2.1 內(nèi)容 1、利用電導(dǎo)式傳感器的三個(gè)電極設(shè)計(jì)一個(gè)太陽能熱水器的水位報(bào)警器。2、當(dāng)水位處在高水位與底水位之間時(shí)，高水位與底水位的指示燈都處在熄滅的狀態(tài)。3、當(dāng)水位低于低水位時(shí)，電源導(dǎo)通，低水位指示燈點(diǎn)亮

5、，微分電路將產(chǎn)生脈沖，觸發(fā)音樂集成電路工作。隨之揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲，告知主人水箱的水已經(jīng)空，單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制流向電磁閥往水箱注水。4、當(dāng)水位高于高水位時(shí)，高水位指示燈導(dǎo)通微分電路將產(chǎn)生脈沖，觸發(fā)音樂集成電路，隨之揚(yáng)聲器報(bào)警，告知主人水箱的水已經(jīng)注滿，單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制控制閥斷電，停止往水箱注水。根據(jù)以上的要求，該水位傳感器報(bào)警器系統(tǒng)電路大致設(shè)計(jì)為下圖1-1 ：圖1-1 水位傳感器控制原理圖1.2.2要求1、當(dāng)水位報(bào)警器接通電源時(shí)，主電路有相應(yīng)的電源指示燈點(diǎn)亮，指示電源正常。2、當(dāng)太陽能熱水器水箱缺水，電路能發(fā)出光報(bào)警，單片機(jī)系統(tǒng)控制電磁閥向水箱中送水。3、當(dāng)水箱中的水上升到需要的高度時(shí)，電路發(fā)

6、出光報(bào)警，單片機(jī)系統(tǒng)控制電磁閥斷電，停止向水箱中送水。圖1-2 電磁閥控制原理圖注：1為水箱 2為套管3為滑竿4為浮球5為接觸開關(guān)6為電磁閥7為通水孔8為連接支架1.3設(shè)計(jì)的其意義單片機(jī)用于提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中,通過對(duì)提升機(jī)的運(yùn)行速度、加速度和控制線路中的繼電器等元器件進(jìn)行在線檢測(cè),以確保提升系統(tǒng)的安全,還可以根據(jù)負(fù)荷的變化,自動(dòng)控制電阻的切除,從而使啟動(dòng)平衡,減少對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的沖擊;從而延長(zhǎng)太陽能的使用壽命。 鑒于以上種種，本課題主要研究如何對(duì)水位如何進(jìn)行有效監(jiān)控的方法，以期能夠?qū)鉀Q一些生活中水位監(jiān)測(cè)提供一種思路。在現(xiàn)實(shí)中人每天進(jìn)行上下水要花費(fèi)大量時(shí)間，還有可能忘記，而隨著社會(huì)的進(jìn)步，時(shí)間的經(jīng)濟(jì)

7、化，加水時(shí)有會(huì)忘記，自動(dòng)上水每天定時(shí)（一般是早晨，根據(jù)水壓情況用戶可自行設(shè)定）給太陽能上水，清晨還可以洗熱水澡。而隨著人們生活水平的不斷提高，節(jié)能省時(shí)意識(shí)的日益加強(qiáng)，本人經(jīng)多次實(shí)踐和論證，積極開發(fā)研制出了太陽能熱水器全自動(dòng)定時(shí)上水控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)能解除人們忘了上水沒有熱水用，上水后忘了關(guān)水流水不止的煩惱。能實(shí)現(xiàn)了節(jié)約用水，防止真空管暴裂的目的。太陽能熱水器的自動(dòng)送水裝置是目前現(xiàn)實(shí)生活中較為實(shí)用的生活環(huán)保用品，已得到廣泛關(guān)注。在提高生活質(zhì)量和環(huán)保事業(yè)中充分發(fā)揮了它的作用?；跀?shù)字控制電路更能顯示出它的優(yōu)越性與人性化。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，有理由相信未來的單片機(jī)技術(shù)與數(shù)字技術(shù)使用會(huì)更加普及發(fā)展會(huì)更加

8、迅速。第二章:設(shè)計(jì)方案比較2.1 PLC的應(yīng)用特點(diǎn)PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。1可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)2配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)3易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎4系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，工作量小，維護(hù)方便，容易改造利用PLC實(shí)現(xiàn)需深刻了解其梯形圖及指令，目前市場(chǎng)較常用。PLC是計(jì)算機(jī)技術(shù)于繼電接觸器控制技術(shù)相

