畢業(yè)設(shè)計太陽能熱水器自動上水控制系統(tǒng)設(shè)計說明

1、 . PAGE25 / NUMPAGES25設(shè)計題目：太陽能熱水器自動上水控制系統(tǒng)設(shè)計系 別： 信息系 專 業(yè)：電子信息工程姓 名：指導(dǎo)教師：完成時間前 言畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)的最后一個重要環(huán)節(jié)，是人才培養(yǎng)計劃的重要組成部分。通過畢業(yè)設(shè)計既可以鞏固我們在學(xué)校學(xué)過的理論知識，培養(yǎng)了我們運用所學(xué)知識分析和解決實際問題的綜合能力，希望通過最終的畢業(yè)設(shè)計，能更加鞏固、擴大和強化自己所能學(xué)到的理論知識和技能，提高自己畢業(yè)設(shè)計編寫技術(shù)說明書的能力，學(xué)會正確使用技術(shù)資料，標(biāo)準(zhǔn)手冊和工具書。并在設(shè)計中進一步提高自己理論聯(lián)系實際、嚴(yán)肅、認真的工作作風(fēng)，為即將走上工作崗位所從事的技術(shù)工作打下一個良好的基礎(chǔ)。通過自己在圖

2、書館查閱各方面的資料我選擇了用單片機設(shè)計太陽能自動加水控制裝置，也得到了指導(dǎo)老師的認可，于是在明確了設(shè)計目的的基礎(chǔ)上我認真研究耐心分析，在老師的幫助之下完成了這份設(shè)計，尚有很多不足之處希望老師們批評指正，從而能得到不斷的進步。目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc246753187目錄3HYPERLINK l _Toc246753188摘要5HYPERLINK l _Toc246753189第一章選題背景6HYPERLINK l _Toc2467531901.1 課題的設(shè)計背景6HYPERLINK l _Toc2467531911.2 設(shè)計的容和要求6HYPER

3、LINK l _Toc2467531921.2.1 容6HYPERLINK l _Toc2467531931.2.2要求7HYPERLINK l _Toc2467531941.3課題設(shè)計的意義8第二章 設(shè)計方案比較2.1PLC的應(yīng)用特點92.2 單片機的應(yīng)用特點.92.3 單片機與PLC的比較.10HYPERLINK l _Toc246753195第三章設(shè)計所用材料與其工作原理8HYPERLINK l _Toc2467531963.1.1傳感器的介紹與應(yīng)用10HYPERLINK l _Toc2467531973.2.2傳感器的應(yīng)用10HYPERLINK l _Toc2467531983.2.3

4、傳感器的選用11HYPERLINK l _Toc2467531993.3.1單片機的介紹11HYPERLINK l _Toc2467532003.3.2單片機的選用12HYPERLINK l _Toc246753201HYPERLINK l _Toc2467532023.4.1電磁閥的分類13HYPERLINK l _Toc2467532043.4.2電磁閥的選用14HYPERLINK l _Toc2467532173.5 特點15HYPERLINK l _Toc246753206第四章 主電路的設(shè)計與工作原理15HYPERLINK l _Toc2467532074.1 課題主電路設(shè)計15HY

5、PERLINK l _Toc246753208引言15HYPERLINK l _Toc2467532094.1.1 輸入16HYPERLINK l _Toc2467532104.1.2 控制16HYPERLINK l _Toc2467532114.1.3 輸出17HYPERLINK l _Toc2467532124.1.4結(jié)構(gòu)框圖17HYPERLINK l _Toc2467532134.2.1工作原理18HYPERLINK l _Toc2467532144.2.2電磁閥上水工作原理18HYPERLINK l _Toc2467532144.3 結(jié)語22HYPERLINK l _Toc246753

