太阳能热水器水位控制系统设计Word文档格式.docx
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本文主要进行时钟电路、电源电路、键盘输入电路、传感器电路、显示电路的设计，以及硬件选择和系统软件设计。
本文在已有的太阳能热水器的技术的基础上，采用单片机对热水器水位控制，通过合理的选择和设计，提高了水位传感器的控制水平，改善了热水器的实际使用功能，从而使太阳能热水器水位控制达到了较为理想的效果。
关键词：
太阳能热水器，水位控制，单片机，传感器
Abstract
Thisarticlemainlydesignedamonolithicintegratedcircuits,thecontrolsystemofthesolarwaterheaters.Ittakethemicrocontrollerintegratedcircuitasthecore,thecoordinate4gradesofwaterslevelresistancesensor,the8255Aexpansionkeyboardandthedemonstrationcomponent,thesolenoidvalve,warning，andotherperipherycomponent,thuscompletestothewaterlevelmeasureanddemonstrate;
thetimedemonstrate;
lackofwaterautomaticallyupstream,thewateroverflowwarn，manualwaterfunctionandsoon.
Thisarticlemainlyforclockcircuit,powersupplycircuits,thekeyboardtoenterthecircuit,sensorcircuit,displayofthecircuitdesign，andhardwareandsystemchoiceofsoftwaredesign.Thisarticleinthegivensolarwaterheaterstechnologyonthebasisofamonolithicintegratedcircuitstocontrolthroughthewaterheaterandreasonableoptionsanddesign,andimprovethecontrolofthesensorandimprovedtheactualusetomakesolarwaterheatersunderthewatercametoadesirableeffect.
Keyword：
Solarwaterheaters，Thewatercontrol，Monolithicintegratedcircuits，Sensors
第一章绪论
1.1课题的目的及意义
太阳能热水器水位控制电路是近年来发展起来的一种新型控制电路，具有功能齐全、控制简单、抗干扰能力强、价格便宜、重量轻、耗电省等优点。
太阳能热水器水位控制中的传感器技术，数字电子技术与自动控制技术在生产过程，科学研究，现实生活应用及其他领域的应用十分广泛。
这种专用感应控制水位装置的设计可以提高专业知识的运用能力，促进科技向生活的转化及环保事业的发展，对于提高生活质量有重要作用。
随着太阳能热水器的推广普及，在自来水供应不充足的地方，如何连续正常供水是一个现实的问题。
由于太阳能热水器的注水箱大多安装在房顶上，是否缺水不易观察，如何使用自动水位控制装置来控制水泵的工作，就能够很好的解决这个问题，从而给广大用户带来很大的方便。
1.2国内外研究综述及发展现状
从上世纪八十年代起，国内外已经对太阳能水位控制进行了广泛的研究。
而太阳热水器水位控制的技术难点在水位传感器。
目前市场上有两种形式的传感器，一种是利用水作介质进行导电的电极传感器，这种传感器的原理是只要把两电极接通就会有相应的信号传给主机，显示水位；
另一种传感器是浮子式，这种传感器的原理就是利用电磁场开关干簧管，输出电信号。
由于电极在水中导电不可避免地要电解电极，故电极式传感器的寿命一般长１－２年，电极加粗后寿命可达３－４年。
山东赛佳公司从事生产研究已多年，在传感器技术的研究上于２０００年３月份终于研制成功谐振及硅压力两大系列水位传感器。
这两个系列传感器由于没有采用导电和浮子式的投入式工作方式，传感器的工作环境大大改善，同时这样也从根本上解决了电极的电解和浮子的结垢问题。
这两大系列传感器试制成功后，该公司并没有急于推向市场，而是为了保证传感器在工艺上尽善尽美，又进行了４０多种方案的试验，而且在外界环境比较特殊的地区如高温、高寒、
多雷等地区进行了小批试验。
历经一年多的的实地观察，事实证明这两大系列的传感器在技术上稳定可靠，在工艺上制作简单，安装维修方便。
这两种传感器的研制成功，突破了太阳热水器水位控制在技术上的瓶颈，必将带来整个行业的一次革命。
进步源于竞争，在我国太阳能拥有广阔的市场，当然也有更大的竞争，各大商家为了使自己的产品在市场上立足并长远发展，不断提高太阳能热水器的性能，其中太阳能热水器控制器以其灵活、贴近客户成为商家竞争的热点。
目前，各大商家纷纷提高太阳能热水器的智能化程度来满足消费者的需求。
许多太阳能热水器的功能有：
开机自检、温控上水、强制上水、水位预置、水质设置、水温指示、低水压上水、水位显示、防高温空晒、缺水报警、自动防溢流、缺水上水、手动上水、故障提示等许多贴近客户需求的功能。
