太阳能热水器自动加水设计.docx
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太阳能热水器自动加水设计
太阳能热水器自动加水设计
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、医疗卫生、环保事业及其他各个领域的应用十分广泛。
传感器技术、控制逻辑电路的设计及门电路芯片的选择是感应自动控制设计的重要环节，系统设计应满足环保、实用及课题要求的总体技术方案。
这种专用感应控制装置的设计可以提升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，对提高生活质量有重要作用。
数字逻辑电路控制器使近十几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。
随着太阳能热水器的推广普及，在没有自来水的地方，如何使用水泵自动启停抽水并保证连续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，如果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，给广大的用户带来方便。
一设计要求：
1、当水位报警器接通电源时，主电路有相应的电源指示灯点亮，指示电源正常。
2、当太阳能热水器水箱缺水，电路能发出光报警，单片机系统控制电磁阀向水箱中送水。
3、当水箱中的水上升到需要的高度时，电路发出光报警，单片机系统控制电磁阀断电，停止向水箱中送水。
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：
原理：
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。
特点：
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：
原理：
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。
特点：
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
0
0
0
1
电磁阀开
1
0
不变
1
维持原状态
0
1
1
0
故障报警
1
1
1
1
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
注：
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
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
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。
企业应在不影响效益的前提下提高产品的工艺性能，满足用户的需求。
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
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