6、221第五章 本課題改進與擴展22HYPERLINK l _Toc246753222結(jié) 論23HYPERLINK l _Toc246753223參考文獻23HYPERLINK l _Toc246753224致24摘 要現(xiàn)在社會，伴隨著消費和人們對生活品質(zhì)要求的提高，太陽能熱水器已經(jīng)成為家用必備產(chǎn)品。本課題針對太陽能熱水器中水箱水位進行檢測，在設(shè)定值圍進行水位調(diào)節(jié)，本系統(tǒng)，控制可靠、穩(wěn)定、并能適當(dāng)?shù)臄U展。滿足不同用戶對控制目標(biāo)的要求。水位控制系統(tǒng)在各個領(lǐng)域上都有廣泛應(yīng)用，雖然其結(jié)構(gòu)簡單但由于控制過程具有多變量，大滯后，時變性等特點，且在控制過程中系統(tǒng)會受到各種不確定因素的影響，難于建立精確的數(shù)學(xué)

7、模型。雖然自適應(yīng)、自校正控制理論可以對缺乏數(shù)學(xué)模型的被控對象進行識別，但這種遞推法復(fù)雜，實時性差。傳感技術(shù)的反映準(zhǔn)確、使用優(yōu)點和數(shù)字邏輯電路的優(yōu)點結(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、價格、通用性、性價比方面存在的難題，并使不熟悉電器的人也能夠方便的使用，因此，這項技術(shù)很快就迅速發(fā)展了起來。而而太陽能自動加水裝置就是根據(jù)這項技術(shù)來設(shè)計的。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，但是動作原理都基本一樣。此裝置完成了自動控制的過程控制電路輸入一個電信號，電磁閥就相應(yīng)產(chǎn)生一個磁信號，這個磁信號驅(qū)動電磁鐵產(chǎn)生一個動作，閥門的開閉

8、就產(chǎn)生一個對應(yīng)。關(guān)鍵字：電路 程序 自動 水位控制第一章選題背景1.1 課題的設(shè)計背景傳感器技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)與自動控制技術(shù)在生產(chǎn)過程、科學(xué)研究、現(xiàn)實生活應(yīng)用、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)保事業(yè)與其他各個領(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)計與門電路芯片的選擇是感應(yīng)自動控制設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足環(huán)保、實用與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)計可以提升專業(yè)知識的運用能力，促進科技向生活的轉(zhuǎn)化與環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，對提高生活質(zhì)量有重要作用。數(shù)字邏輯電路控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、控制簡單、抗干擾能力強，價格便宜、重量輕、耗電省等優(yōu)點。隨著太陽能熱水器的

9、推廣普與，在沒有自來水的地方，如何使用水泵自動啟停抽水并保證連續(xù)供水是一個現(xiàn)實的問題。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，如果使用自動水位控制裝置來控制水泵的工作，就能夠很好的解決這個問題，給廣大的用戶帶來方便。1.2 設(shè)計的容和要求1.2.1 容1、利用電導(dǎo)式傳感器的三個電極設(shè)計一個太陽能熱水器的水位報警器。2、當(dāng)水位處在高水位與底水位之間時，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，電源導(dǎo)通，低水位指示燈點亮，微分電路將產(chǎn)生脈沖，觸發(fā)音樂集成電路工作。隨之揚聲器發(fā)出報警聲，告知主人水箱的水已經(jīng)空，單片機系統(tǒng)自動控制流向電磁閥往水箱注水。4、當(dāng)水

10、位高于高水位時，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，隨之揚聲器報警，告知主人水箱的水已經(jīng)注滿，單片機系統(tǒng)自動控制控制閥斷電，停止往水箱注水。根據(jù)以上的要求，該水位傳感器報警器系統(tǒng)電路大致設(shè)計為下圖1-1：圖1-1 水位傳感器控制原理圖1.2.2要求1、當(dāng)水位報警器接通電源時，主電路有相應(yīng)的電源指示燈點亮，指示電源正常。2、當(dāng)太陽能熱水器水箱缺水，電路能發(fā)出光報警，單片機系統(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，電路發(fā)出光報警，單片機系統(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

