太阳能热水器自动加水设计Word文档格式.docx
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注:
1为水箱2为套管3为滑竿4为浮球5为接触开关6为电磁阀
7为通水孔8为连接支架
二设计器件选材:
1.传感器的选用
根据设计要求,将感受到的水位信号传送到单片机,单片机内的计算机将实测的水位信号与设定信号进行比较,得出偏差,然后根据偏差的性质,向给水电动阀发出"
开"
"
关"
的指令,保证容器达到设定水位。
需对水位进行控制,因此综上选择水位传感器。
2.单片机的选择
由于该设计系统较为简单,应选择价格低廉,比较常见的单片机,因此综上所述单片机型号可以选用AT89C51。
3.电磁阀的分类与选择
电磁阀从原理上分为三大类:
(1)直动式电磁阀:
原理:
通电时,电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起,阀门打开;
断电时,电磁力消失,弹簧把关闭件压在阀座上,阀门关闭。
特点:
在真空、负压、零压时能正常工作,但通径一般不超过25mm。
(2)分布直动式电磁阀:
它是一种直动和先导式相结合的原理,当入口与出口没有压差时,通电后,电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起,阀门打开。
当入口与出口达到启动压差时,通电后,电磁力先导小阀,主阀下腔压力上升,上腔压力下降,从而利用压差把主阀向上推开;
断电时,先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件,向下移动,使阀门关闭。
在零压差或真空、高压时亦能可*动作,但功率较大,要求必须水平安装。
(3)先导式电磁阀:
通电时,电磁力把先导孔打开,上腔室压力迅速下降,在关闭件周围形成上低下高的压差,流体压力推动关闭件向上移动,阀门打开;
断电时,弹簧力把先导孔关闭,入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差,流体压力推动关闭件向下移动,关闭阀门。
流体压力范围上限较高,可任意安装(需定制)但必须满足流体压差条件。
因此综上所述电磁阀可以选用价格低廉的直动式电磁阀。
三设计原理
1.1信号输入原理及框图
根据实验要求本课题的电子电路可大致设计如下图4-1是一种单片机控制水位传感器控制原理图.途中虚线表示允许水位变化上限’下限位置.在正常情况下,应保持水位在虚线范围内.为此,在水内的不同高度处安装不变的三根金属棒A、B、C来感知水位变化情况.其中A棒处于下限水位处,C棒处于上限水位处,而B棒在上下水位之间.A棒接+5V的电源B、C均通过一个电阻与地相连,这种装置就是水位传感器:
、
从而根据水位的变化产生相应的电位信号,由b、c两端输入到单片机中从中实现水位信号的输入。
1.2水位控制原理
1、供水时,单片机控制电磁阀通电,水位不断上升,滑竿在浮球带动下沿套管上升,当滑竿上升到顶位时,则使接触开关失电,让电磁阀关闭水源。
2、当水为处于上下限之间时,此时,单片机控制电磁阀的通断电,无论电磁阀是在带通电供水,水位不断上升,或者电磁阀没有工作水位不断下降,都应维持原有的状态。
3、当水位处于下限位置时,水箱内无水时,需要供水,滑竿落到箱底,滑竿在水箱外的一端与接触开关接触得电使电磁阀导通进水。
如下是一种单片机控制水位传感器控制原理图.途中虚线表示允许水位变化上限下限位置.在正常情况下,应保持水位在虚线范围内,为此,在水箱内的不同高度处安装不变的三根金属棒A、B、C来感知水位变化情况.。
其中A棒处于下限水位处,C棒处于上限水位处,而B棒在上下水位之间.A棒接+5V的电源B、C均通过一个电阻与地相连,这种装置就是水位传感器。
如图4-1所示。
2.单片机控制原理
单片机、水位传感器构成数字量输入的单片机前向通道接口,单片机控制与水位传感器信号关系如表4-2所示。
由电磁阀供水,而单片机控制电磁阀通电,以达到水位的控制目的。
供水时,单片机控制电磁阀通电供水,水位不断上升,滑竿在浮球带动下沿套管上升,当滑竿上升到顶位时,则使接触开关失电,让电磁阀关闭水源,停止供水。
当水位处于上下限时,单片机控制电磁阀保持原有的通断状态,此时无论电磁阀通电供水,水位上升,或者电磁阀断电没有工作,使水位不断下降,都应继续维持原状态。
当水位下限位置时,单片机应控制电磁阀通电,供水。
上下限水位信号由P1.0和P1.1输入,P1.2为控制信号,去控制电磁阀,由P1.3输出报警信号,驱动一支发光二极管进行光报警
P1.0(b)
P1.1(c)
P1.2
P1.3
进行的操作
1
电磁阀开
不变
维持原状态
故障报警
电磁阀关
图3-2P1.0和P1.1两种输入信号的有4种组合状态
在本电路中,检测器为三个不同位置的电极,控制器是负责对从电极输入的电信号进行处理的整个电路,执行器是电磁阀。
0:
电机工作
1:
电机停止
3电磁阀控制
3.1电磁阀控制原理
图3-1原理框图
3.2电磁阀上水工作原理
在太阳能水箱
(1)的箱底上安装带通水孔(7)的套管
(2)内放置其上连接浮球(4)的滑竿(3),滑竿(3)的一端伸出水箱外,在水箱外连接的支架(8),在支架(8)上安装接触开关(5),接触开关(5)于进水管上的电磁阀(6)连接。
当水箱内无水时,滑竿落到箱底,滑竿在水箱外的一端与接触开关接触得电使电磁阀导通进水。
随着水位的上升,滑竿在浮球带动下沿套管上升,当滑竿上升到顶位时,则使接触开关失电,让电磁阀关闭水源。
3-2电磁阀控制原理图
3-3电磁阀控制原理结构图如下3-3所示:
图3-3电磁阀控制原理机构框图
该电磁阀太阳能自动上水装置,其特征在于:
在太阳能水箱
(1)的箱底上安装带通水孔(7)的套管
(2),套管
(2)内放置其上连接的浮球(4)的滑竿(3),滑竿(3)的一端伸出水箱外,在水箱外连接支架(8)上安装接触开关(5),接触开关(5)与进水管上的电磁阀(6)连接。
四.整体结构框图
五.各部分电路图
1.单片机、水位传感器构成数字量输入的单片机前向通道接口,单片机控制与水位传感器信号关系如表1所示
5-1太阳能自动上水原理电路图
注:
其中开光sw1、sw2是用来模拟水位电位信号
该系统设计是基于在单片机嵌入式系统而设计的,充分利用单片机强大控制功能和方便通信接口,该检测控制系统在实验室某实验系统得到成功实践,实现水位检测、自动控制、处理和报警等功能,提高了实验的自动控制能力。
进一步优化系统软硬件设计,可为实时实现远端控制,因此,该系统在农村太阳能水箱,城市水源检测控制等领域有着广阔的应用前景。
在当今的企业中,太阳能自动加水装置的设计与制作给企业带来了极大的经济效益。
因为全面的自动化的确给广大用户带来了极大的方便。
但随着科技的日益发达自动化已不能满足人们日益增长的物质需求,智能化已成为人们追逐的目标。
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学院:
理学院
班级:
物理071
姓名:
李亚锋
学号:
200712020111
日期:
2010.5.30
传感器在日常生活的应用
----太阳能热水器自动加水设计