9、結(jié)合的產(chǎn)物。它是滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝的要求和電氣控制系統(tǒng)本身的制造、使用以及維修的需要。但所設(shè)計(jì)的東西較為煩瑣，有一點(diǎn)的失誤檢查起來很難。所以此方法對(duì)于本課題不適合。2.2 單片機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)單片機(jī)是把微型計(jì)算機(jī)主要部件都集成在一塊芯片上，即一塊芯片就是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)。因此，單片機(jī)具有如下特點(diǎn)。1控制能力強(qiáng)單片機(jī)集成度 為了滿足控制要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極其豐富的條件轉(zhuǎn)移指令、較強(qiáng)的I/O邏輯操作及位處理功能，因而其控制靈活、方便，容易滿足工業(yè)控制的要求。2抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高單片機(jī)集成度高，體積小，內(nèi)容采用總線結(jié)構(gòu)，減少了芯片內(nèi)部之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性和抗干擾能力，適宜于惡

10、劣環(huán)境工作下工作。3性價(jià)比高單片機(jī)功能豐富，而其價(jià)格僅為5到30元4易擴(kuò)展片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必要的部件，片外有許多供擴(kuò)展用的三總線并行、串行輸入輸出管腳，很容易很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。5低功耗、低電壓 一般單片機(jī)的功耗僅為20到100mW,電壓為2到6V（不同型號(hào)的數(shù)值完全不一樣），便于成產(chǎn)便攜產(chǎn)品。6.種類多，型號(hào)全。很多單片機(jī)廠家逐年擴(kuò)大適應(yīng)各種需要，有針對(duì)性地推出一系列型號(hào)產(chǎn)品，使系統(tǒng)開發(fā)工程師有很大的選擇余地。大部分產(chǎn)品有較好的兼容性，保證了已開發(fā)產(chǎn)品能順利移植，較容易地使產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)換代。7使用壽命長(zhǎng)。這里所說的長(zhǎng)壽命，一方面指用單片機(jī)開發(fā)的產(chǎn)品可以穩(wěn)定可靠地工作十年、二

11、十年，另一方面是指與微處理器相比的長(zhǎng)壽命。AT89C51單片微型計(jì)算機(jī)為核心并根據(jù)頻率的特性來構(gòu)成本方案的基本設(shè)計(jì)思想，這是由于單片機(jī)具有體積小，重量輕，價(jià)格便宜，功耗低，控制功能強(qiáng)以及運(yùn)算速度快等特點(diǎn)，且在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，軍事以及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。而單片機(jī)所具有的這些優(yōu)點(diǎn)能夠使得該設(shè)計(jì)滿足以上要求，即技術(shù)新、先進(jìn)、體積小、精度高、功能擴(kuò)展極其方便，且衡量之下它的成本較之其它方案要低些。除此之外單片機(jī)的外圍電路也非常的簡(jiǎn)單,系統(tǒng)緊湊,對(duì)于這種小規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng),單片機(jī)具備了最佳的價(jià)格和最簡(jiǎn)單的電路.而且更容易讓更多的人控制使用.2.3 單片機(jī)與PLC的比較PLC是一種可編程的控

12、制器，相當(dāng)于一種控制設(shè)備，主要用于工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域，大都采用梯形圖編程，也可以用組態(tài)軟件。其特點(diǎn)是非?？煽?。所以此方法對(duì)于本課題不適合。單片機(jī)體積小，集成度高，成本低，抗干擾能力強(qiáng)，控制能力強(qiáng)。應(yīng)該說這兩者有很大的區(qū)別，由于目前它們的應(yīng)用需求都不少，前景都是不錯(cuò)的。這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的外圍電路非常的簡(jiǎn)單,系統(tǒng)緊湊,對(duì)于小規(guī)模應(yīng)用系統(tǒng),單片機(jī)又具備了最佳的價(jià)格和最簡(jiǎn)單的電路.而且更容易讓更多的人控制使用. 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，用單片機(jī)完全能夠?qū)崿F(xiàn)。AT89C51單片微型計(jì)算機(jī)為核心并根據(jù)頻率的特性來構(gòu)成本方案的基本設(shè)計(jì)思想，這是由于單片機(jī)具有體積小，重量輕，價(jià)格便宜，功耗低，控制功能強(qiáng)以及

13、運(yùn)算速度快等特點(diǎn)，且在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，軍事以及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。而單片機(jī)所具有的這些優(yōu)點(diǎn)能夠使得該設(shè)計(jì)滿足以上要求，即技術(shù)新、先進(jìn)、體積小、精度高、功能擴(kuò)展極其方便，且衡量之下它的成本較之其它方案要低些。除此之外單片機(jī)的外圍電路也非常的簡(jiǎn)單,系統(tǒng)緊湊,對(duì)于這種小規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng),單片機(jī)具備了最佳的價(jià)格和最簡(jiǎn)單的電路.而且更容易讓更多的人控制使用.因此,我采用單片機(jī)結(jié)構(gòu)這種方案,來用于我的設(shè)計(jì)!、第三章 設(shè)計(jì)所用材料及其工作原理3.1.1傳感器的介紹及應(yīng)用3.1.1 傳感器的介紹傳感器的定義：傳感器是指能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定的歸來轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。傳感器就是