11、7為通水孔8為連接支架1.3課題設(shè)計的意義單片機用于提升機監(jiān)控系統(tǒng)中,通過對提升機的運行速度、加速度和控制線路中的繼電器等元器件進行在線檢測,以確保提升系統(tǒng)的安全,還可以根據(jù)負荷的變化,自動控制電阻的切除,從而使啟動平衡,減少對機械系統(tǒng)的沖擊;從而延長太陽能的使用壽命。鑒于以上種種，本課題主要研究如何對水位如何進行有效監(jiān)控的方法，以期能夠?qū)鉀Q一些生活中水位監(jiān)測提供一種思路。在現(xiàn)實中人每天進行上下水要花費大量時間，還有可能忘記，而隨著社會的進步，時間的經(jīng)濟化，加水時有會忘記，自動上水每天定時（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

12、，節(jié)能省時意識的日益加強，本人經(jīng)多次實踐和論證，積極開發(fā)研制出了太陽能熱水器全自動定時上水控制系統(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送水裝置是目前現(xiàn)實生活中較為實用的生活環(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)的不斷進步，有理由相信未來的單片機技術(shù)與數(shù)字技術(shù)使用會更加普與發(fā)展會更加迅速。第二章:設(shè)計方案比較2.1PLC的應(yīng)用特點PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器

13、，用來在其部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC與其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。1可靠性高，抗干擾能力強2配套齊全，功能完善，適用性強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，工作量小，維護方便，容易改造利用PLC實現(xiàn)需深刻了解其梯形圖與指令，目前市場較常用。PLC是計算機技術(shù)于繼電接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它是滿足生產(chǎn)機械和工藝的要求和電氣控制系統(tǒng)本身的制造、使用以與維修的需要。但所設(shè)計的東西較為煩瑣，有一點的失誤檢查起來很難。所以此方

14、法對于本課題不適合。2.2 單片機的應(yīng)用特點單片機是把微型計算機主要部件都集成在一塊芯片上，即一塊芯片就是一個微型計算機。因此，單片機具有如下特點。1控制能力強單片機集成度 為了滿足控制要求，單片機的指令系統(tǒng)中均有極其豐富的條件轉(zhuǎn)移指令、較強的I/O邏輯操作與位處理功能，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，可靠性高單片機集成度高，體積小，容采用總線結(jié)構(gòu)，減少了芯片部之間的連線，大大提高了單片機的可靠性和抗干擾能力，適宜于惡劣環(huán)境工作下工作。3性價比高單片機功能豐富，而其價格僅為5到30元4易擴展片具有計算機正常運行所必要的部件，片外有許多供擴展用的三總線并行、串行輸入

15、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 一般單片機的功耗僅為20到100mW,電壓為2到6V（不同型號的數(shù)值完全不一樣），便于成產(chǎn)便攜產(chǎn)品。6.種類多，型號全。很多單片機廠家逐年擴大適應(yīng)各種需要，有針對性地推出一系列型號產(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)品進行升級換代。7使用壽命長。這里所說的長壽命，一方面指用單片機開發(fā)的產(chǎn)品可以穩(wěn)定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指與微處理器相比的長壽命。AT89C51單片微型計算機為核心并根據(jù)頻率的特性來構(gòu)成本方案的基本設(shè)計思想，這是由于單片機具有體積小，重量

16、輕，價格便宜，功耗低，控制功能強以與運算速度快等特點，且在國民經(jīng)濟建設(shè)，軍事以與家用電器等各個領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。而單片機所具有的這些優(yōu)點能夠使得該設(shè)計滿足以上要求，即技術(shù)新、先進、體積小、精度高、功能擴展極其方便，且衡量之下它的成本較之其它方案要低些。除此之外單片機的外圍電路也非常的簡單,系統(tǒng)緊湊,對于這種小規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng),單片機具備了最佳的價格和最簡單的電路.而且更容易讓更多的人控制使用.2.3 單片機與PLC的比較PLC是一種可編程的控制器，相當(dāng)于一種控制設(shè)備，主要用于工業(yè)自動化等領(lǐng)域，大都采用梯形圖編程，也可以用組態(tài)軟件。其特點是非?？煽?。所以此方法對于本課題不適合。單片機體積小，