目前太阳能控制器的控制器基本实现数字化，以单片机为控制核心的控制系统占领太阳能热水器的主要市场。
在市场调查中发现，太阳能控制单片机的型号较多，其中应用最多的是51系列和PIC系列单片机。
太阳能热水器控制系统可以实现水位显示、水位控制、温度显示、防冻等多种功能，其中对水位的检测、控制，实现水位显示、自动上水、超限报警是太阳能热水器控制系统的核心。
1.3本文完成的的工作
课题主要以单片机为核心配合传感器、显示器件、电磁阀、报警器等外围器件，采集热水器储水箱中的水位信号并通过控制电动机的运转来控制储水器的水位。
另外，本课题对时钟电路、电源电路、键盘输入电路、传感器电路、显示电路进行了设计，以及硬件选择和软件设计。
从而最终使整个太阳能热水器水位控制系统可以实现水位的检测、控制，水位显示、自动上水、超限报警等功能。
本文主要完成了以下主要工作：
1.学习了时钟电路、键盘电路、显示电路等与设计有关电路的设计方法。
2.熟悉了与设计有关的单片机的结构与功能。
3.掌握了用单片机来控制太阳能热水器水位的基本方法。
4.完成了通过显示电路显示的结果观察太阳能热水器水箱水位，再通过键盘电路控制水位的功能实现。
第二章总体方案设计
2.1系统的设计要求
设计的系统可以实现当前水位高度的显示，以及当水位下降到报警刻度时，系统可通过自动上水使水位保持在一定的水位高度。
而且还可以人工手动控制上水，每次上水的最大水位值也可根据环境需要由人工自由设置。
2.2系统设计方案与比较
方案一：
采用半导体逻辑器件构成的控制器，主要应用定时器构成。
在此控制方案里，定时器和加减计数器共同构成水位显示器。
由于水位的变化具有未知性，在水位检测电路里，这类控制电路过于庞大复杂，操作也不方便，成本也较高。
方案二：
采用可编程逻辑器件。
结果简单的PLC控制成为首选。
由于控制电路简单，检测电路要求也不高，所以必然造成接口资源和内部资源的浪费，显然不够经济。
方案三：
采用单片机为核心控制器的电路。
单片机电路结构简单、成本低廉，可靠性高，便于实现各个控制功能。
水位由设置在水箱内的传感器获得的电信号检测，然后通过单片机处理送达显示电路显示当前水位。
本设计通过显示电路显示来观察水位状态值，再根据观察到的值，通过键盘对太阳能热水器显示电路控制，从而获得需要的合理水位值。
从结构、经济、可操作性等方面来看，方案三都是最佳选择。
方案三以单片机为核心控制器件，结合配合电阻型4档水位传感器、8255A扩展键盘和显示器件、以及电磁阀、报警等外围器件，从而完成对太阳能热水器容器内的水位测量及控制；
设计一种太阳能热水器智能控制系统。
该系统原理框图如下图所示。
其基本框图如图2-1所示。
图2-1太阳能热水器基本框图
用户在使用太阳能热水器时，当水箱中水位下降到一定刻度值时，可通过人工使用按键方法来控制电磁阀立即上水，水位达到的最高刻度也可以由按键设定。
当水位下降到低于刻度线时，单片机接受此信号并开始执行指令，报警电路工作，同时电磁阀打开，水位不断升高，当达到最高水位时便给单片机发出中断请求，此时电磁阀关闭，停止工作。
在上水过程中，显示器LCD既可以显示水箱的水位值又可显示水箱内水的当前温度，不仅直观方便，而且精确度高，实用性强。
此系统解决了热水器上水时需人工守候和过量溢水的问题，达到了省时、环保、节水的目的。
加设的缺水报警系统和液晶显示部分，使整个系统更实用，更趋向数字化、智能化。
第三章水位测量电路硬件设计
水位测量是太阳能热水器控制系统的重要部分，是实现其他功能的基础，此部分性能好坏将关系到整个系统的优良程度，所以设计一个性能良好的水位测量系统是本设计的重点。
3.1水位测量电路
3.1.1方案比较选择
1．排阻分档键盘式水位传感器
在许多资料中都介绍了一种类似键盘电路的分档水位传感器，其原理图如图3-1所示。
图3-1排阻式水位测试电路示意图
它的工作原理类似于键盘的工作原理，用5根不锈钢针分别置于水箱内的四种不同高度的位置，当某个钢针不接触水面时，其输出为高电平；
当其与水面接触时则输出低电平。
它们的输出接至电子开关CD4069，经过CD4069反向并经74LS244驱动后分别接入89C52的P1．0~P1．3引脚。
CPU对这些引脚进行判断后，送去显示相应的水位值。
显示共分4档，每档为满水位的25%。
这种方法简单，易实现，省去了传统的A／D转换器，成本低，虽然不精确但可以满足使用要求。
2．RC充放电式水位传感器测量电路
这种电路资料较少，但我们在市场上购买的太阳能的水位和水温传感器就是基于这种原理，其基本形状如图3-2所示。
图3-2太阳能水位水温传感器外形图
从图3-2中我们可以清楚的地看到传感器外形非常简单，一共只有4个端口，其中一个是防冻接口，没有使用，使用的只有3个端口，在可用的三个端口上分别标有公共、水位、水温标志，由此可知测量水位、水温都只用了一个端口。
观察传感器可知水位传感器有5个与水接触点，我们从上到下依次命名它们为1—5触点。
我们分别测量了触点不同接法时公共和水位两端口之间的电阻，数据如表3-1所示。
由上述测试结果的电阻值得出这样的规律，那就是电阻的并联短接，其原理如图3-3所示。
表3-1输出电阻值表
短接方式
无短接
1、2
1、2、3
1、2、3、4
1、2、3、4、5
输出电阻值（kΩ）
极大
25
12.5
8.6
6.3
图3-3太阳能水位传感器原理
它的工作
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