14、利用物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、生物效應(yīng)，把被測(cè)的物理量、化學(xué)量、生物量等非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件或裝置。 傳感器技術(shù)對(duì)現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)及工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展起到基礎(chǔ)和支柱的作用，在世界各國(guó)已成為一種重要產(chǎn)業(yè)。可以說沒有傳感器就沒有現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù);沒有傳感器也就沒有人類現(xiàn)代化的生活環(huán)境和條件。傳感器技術(shù)已成為科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。3.2.2 傳感器的應(yīng)用傳感器不僅充當(dāng)著計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、自動(dòng)化設(shè)備的“感覺器官”及機(jī)電結(jié)合的接口，而且已滲透到軍事和人類生命、生活、生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，從太空到海洋，從各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)到人們?nèi)粘Ｉ畹囊率匙⌒?，都已?jīng)離不開各種各樣的傳感器。 （1）傳感器在

15、機(jī)械制造中的應(yīng)用 在石油、化工、電力、鋼鐵、機(jī)械等工業(yè)生產(chǎn)中，需要及時(shí)檢測(cè)各種工藝參數(shù)的相關(guān)信息，并通過電子計(jì)算機(jī)或控制器對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行自動(dòng)化控制。 （2）傳感器在汽車中的應(yīng)用 在汽車上，溫度、壓力、流量、濕度、氣體、位置、速度、加速度、轉(zhuǎn)矩等各種各樣的傳感器已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。利用傳感器檢測(cè)的信息，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的精確控制，一保障汽車安全行駛。（3）傳感器在智能建筑中的應(yīng)用 采用新材料、新信息機(jī)通信技術(shù)的智能建筑是現(xiàn)代樓宇建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)。在智能建筑物的各個(gè)方面，如信息和通信系統(tǒng)、交通管理、加熱與通風(fēng)機(jī)空氣調(diào)節(jié)、能源管理、個(gè)人安全與保障系統(tǒng)、維護(hù)管理、靈巧的居室裝置以及新的智能建筑結(jié)

16、構(gòu)，都要應(yīng)用各種傳感器。（4）傳感器在家電中的應(yīng)用 現(xiàn)代家庭中，家電廚具、空調(diào)器、電冰箱、洗衣機(jī)、電熱水器、安全報(bào)警器、吸塵器、電熨斗、照相機(jī)、音像設(shè)備等都用到了傳感器。（5）傳感器在安全防范重的應(yīng)用 火災(zāi)、盜竊，不斷給人類生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來極大的威脅。安全防范技術(shù)在世界各國(guó)已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)。防火、防盜，廣泛應(yīng)用了光電。熱電、壓電、氣體、紅外、超聲波、微波及圖像等傳感器。（6）傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用 在生產(chǎn)用的單能機(jī)器人中，傳感器用來檢測(cè)臂的位置和角度；在智能機(jī)器人中，傳感器用作視覺和嗅覺。傳感器占機(jī)器人成本的二分之一以上。（7）傳感器在人體醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 在醫(yī)療上應(yīng)用的傳感器可以對(duì)人體溫度、血壓、

17、心腦電波及腫瘤等進(jìn)行準(zhǔn)確地測(cè)量與診斷。（8）傳感器在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用 為保護(hù)環(huán)境，研制用以檢測(cè)大氣，水質(zhì)及噪聲污染的傳感器，已為世界各國(guó)所重視。（9）傳感器在航空航天種的應(yīng)用 在飛機(jī)及火箭等飛行器上，要使用傳感器對(duì)飛行速度、加速度、飛行距離及飛行方向、飛行姿態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。（10）傳感器在搖桿技術(shù)中的應(yīng)用 在飛機(jī)及衛(wèi)星等飛行器上利用紫外、紅外光電傳感器及微波傳感器探測(cè)氣象、地質(zhì)等；在船舶上利用超聲波傳感器進(jìn)行水下探測(cè)。（11）傳感器在軍事方面的應(yīng)用 利用紅外探測(cè)儀可以探測(cè)地形、發(fā)現(xiàn)地物及敵方各種軍事目標(biāo)；紅外雷達(dá)具有搜索、跟蹤、測(cè)距等功能，可以搜索幾十到上千千米內(nèi)的目標(biāo)；其他還有紅外制導(dǎo)、紅外通信