17、集成度高，成本低，抗干擾能力強，控制能力強。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，前景都是不錯的。這是因為單片機的外圍電路非常的簡單,系統(tǒng)緊湊,對于小規(guī)模應(yīng)用系統(tǒng),單片機又具備了最佳的價格和最簡單的電路.而且更容易讓更多的人控制使用. 本設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，用單片機完全能夠?qū)崿F(xiàn)。AT89C51單片微型計算機為核心并根據(jù)頻率的特性來構(gòu)成本方案的基本設(shè)計思想，這是由于單片機具有體積小，重量輕，價格便宜，功耗低，控制功能強以與運算速度快等特點，且在國民經(jīng)濟建設(shè)，軍事以與家用電器等各個領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。而單片機所具有的這些優(yōu)點能夠使得該設(shè)計滿足以上要求，即技術(shù)新、先進、

18、體積小、精度高、功能擴展極其方便，且衡量之下它的成本較之其它方案要低些。除此之外單片機的外圍電路也非常的簡單,系統(tǒng)緊湊,對于這種小規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng),單片機具備了最佳的價格和最簡單的電路.而且更容易讓更多的人控制使用.因此,我采用單片機結(jié)構(gòu)這種方案,來用于我的設(shè)計!、第三章 設(shè)計所用材料與其工作原理3.1.1傳感器的介紹與應(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)定的被測量，并按照一定的歸來轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器就是利用物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、生物效應(yīng)，把被測的物理量、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)對現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)與工業(yè)自動化的

19、發(fā)展起到基礎(chǔ)和支柱的作用，在世界各國已成為一種重要產(chǎn)業(yè)?？梢哉f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)和國民經(jīng)濟發(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)著計算機、機器人、自動化設(shè)備的“感覺器官”與機電結(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）傳感器在機械制造中的應(yīng)用 在石油、化工、電力、鋼鐵、機械等工業(yè)生產(chǎn)中，需要與時檢測各種工藝參數(shù)的相關(guān)信息，并通過電子計算機或控制器對生產(chǎn)過程進行自動化控制。

20、（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。利用傳感器檢測的信息，實現(xiàn)發(fā)動機燃油噴射系統(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。在智能建筑物的各個方面，如信息和通信系統(tǒng)、交通管理、加熱與通風(fēng)機空氣調(diào)節(jié)、能源管理、個人安全與保障系統(tǒng)、維護管理、靈巧的居室裝置以與新的智能建筑結(jié)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、電熱水器、安全報警器、吸塵器、電熨斗、照相機、音像設(shè)

21、備等都用到了傳感器。（5）傳感器在安全防重的應(yīng)用 火災(zāi)、盜竊，不斷給人類生命和財產(chǎn)安全帶來極大的威脅。安全防技術(shù)在世界各國已經(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、微波與圖像等傳感器。（6）傳感器在機器人中的應(yīng)用 在生產(chǎn)用的單能機器人中，傳感器用來檢測臂的位置和角度；在智能機器人中，傳感器用作視覺和嗅覺。傳感器占機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)用的傳感器可以對人體溫度、血壓、心腦電波與腫瘤等進行準(zhǔn)確地測量與診斷。（8）傳感器在環(huán)境保護中的應(yīng)用 為保護環(huán)境，研制用以檢測大氣，水質(zhì)與噪聲污染的傳感器，已為世界各國所重視。（9）傳感

22、器在航空航天種的應(yīng)用 在飛機與火箭等飛行器上，要使用傳感器對飛行速度、加速度、飛行距離與飛行方向、飛行姿態(tài)進行檢測。（10）傳感器在搖桿技術(shù)中的應(yīng)用 在飛機與衛(wèi)星等飛行器上利用紫外、紅外光電傳感器與微波傳感器探測氣象、地質(zhì)等；在船舶上利用超聲波傳感器進行水下探測。（11）傳感器在軍事方面的應(yīng)用 利用紅外探測儀可以探測地形、發(fā)現(xiàn)地物與敵方各種軍事目標(biāo)；紅外雷達具有搜索、跟蹤、測距等功能，可以搜索幾十到上千千米的目標(biāo)；其他還有紅外制導(dǎo)、紅外通信、紅外夜視、紅外對抗等。再如，用壓電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，常用在破甲彈上。3.2.3 傳感器的選用根

23、據(jù)該次畢業(yè)設(shè)計要求，將感受到的水位信號傳送到單片機，單片機的計算機將實測的水位信號與設(shè)定信號進行比較，得出偏差，然后根據(jù)偏差的性質(zhì)，向給水電動閥發(fā)出開關(guān)的指令，保證容器達到設(shè)定水位。需對水位進行控制，因此綜上選擇水位傳感器。3.3單片機的介紹與選擇3.3.1 單片機的介紹單片微型機簡稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱微控制器。通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，部包含計算機的基本功能部件：中央處理器CPU、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機只需要適當(dāng)?shù)能浖c外部設(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。單片機是微型機的一個主要分支，它的結(jié)構(gòu)上的最大優(yōu)點是把CPU、存儲器、定時器和多種輸入/

24、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，一塊單片機芯片就是一臺計算機。1單片機的組成單片機的核心部分是中央處理器CPU，它是單片機的大腦，由它統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)各部分的工作。時鐘電路用于給單片機提供工作時間所需有的時鐘信號。程序存儲器和數(shù)據(jù)庫存儲器分別用于存放單片機工作的用戶軟件和存儲臨時數(shù)據(jù)。中斷系統(tǒng)用于處理系統(tǒng)工作時出現(xiàn)的突發(fā)事件。定時/輸出接口（I/O接口）是計算機與輸入/輸出設(shè)備之間的接口。輸入/輸出設(shè)備是計算機或其他設(shè)備交換信息的裝置，如顯示器、鍵盤和打印機等。2單片機的特點由于單片機是把微型計算機主要部件都集成在一塊芯片上，即一塊芯片就是一個微型計算機。

25、因此，單片機具有以下特點。a控制功能強。為了滿足工業(yè)控制要求，單片機的指令系統(tǒng)中均有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令、較強的I/O邏輯操作與位處理功能，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，可靠性好。單片機集成度高，體積小，部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了芯片部之間的連線，大大提高了單片機的可靠性和抗干擾能力，適宜于惡劣環(huán)境下工作。C性能價格比高。單片機功能豐富，而其價格僅為530元。D易擴展。片具有計算機正常運行所必需的部件，片外有許多擴展用的三總線并行、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。一般單片機的功耗僅為20100mW，電壓為26V（不同型號的數(shù)值

26、不完全一樣），便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。3單片機的應(yīng)用領(lǐng)域單片機由于體積小、集成度高、成本低、抗干擾能力和控制能力強等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于以下的各個領(lǐng)域中。例如工業(yè)自動化、智能儀器儀表、消費類電子產(chǎn)品、通信方面、武器裝備和終端與外部設(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，使用單片機可以獲得良好的效果。對于工作速度不高，數(shù)據(jù)處理量不大，控制過程不很復(fù)雜的場合，如家用電器。商用產(chǎn)品等，可選用四位單片機；對于工業(yè)控制、智能儀表等，可選用八位單片機；對于要求很高的實時控制與復(fù)雜的過程控制，如機器人、信號處理等，則最好選用16位單片機。4單片機的發(fā)展趨勢總的來說，單片機的發(fā)展趨勢是向

27、大容量、高性能化、外圍電路裝化等方面發(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?？v觀單片機幾十年的發(fā)展歷程，單片機的今后發(fā)展方向?qū)⑾蚨喙δ?、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價格、外圍電路裝化，以與片存儲器容量增加和Flash存儲器化方向發(fā)展。但其位數(shù)不一定會繼續(xù)增加，盡管現(xiàn)在已經(jīng)有了32位單片機，但使用的并不多?？梢灶A(yù)言，今后的單片機將是功能更強、集成度更高而功耗更低，以與使用更方便。3.3.2 最小系統(tǒng)的應(yīng)用單片機系統(tǒng)的擴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)。實際上部帶有4KB程序存儲器的8051或8751單片機本身就是一個最簡單的最小系統(tǒng)，許多