18、、紅外夜視、紅外對(duì)抗等。再如，用壓電陶瓷制成的壓電引信稱為彈丸起爆裝置，具有瞬發(fā)度高、安全可靠、不可配置電源等特點(diǎn)，常用在破甲彈上。 傳感器的選用根據(jù)該次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，將感受到的水位信號(hào)傳送到單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)的計(jì)算機(jī)將實(shí)測(cè)的水位信號(hào)與設(shè)定信號(hào)進(jìn)行比較，得出偏差，然后根據(jù)偏差的性質(zhì)，向給水電動(dòng)閥發(fā)出"開""關(guān)"的指令，保證容器達(dá)到設(shè)定水位。需對(duì)水位進(jìn)行控制，因此綜上選擇水位傳感器。3.3單片機(jī)的介紹及選擇 單片機(jī)的介紹單片微型機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱微控制器。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器CPU

19、、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)是微型機(jī)的一個(gè)主要分支，它的結(jié)構(gòu)上的最大優(yōu)點(diǎn)是把CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器和多種輸入/輸出接口集成在一塊超大規(guī)模的集成電路芯片上。就其組成和基本工作原理而言，一塊單片機(jī)芯片就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。1單片機(jī)的組成單片機(jī)的核心部分是中央處理器CPU，它是單片機(jī)的大腦，由它統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)各部分的工作。時(shí)鐘電路用于給單片機(jī)提供工作時(shí)間所需有的時(shí)鐘信號(hào)。程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器分別用于存放單片機(jī)工作的用戶軟件和存儲(chǔ)臨時(shí)數(shù)據(jù)。中斷系統(tǒng)用于處理系統(tǒng)工作時(shí)出現(xiàn)的突發(fā)事件。定時(shí)/輸出接口（I/O接口）是計(jì)算機(jī)與輸入/

20、輸出設(shè)備之間的接口。輸入/輸出設(shè)備是計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備交換信息的裝置，如顯示器、鍵盤和打印機(jī)等。2單片機(jī)的特點(diǎn)由于單片機(jī)是把微型計(jì)算機(jī)主要部件都集成在一塊芯片上，即一塊芯片就是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)。因此，單片機(jī)具有以下特點(diǎn)。a控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令、較強(qiáng)的I/O邏輯操作及位處理功能，因而其控制靈活、方便，容易滿足工業(yè)控制的要求 。b抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好。單片機(jī)集成度高，體積小，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了芯片內(nèi)部之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性和抗干擾能力，適宜于惡劣環(huán)境下工作。C性能價(jià)格比高。單片機(jī)功能豐富，而其價(jià)格僅為530元。D易擴(kuò)展。

21、片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件，片外有許多擴(kuò)展用的三總線并行、串行輸入輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。E低功耗、低電壓。一般單片機(jī)的功耗僅為20100mW，電壓為26V（不同型號(hào)的數(shù)值不完全一樣），便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。3單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)由于體積小、集成度高、成本低、抗干擾能力和控制能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于以下的各個(gè)領(lǐng)域中。例如工業(yè)自動(dòng)化、智能儀器儀表、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信方面、武器裝備和終端及外部設(shè)備控制等方面都得到廣泛的應(yīng)用。在以控制為主，以數(shù)據(jù)為輔的系統(tǒng)中，使用單片機(jī)可以獲得良好的效果。對(duì)于工作速度不高，數(shù)據(jù)處理量不大，控制過程不很復(fù)雜的場(chǎng)合，如家用電器。商用產(chǎn)品等，

22、可選用四位單片機(jī)；對(duì)于工業(yè)控制、智能儀表等，可選用八位單片機(jī)；對(duì)于要求很高的實(shí)時(shí)控制及復(fù)雜的過程控制，如機(jī)器人、信號(hào)處理等，則最好選用16位單片機(jī)。4單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)總的來說，單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是向大容量、高性能化、外圍電路內(nèi)裝化等方面發(fā)展。為滿足不同用戶要求，各公司相繼推出了能滿足不同需要的產(chǎn)品。縱觀單片機(jī)幾十年的發(fā)展歷程，單片機(jī)的今后發(fā)展方向?qū)⑾蚨喙δ?、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價(jià)格、外圍電路內(nèi)裝化，以及片內(nèi)存儲(chǔ)器容量增加和Flash存儲(chǔ)器化方向發(fā)展。但其位數(shù)不一定會(huì)繼續(xù)增加，盡管現(xiàn)在已經(jīng)有了32位單片機(jī)，但使用的并不多?？梢灶A(yù)言，今后的單片機(jī)將是功能更強(qiáng)、集成度更高而功耗更低，以及