28、實際應(yīng)用系統(tǒng)就是這種成本和體積小的單片機結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了高性能的控制。對于目前國較多的部無程序存儲器的芯片8031來說，則要用外接程序存儲器的方法才能構(gòu)成一個最小應(yīng)用系片帶程序存儲器的8031，8751本身即可構(gòu)成一片最小系統(tǒng)，只要將單片機接上時鐘電路和復(fù)位電路即可，同時/EA接高電平，ALE,/PSEN信號不用，系統(tǒng)就可以工作。該系統(tǒng)的特點如下：(1)系統(tǒng)有大量的I/O線可供用戶使用P0,P1,P2,P3都可以作為I/O口使用。(2)部存儲器的容量有限，只有128B的RAM和4KB的程序存儲器。(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)時需要作為數(shù)據(jù)，地址總線，故這兩個口上

29、的硬件調(diào)式只能用模擬的方法進行。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 單片機的選用由于該設(shè)計系統(tǒng)較為簡單，應(yīng)選擇價格低廉，比較常見的單片機，因此綜上所述單片機型號可以選用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、直動式電磁閥：原理：通電時，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。特點：在真空、負壓、零壓時能正常工作，但通徑一般不超過25mm。2、分布直動式電磁閥：原理：它是一種直動和先導(dǎo)式相結(jié)合的原理，當(dāng)入口與出口沒有

30、壓差時，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)入口與出口達到啟動壓差時，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，先導(dǎo)閥利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動關(guān)閉件，向下移動，使閥門關(guān)閉。特點： 在零壓差或真空、高壓時亦能可*動作，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，電磁力把先導(dǎo)孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周圍形成上低下高的壓差，流體壓力推動關(guān)閉件向上移動，閥門打開；斷電時，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，流體壓力推動關(guān)閉件向下移動，關(guān)閉閥門。特點：

31、流體壓力圍上限較高，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，分為六個分支小類：直動膜片結(jié)構(gòu)、分步重片結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)膜式結(jié)構(gòu)、直動活塞結(jié)構(gòu)、分步直動活塞結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)活塞結(jié)構(gòu)。電磁閥在選型時的注意事項一：適用性管路中的流體必須和選用的電磁閥系列型號中標(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20CST應(yīng)注明。工作壓差，管路最高壓差在小于0.04MPa時應(yīng)選用如ZS,2W,ZQDF,ZCM系列等直動式和分步直動式；最低工作壓差大于0.04MPa時可選用先導(dǎo)式（壓差式）電磁閥；最高工作壓差應(yīng)小于電磁

32、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。流體清潔度不高時應(yīng)在電磁閥前安裝過濾器，一般電磁閥對介質(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；條件允許請安裝旁路管，便于維修；有水錘現(xiàn)象時要定制電磁閥的開閉時間調(diào)節(jié)。注意環(huán)境溫度對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，必須注意交流起動時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；但在開啟時間很長關(guān)閉時很短時要選用常開型了。壽命試驗，工廠一般屬于型式試驗項目，確切地說我國還沒有電磁閥的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此選用電磁

33、閥廠家時慎重。動作時間很短頻率較高時一般選取直動式，大口徑選用快速系列。三、安全性一般電磁閥不防水，在條件不允許時請選用防水型，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的最高壓力，否則使用壽命會縮短或產(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)濟性有很多電磁閥可以通用，但在能滿足以上三點的基礎(chǔ)上應(yīng)選用最經(jīng)濟的產(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)濟性四大原則，其次是根據(jù)六個方面的現(xiàn)場工況(即管道參數(shù)、流體參數(shù)、壓力參數(shù)、電氣參數(shù)、動作方式、特殊要求進行選擇)。選型

34、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)場管道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

35、數(shù)選擇電磁閥的：原理和結(jié)構(gòu)品種1、公稱壓力：這個參數(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或分步直動式原理；最低工作壓差在0.04Mpa以上時直動式、分步直動式、先導(dǎo)式均可選用。四、電氣選擇：電壓規(guī)格應(yīng)盡量優(yōu)先選用AC220V、DC24較為方便。五、根據(jù)持續(xù)工作時間長短來選擇：常閉、常開、或可持續(xù)通電2、要是開啟的時間短或開和關(guān)的時間不多時，則選常閉型。3、但是有些用于安全保護的工況，如爐、窯火焰監(jiān)測，則不能選常開的，應(yīng)選可長期通電型。六、根據(jù)環(huán)境要求選擇輔助功能：防爆、止回、手動、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