23、使用更方便。 最小系統(tǒng)的應(yīng)用單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展是以基本的最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，故應(yīng)首先熟悉最小應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。實(shí)際上內(nèi)部帶有4KB程序存儲(chǔ)器的8051或8751單片機(jī)本身就是一個(gè)最簡(jiǎn)單的最小系統(tǒng)，許多實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)就是這種成本和體積小的單片機(jī)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高性能的控制。對(duì)于目前國(guó)內(nèi)較多的內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器的芯片8031來說，則要用外接程序存儲(chǔ)器的方法才能構(gòu)成一個(gè)最小應(yīng)用系片內(nèi)帶程序存儲(chǔ)器的8031，8751本身即可構(gòu)成一片最小系統(tǒng)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，同時(shí)/EA接高電平，ALE,/PSEN信號(hào)不用，系統(tǒng)就可以工作。該系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：(1)系統(tǒng)有大量的I/O線可供用戶使用P0,P1,P2,

24、P3都可以作為I/O口使用。(2)內(nèi)部存儲(chǔ)器的容量有限，只有128B的RAM和4KB的程序存儲(chǔ)器。(3)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)具有特殊性，由于應(yīng)用系統(tǒng)的P0口，P2口在開發(fā)時(shí)需要作為數(shù)據(jù)，地址總線，故這兩個(gè)口上的硬件調(diào)式只能用模擬的方法進(jìn)行。8051的應(yīng)用軟件必須依靠廠家用掩膜技術(shù)置入，故一般只適用于可作大批量生產(chǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)。3.3.3 單片機(jī)的選用由于該設(shè)計(jì)系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，應(yīng)選擇價(jià)格低廉，比較常見的單片機(jī)，因此綜上所述單片機(jī)型號(hào)可以選用AT89C51。3.4電磁閥的分類與選擇3.4.1電磁閥的分類1.電磁閥從原理上分為三大類：1、直動(dòng)式電磁閥：原理：通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門

25、打開；斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。特點(diǎn)：在真空、負(fù)壓、零壓時(shí)能正常工作，但通徑一般不超過25mm。2、分布直動(dòng)式電磁閥：原理：它是一種直動(dòng)和先導(dǎo)式相結(jié)合的原理，當(dāng)入口與出口沒有壓差時(shí)，通電后，電磁力直接把先導(dǎo)小閥和主閥關(guān)閉件依次向上提起，閥門打開。當(dāng)入口與出口達(dá)到啟動(dòng)壓差時(shí)，通電后，電磁力先導(dǎo)小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開；斷電時(shí)，先導(dǎo)閥利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動(dòng)關(guān)閉件，向下移動(dòng)，使閥門關(guān)閉。特點(diǎn)： 在零壓差或真空、高壓時(shí)亦能可*動(dòng)作，但功率較大，要求必須水平安裝。3、先導(dǎo)式電磁閥：原理：通電時(shí)，電磁力把先導(dǎo)孔打開，上腔室壓力迅速下降，

26、在關(guān)閉件周圍形成上低下高的壓差，流體壓力推動(dòng)關(guān)閉件向上移動(dòng)，閥門打開；斷電時(shí)，彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過旁通孔迅速腔室在關(guān)閥件周圍形成下低上高的壓差，流體壓力推動(dòng)關(guān)閉件向下移動(dòng)，關(guān)閉閥門。特點(diǎn)： 流體壓力范圍上限較高，可任意安裝（需定制）但必須滿足流體壓差條件。2.電磁閥從閥結(jié)構(gòu)和材料上的不同與原理上的區(qū)別，分為六個(gè)分支小類：直動(dòng)膜片結(jié)構(gòu)、分步重片結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)膜式結(jié)構(gòu)、直動(dòng)活塞結(jié)構(gòu)、分步直動(dòng)活塞結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)活塞結(jié)構(gòu)。電磁閥在選型時(shí)的注意事項(xiàng)一：適用性管路中的流體必須和選用的電磁閥系列型號(hào)中標(biāo)定的介質(zhì)一致。流體的溫度必須小于選用電磁閥的標(biāo)定溫度。電磁閥允許液體粘度一般在20CST以下，大于20

27、CST應(yīng)注明。工作壓差，管路最高壓差在小于0.04MPa時(shí)應(yīng)選用如ZS,2W,ZQDF,ZCM系列等直動(dòng)式和分步直動(dòng)式；最低工作壓差大于0.04MPa時(shí)可選用先導(dǎo)式（壓差式）電磁閥；最高工作壓差應(yīng)小于電磁閥的最大標(biāo)定壓力；一般電磁閥都是單向工作，因此要注意是否有反壓差，如有安裝止回閥。流體清潔度不高時(shí)應(yīng)在電磁閥前安裝過濾器，一般電磁閥對(duì)介質(zhì)要求清潔度要好。注意流量孔徑和接管口徑；電磁閥一般只有開關(guān)兩位控制；條件允許請(qǐng)安裝旁路管，便于維修；有水錘現(xiàn)象時(shí)要定制電磁閥的開閉時(shí)間調(diào)節(jié)。注意環(huán)境溫度對(duì)電磁閥的影響電源電流和消耗功率應(yīng)根據(jù)輸出容量選取，電源電壓一般允許±10%左右，必須注意交流起

28、動(dòng)時(shí)VA值較高。二、可靠性電磁閥分為常閉和常開二種；一般選用常閉型，通電打開，斷電關(guān)閉；但在開啟時(shí)間很長(zhǎng)關(guān)閉時(shí)很短時(shí)要選用常開型了。壽命試驗(yàn)，工廠一般屬于型式試驗(yàn)項(xiàng)目，確切地說我國(guó)還沒有電磁閥的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此選用電磁閥廠家時(shí)慎重。動(dòng)作時(shí)間很短頻率較高時(shí)一般選取直動(dòng)式，大口徑選用快速系列。三、安全性一般電磁閥不防水，在條件不允許時(shí)請(qǐng)選用防水型，工廠可以定做。電磁閥的最高標(biāo)定公稱壓力一定要超過管路內(nèi)的最高壓力，否則使用壽命會(huì)縮短或產(chǎn)生其它意外情況。有腐蝕性液體的應(yīng)選用全不銹鋼型，強(qiáng)腐蝕性流體宜選用塑料王（SLF）電磁閥。爆炸性環(huán)境必須選用相應(yīng)的防爆產(chǎn)品。四、經(jīng)濟(jì)性有很多電磁閥可以通用，但在能滿足以

29、上三點(diǎn)的基礎(chǔ)上應(yīng)選用最經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。電磁閥的選型電磁閥選型首先應(yīng)該依次遵循安全性，可靠性，適用性，經(jīng)濟(jì)性四大原則，其次是根據(jù)六個(gè)方面的現(xiàn)場(chǎng)工況(即管道參數(shù)、流體參數(shù)、壓力參數(shù)、電氣參數(shù)、動(dòng)作方式、特殊要求進(jìn)行選擇)。選型依據(jù)：一、根據(jù)管道參數(shù)選擇電磁閥的：通徑規(guī)格(即DN)、接口方式1、按照現(xiàn)場(chǎng)管道內(nèi)徑尺寸或流量要求來確定通徑(DN)尺寸。2、接口方式，一般>DN50要選擇法蘭接口，DN50則可根據(jù)用戶需要自由選擇。二、根據(jù)流體參數(shù)選擇電磁閥的：材質(zhì)、溫度組1、腐蝕性流體：宜選用耐腐蝕電磁閥和全不銹鋼；食用超凈流體：宜選用食品級(jí)不銹鋼材質(zhì)電磁閥。2、高溫流體：要選擇采用耐高溫的電工材料和密

30、封材料制造的電磁閥，而且要選擇活塞式結(jié)構(gòu)類型的。3、流體狀態(tài)：大至有氣態(tài)，液態(tài)或混合狀態(tài)，特別是口徑大于DN25訂貨時(shí)一定要區(qū)分開來。4、流體粘度：通常在50cSt以下可任意選擇，若超過此值，則要選用高粘度電磁閥。三、根據(jù)壓力參數(shù)選擇電磁閥的：原理和結(jié)構(gòu)品種1、公稱壓力：這個(gè)參數(shù)與其它通用閥門的含義是一樣的，是根據(jù)管道公稱壓力來定。2、工作壓力：如果工作壓力低則必須選用直動(dòng)或分步直動(dòng)式原理；最低工作壓差在0.04Mpa以上時(shí)直動(dòng)式、分步直動(dòng)式、先導(dǎo)式均可選用。四、電氣選擇：電壓規(guī)格應(yīng)盡量?jī)?yōu)先選用AC220V、DC24較為方便。五、根據(jù)持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)短來選擇：常閉、常開、或可持續(xù)通電2、要是開啟

31、的時(shí)間短或開和關(guān)的時(shí)間不多時(shí)，則選常閉型。3、但是有些用于安全保護(hù)的工況，如爐、窯火焰監(jiān)測(cè)，則不能選常開的，應(yīng)選可長(zhǎng)期通電型。六、根據(jù)環(huán)境要求選擇輔助功能：防爆、止回、手動(dòng)、防水霧、水淋、潛水1、爆炸性環(huán)境：必須選用相應(yīng)防爆等級(jí)的電磁閥(我公司現(xiàn)有：d II BT4、d II CT5、Ex m I/II T4) 。2、當(dāng)管內(nèi)流體有倒流現(xiàn)象時(shí)，可選擇我公司OK71-N、OK72-N系列帶止回功能電磁閥。3、當(dāng)需要對(duì)電磁閥進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)人工操作時(shí)，可選擇我公司OK71-S、OK72-S系列帶手動(dòng)功能電磁閥。4、露天安裝或粉塵多場(chǎng)合應(yīng)選用防水，防塵品種(防護(hù)等級(jí)在IP54以上)。5、用于噴泉必須采用潛水型