36、的電磁閥(我公司現(xiàn)有：d II BT4、d II CT5、Ex m I/II T4) 。2、當(dāng)管流體有倒流現(xiàn)象時，可選擇我公司OK71-N、OK72-N系列帶止回功能電磁閥。3、當(dāng)需要對電磁閥進行現(xiàn)場人工操作時，可選擇我公司OK71-S、OK72-S系列帶手動功能電磁閥。4、露天安裝或粉塵多場合應(yīng)選用防水，防塵品種(防護等級在IP54以上)。5、用于噴泉必須采用潛水型電磁閥(防護等級在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格低廉的直動式電磁閥。3.5時鐘電路時鐘電路:AT89C51部有時鐘電路,但石英晶體和微調(diào)電容是需要外接的.時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列.本次

37、設(shè)計選用的晶振頻率為6MHZ. 時鐘電路如下圖所示:3.6特點 太陽能熱水器自動上水閥的特點在于：1、全方位克服了各種缺點，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)簡單，不易出故障，室室外均可安裝，維修方便，困擾自動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行安裝。4、其制造成本比其它自動上水閥低得多，但卻達到了最方便實用的效果-水滿自動關(guān)水。總之，這種自動上水閥能達到低成本節(jié)水而且使用方便的目的。 第四章 主電路的設(shè)計與工作原理4.1 課題主電路設(shè)計引言在當(dāng)今的企業(yè)中，太陽能自動加水裝置的設(shè)計與制作給企業(yè)帶來了極大的經(jīng)濟效益。因為全面的自動化的確給廣

38、大用戶帶來了極大的方便。但隨著科技的日益發(fā)達自動化已不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L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)實驗要求本課題的電子電路可大致設(shè)計如下圖4-1是一種單片機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)保持水位在虛線圍.為此,在水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

39、位的變化產(chǎn)生相應(yīng)的電位信號，由b、c兩端輸入到單片機中從中實現(xiàn)水位信號的輸入。4.1.2 控制單片機、水位傳感器構(gòu)成數(shù)字量輸入的單片機前向通道接口，單片機控制與水位傳感器信號關(guān)系如表1所示。由電磁閥供水，而單片機控制電磁閥通電，以達到水位的控制目的。供水時，單片機控制電磁閥通電供水，水位不斷上升，滑竿在浮球帶動下沿套管上升，當(dāng)滑竿上升到頂位時，則使接觸開關(guān)失電，讓電磁閥關(guān)閉水源，停止供水。當(dāng)水位處于上下限時，單片機控制電磁閥保持原有的通斷狀態(tài)，此時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，單片機應(yīng)控制電磁閥通電，供水。上下限水位

40、信號由P1.0和P1.1輸入，這2個信號共有4種組合狀態(tài)：具體情況如下表4-1所示。表3-1 單片機控制與水位傳感器信號關(guān)系圖P1.0(b)P1.1(c)P1.2P1.3進行的操作0001電磁閥開10不變1維持原狀態(tài)0110故障報警1111電磁閥關(guān)注：在本電路中，檢測器為三個不同位置的電極，控制器是負責(zé)對從電極輸入的電信號進行處理的整個電路，執(zhí)行器是電磁閥。0：電機工作1：電機停止控制信號由P1.2端輸出，去控制電磁閥。由P1.3輸出報警信號，驅(qū)動一支發(fā)光二極管進行光報警。4.1.3 輸出根據(jù)理想的實驗依據(jù)將電位信號由單片機輸出來控制繼電器的常開、常閉從而實現(xiàn)信號的輸出。4.1.4結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)

41、實際情況與自我總結(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）被控對象（貯水箱）檢測水位電極圖4-2 本系統(tǒng)的機構(gòu)框圖4.2工作原理4.2.1水位控制原理1、供水時，單片機控制電磁閥通電，水位不斷上升，滑竿在浮球帶動下沿套管上升，當(dāng)滑竿上升到頂位時，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，此時，單片機控制電磁閥的通斷電，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，水箱無水時，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)通進水。如下是一種