32、電磁閥(防護(hù)等級(jí)在IP68以上)。3.4.2電磁閥的選擇因此綜上所述電磁閥可以選用價(jià)格低廉的直動(dòng)式電磁閥。3.5時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路:AT89C51內(nèi)部有時(shí)鐘電路,但石英晶體和微調(diào)電容是需要外接的.時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列.本次設(shè)計(jì)選用的晶振頻率為6MHZ. 時(shí)鐘電路如下圖所示:3.6特點(diǎn) 太陽能熱水器自動(dòng)上水閥的特點(diǎn)在于：1、全方位克服了各種缺點(diǎn)，僅需人工開一次水閥就完成了上水的全部操作。2、其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不易出故障，室內(nèi)室外均可安裝，維修方便，困擾自動(dòng)上水閥推廣的水垢問題迎刃而解。3、而且可以在不損壞裝修的情況下為老用戶進(jìn)行安裝。4、其制造成本比其它自動(dòng)上水閥低得多，但卻達(dá)到了最方便實(shí)用

33、的效果-水滿自動(dòng)關(guān)水?？傊?，這種自動(dòng)上水閥能達(dá)到低成本節(jié)水而且使用方便的目的。 第四章 主電路的設(shè)計(jì)與工作原理4.1 主電路設(shè)計(jì)引言在當(dāng)今的企業(yè)中，太陽能自動(dòng)加水裝置的設(shè)計(jì)與制作給企業(yè)帶來了極大的經(jīng)濟(jì)效益。因?yàn)槿娴淖詣?dòng)化的確給廣大用戶帶來了極大的方便。但隨著科技的日益發(fā)達(dá)自動(dòng)化已不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)需求，智能化已成為人們追逐的目標(biāo)。企業(yè)應(yīng)在不影響效益的前提下提高產(chǎn)品的工藝性能，滿足用戶的需求。4.1.1 輸入根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求本課題的電子電路可大致設(shè)計(jì)如下圖4-1是一種單片機(jī)控制水位傳感器控制原理圖.途中虛線表示允許水位變化上限下限位置.在正常情況下,應(yīng)保持水位在虛線范圍內(nèi).為此,在水內(nèi)的不

34、同高度處安裝不變的三根金屬棒A、B、C來感知水位變化情況.其中A棒處于下限水位處,C棒處于上限水位處,而B棒在上下水位之間.A棒接+5V的電源B、C均通過一個(gè)電阻與地相連,這種裝置就是水位傳感器：圖4-1 水位傳感器控制原理圖從而根據(jù)水位的變化產(chǎn)生相應(yīng)的電位信號(hào)，由b、c兩端輸入到單片機(jī)中從中實(shí)現(xiàn)水位信號(hào)的輸入。4.1.2 控制單片機(jī)、水位傳感器構(gòu)成數(shù)字量輸入的單片機(jī)前向通道接口，單片機(jī)控制與水位傳感器信號(hào)關(guān)系如表1所示。由電磁閥供水，而單片機(jī)控制電磁閥通電，以達(dá)到水位的控制目的。供水時(shí)，單片機(jī)控制電磁閥通電供水，水位不斷上升，滑竿在浮球帶動(dòng)下沿套管上升，當(dāng)滑竿上升到頂位時(shí)，則使接觸開關(guān)失電，

35、讓電磁閥關(guān)閉水源，停止供水。當(dāng)水位處于上下限時(shí)，單片機(jī)控制電磁閥保持原有的通斷狀態(tài)，此時(shí)無論電磁閥通電供水，水位上升，或者電磁閥斷電沒有工作，使水位不斷下降，都應(yīng)繼續(xù)維持原狀態(tài)。當(dāng)水位下限位置時(shí)，單片機(jī)應(yīng)控制電磁閥通電，供水。上下限水位信號(hào)由P1.0和P1.1輸入，這2個(gè)信號(hào)共有4種組合狀態(tài)：具體情況如下表4-1所示。表3-1 單片機(jī)控制與水位傳感器信號(hào)關(guān)系圖P1.0(b)P1.1(c)P1.2P1.3進(jìn)行的操作0001電磁閥開10不變1維持原狀態(tài)0110故障報(bào)警1111電磁閥關(guān)注：在本電路中，檢測(cè)器為三個(gè)不同位置的電極，控制器是負(fù)責(zé)對(duì)從電極輸入的電信號(hào)進(jìn)行處理的整個(gè)電路，執(zhí)行器是電磁閥。0：