42、單片機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)保持水位在虛線圍，為此，在水箱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、水位傳感器構(gòu)成數(shù)字量輸入的單片機前向通道接口，單片機控制與水位傳感器信號關(guān)系如表1所示；原理圖如下圖4-3所示。圖4-3 太陽能自動上水原理圖注:其中開光sw1、sw2是用來模擬水位電位信號結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：AT89C51芯片模擬水位信號電磁閥裝置水位報警

43、指示燈時鐘電路圖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）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）于進水管上的電磁閥（6）連接。當(dāng)水箱無水時，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)通進水。隨著水位的上升，滑竿在浮球帶動下沿套管上升，當(dāng)滑竿上升到頂位時，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

44、電磁閥控制原理結(jié)構(gòu)圖如下4-6所示：圖4-6 電磁閥控制原理機構(gòu)框圖電磁閥驅(qū)動電路如下圖4-7所示圖4-7 電磁閥驅(qū)動電路該電磁閥太陽能自動上水裝置，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）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）與進水管上的電磁閥（6）連接。4.3 結(jié)語該系統(tǒng)設(shè)計是基于在單片機嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計的，充分利用單片機強大控制功能和方便通信接口，該檢測控制系統(tǒng)在實驗室某實驗系統(tǒng)得到成功實踐，實現(xiàn)水位檢測、自動控制、處理和報警等功能，提高了實驗的自動控制能力。進一

45、步優(yōu)化系統(tǒng)軟硬件設(shè)計，可為實時實現(xiàn)遠端控制，因此，該系統(tǒng)在農(nóng)村太陽能水箱，城市水源檢測控制等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。第五章 本課題改進與擴展進入21世紀(jì)以后科技發(fā)展的速度步入一個更快更好的階段，隨著科技的飛速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活也在隨著科技的發(fā)展而得到質(zhì)的提升。在當(dāng)今的社會，人們在不斷的創(chuàng)新，在不斷的追求完美。在人們的生活中在不斷的尋求能為人類而工作的替代品，人們的生活在向著快速與智能化的方向發(fā)展。本課題的實驗容是太陽能熱水器的自動送水裝置，此次試驗是一次普通的電子實驗，沒有太多的更好更新的科技元素在里面，但我想隨著科技的日新月異，此送水裝置一定大有發(fā)展前途，并且會隨人們的意愿向著智能化方向發(fā)

46、展。據(jù)了解，在幾家業(yè)績比較突出的太陽能集團生產(chǎn)的太陽能熱水器上安裝的自動送水裝置已具備了初步的智能化需求。本實驗只是一個自動送水裝置，而公司所推出的自動送水裝置成品能完成水箱自動上水、自動控溫等智能化功能?，F(xiàn)在的送水裝置已不是一個單純的自動送水裝置，它已演變成一個集自動上水與自動控溫等智能化功能于一身的電氣系統(tǒng)。在這種裝置系統(tǒng)中變壓與整流系統(tǒng)更加完美，電壓更加穩(wěn)定，不受供電線路電壓不穩(wěn)定的影響。所使用的元器件則更加精良，有更好的抗疲勞強度，增長了系統(tǒng)的使用壽命。這一系列的智能化裝置離不開科技的飛速發(fā)展。相信隨著科技的不斷發(fā)展，自動送水裝置系統(tǒng)以后必將更加人性化與智能化。自動送水裝置的發(fā)展用途是多種多樣的，在不斷的發(fā)展中為解放更多的勞動力人們?nèi)粘Ｉ钪械母鞣N設(shè)施，以與社會生產(chǎn)與生活中各種設(shè)備會不斷的更新，將會更加的智能化，這也就需要大量的各式各樣的送水裝置進如我們的日常生活中。所以說自動送水裝置的發(fā)展必將是多元化，并且發(fā)展會更加迅速。結(jié)論此次畢業(yè)設(shè)計是我們從大學(xué)畢業(yè)生走向工作崗位的重要一步.從最初的選題,直至到完成設(shè)計期間查找資料,經(jīng)過老師的指導(dǎo),與同學(xué)的交流,反復(fù)修改,每一個過程