36、電機(jī)工作1：電機(jī)停止控制信號(hào)由P1.2端輸出，去控制電磁閥。由P1.3輸出報(bào)警信號(hào)，驅(qū)動(dòng)一支發(fā)光二極管進(jìn)行光報(bào)警。4.1.3 輸出根據(jù)理想的實(shí)驗(yàn)依據(jù)將電位信號(hào)由單片機(jī)輸出來控制繼電器的常開、常閉從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸出。4.1.4結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)實(shí)際情況與自我總結(jié)本課題的結(jié)構(gòu)框圖如下圖4-2所示：輸入預(yù)設(shè)的水位控制（處理）電子線路板輸出（水）被控對(duì)象（貯水箱）檢測(cè)水位電極圖4-2 本系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)框圖3.2工作原理3.2.1水位控制原理1、供水時(shí)，單片機(jī)控制電磁閥通電，水位不斷上升，滑竿在浮球帶動(dòng)下沿套管上升，當(dāng)滑竿上升到頂位時(shí)，則使接觸開關(guān)失電，讓電磁閥關(guān)閉水源。2、當(dāng)水為處于上下限之間時(shí)，此時(shí)，單片機(jī)控

37、制電磁閥的通斷電，無論電磁閥是在帶通電供水，水位不斷上升，或者電磁閥沒有工作水位不斷下降,都應(yīng)維持原有的狀態(tài)。3、當(dāng)水位處于下限位置時(shí)，水箱內(nèi)無水時(shí)，需要供水，滑竿落到箱底，滑竿在水箱外的一端與接觸開關(guān)接觸得電使電磁閥導(dǎo)通進(jìn)水。如下是一種單片機(jī)控制水位傳感器控制原理圖.途中虛線表示允許水位變化上限下限位置.在正常情況下，應(yīng)保持水位在虛線范圍內(nèi)，為此，在水箱內(nèi)的不同高度處安裝不變的三根金屬棒A、B、C來感知水位變化情況.。其中A棒處于下限水位處，C棒處于上限水位處,而B棒在上下水位之間.A棒接+5V的電源B、C均通過一個(gè)電阻與地相連，這種裝置就是水位傳感器。如圖3-1所示。單片機(jī)、水位傳感器構(gòu)成

38、數(shù)字量輸入的單片機(jī)前向通道接口，單片機(jī)控制與水位傳感器信號(hào)關(guān)系如表1所示；原理圖如下圖4-3所示。圖4-3 太陽能自動(dòng)上水原理圖注:其中開光sw1、sw2是用來模擬水位電位信號(hào)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：AT89C51芯片模擬水位信號(hào)電磁閥裝置水位報(bào)警指示燈時(shí)鐘電路圖4-4 原理框圖3.2.3 電磁閥上水工作原理在太陽能水箱（1）的箱底上安裝帶通水孔（7）的套管（2）內(nèi)放置其上連接浮球（4）的滑竿（3），滑竿（3）的一端伸出水箱外，在水箱外連接的支架（8），在支架（8）上安裝接觸開關(guān)（5），接觸開關(guān)（5）于進(jìn)水管上的電磁閥（6）連接。當(dāng)水箱內(nèi)無水時(shí)，滑竿落到箱底，滑竿在水箱外的一端與接觸開關(guān)接觸得電使

39、電磁閥導(dǎo)通進(jìn)水。隨著水位的上升，滑竿在浮球帶動(dòng)下沿套管上升，當(dāng)滑竿上升到頂位時(shí)，則使接觸開關(guān)失電，讓電磁閥關(guān)閉水源。原理圖如下圖4-4所示：圖4-5 電磁閥控制原理圖注：1為水箱 2為套管3為滑竿4為浮球5為接觸開關(guān)6為電磁閥7為通水孔8為連接支架電磁閥控制原理結(jié)構(gòu)圖如下4-6所示：圖4-6 電磁閥控制原理機(jī)構(gòu)框圖電磁閥驅(qū)動(dòng)電路如下圖4-7所示圖4-7 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路該電磁閥太陽能自動(dòng)上水裝置，其特征在于：在太陽能水箱（1）的箱底上安裝帶通水孔（7）的套管（2），套管（2）內(nèi)放置其上連接的浮球（4）的滑竿（3），滑竿（3）的一端伸出水箱外，在水箱外連接支架（8）上安裝接觸開關(guān)（5），接觸開關(guān)（5）與進(jìn)水管上的電磁閥