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1、设计题目：太阳能热水器自动上水控制系统设计系别：信息系专 业：电子信息工程姓名：指导教师:完成时间毕业设计是大学的最后一个重要环节，是人才培养计划的重要组成部分。 通过毕业设计既可以巩固我们在学校学过的理论知识，培养了我们运用所学 知识分析和解决实际问题的综合能力，希望通过最终的毕业设计，能更加巩 固、扩大和强化自己所能学到的理论知识和技能，提高自己毕业设计编写技 术说明书的能力，学会正确使用技术资料，标准手册和工具书。并在设计中 进一步提高自己理论联系实际、严肃、认真的工作作风，为即将走上工作岗 位所从事的技术工作打下一个良好的基础。通过自己在图书馆查阅各方面的 资料我选择了用单片机设计太阳
2、能自动加水控制装置，也得到了指导老师的 认可，于是在明确了设计目的的基础上我认真研究耐心分析，在老师的帮助 之下完成了这份设计，尚有很多不足之处希望老师们批评指正，从而能得到 不断的进步。目录目录3摘要5第一章选题背景61.1 课题的设计背景61.2 设计的内容和要求61.2.1 内容61.2.2 要求71.3 课题设计的意义8第二章设计方案比较2.1 PLC的应用特点92.2单片机的应用特点.92.3单片机与PLC的比较.10第三章设计所用材料及其工作原理83.1.1传感器的介绍及应用103.2.2传感器的应用103.2.3传感器的选用113.3.1单片机的介绍113.3.2单片机的选用12
3、3.4.1电磁阀的分类133.4.2电磁阀的选用143.5 特点15第四章 主电路的设计与工作原理 154.1课题主电路设计 15引言154.1.1 输入164.1.2 控制164.1.3 输出174.1.4结构框图174.2.1工作原理184.2.2电磁阀上水工作原理184.3 结语22第五章本课题改进及扩展22结 论23参考文献23致谢24摘要现在社会，伴随着消费和人们对生活品质要求的提高，太阳能热水器已 经成为家用必备产品。本课题针对太阳能热水器中水箱水位进行检测，在设 定值范围内进行水位调节，本系统，控制可靠、稳定、并能适当的扩展。满 足不同用户对控制目标的要求。水位控制系统在各个领域
4、上都有广泛应用，虽然其结构简单但由于控制 过程具有多变量，大滞后，时变性等特点，且在控制过程中系统会受到各种 不确定因素的影响，难于建立精确的数学模型。虽然自适应、自校正控制理 论可以对缺乏数学模型的被控对象进行识别，但这种递推法复杂，实时性差。传感技术的反映准确、使用优点和数字逻辑电路的优点结合起来，基本 上解决了家庭用品、环保用品在方便性、可靠性、灵活性、准确性、美观、 价格、通用性、性价比方面存在的难题，并使不熟悉电器的人也能够方便的 使用，因此，这项技术很快就迅速发展了起来。而而太阳能自动加水装置就 是根据这项技术来设计的。电磁阀就是用电磁力开启或关闭的阀门。用在气路或液路上。结构和种
5、 类非常多，但是动作原理都基本一样。此装置完成了自动控制的过程控制电路输入一个电信号，电磁阀内就相应产生一个磁信号，这个磁信 号驱动电磁铁产生一个动作，阀门的开闭就产生一个对应。关键字：电路程序自动水位控制第_章选题背景1.1课题的设计背景传感器技术、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
6、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。1.2设计的内容和要求1.2.1内容1、利用电导式传感器的三个电极设计一个太阳能热水器的水位报警器。2、当水位处在高水位与底水位之间时，高水位与底水位的指示灯都处在熄灭的 状态。3、当水位低于低
7、水位时，电源导通，低水位指示灯点亮，微分电路将产生脉冲， 触发音乐集成电路工作。随之扬声器发出报警声，告知主人水箱的水已经空，单片机 系统自动控制流向电磁阀往水箱注水。4、当水位高于高水位时，高水位指示灯导通微分电路将产生脉冲，触发音乐集 成电路，随之扬声器报警，告知主人水箱的水已经注满，单片机系统自动控制控制阀 断电，停止往水箱注水。根据以上的要求，该水位传感器报警器系统电路大致设计为下图1-1 :+5V图i-i水位传感器控制原理图1.2.2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
8、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。图1-2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1.3课题设计的意义单片机用于提升机监控系统中，通过对提升机的运行速度、加速度和控制线路中 的继电器等元器件进行在线检测，以确保提升系统的安全，还可以根据负荷的变化，自 动控制电阻的切除，从而使启动平衡，减少对机械系统的冲击；从而延长太阳能的使用 寿命。鉴于以上种种，本课题主要研究如何对水位如何进行有效监控的方法，以期能够对解决一些生活中水位监测提供一种思路。在现实中人每天进行上下水要花费
9、大量时间，还有可能忘记，而随着社会的进步， 时间的经济化，加水时有会忘记，自动上水每天定时（一般是早晨，根据水压情况用户 可自行设定）给太阳能上水，清晨还可以洗热水澡。而随着人们生活水平的不断提高，节能省时意识的日益加强，本人经多次实践和论证， 积极开发研制出了太阳能热水器全自动定时上水控制系统。本系统能解除人们忘了上水没 有热水用，上水后忘了关水流水不止的烦恼。能实现了节约用水，防止真空管暴裂的目的。太阳能热水器的自动送水装置是目前现实生活中较为实用的生活环保用品，已得到广泛关注。在提高生活质量和环保事业中充分发挥了它的作用。 基于数字控制电路 更能显示出它的优越性与人性化。随着技术的不断进
10、步，有理由相信未来的单片机技 术与数字技术使用会更加普及发展会更加迅速。第二章:设计方案比较2.1 PLC的应用特点PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以 编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算 等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的 原则而设计。1. 可靠性高，抗干扰能力强2. 配套齐全，功能完善，适用性强3. 易学易用，深受工程技术人员欢迎4. 系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造利用P
11、LC实现需深刻了解其梯形图及指令，目前市场较常用。PLC是计算机技术于继 电接触器控制技术相结合的产物。它是满足生产机械和工艺的要求和电气控制系统本身的 制造、使用以及维修的需要。但所设计的东西较为烦琐，有一点的失误检查起来很难。所 以此方法对于本课题不适合。2.2单片机的应用特点单片机是把微型计算机主要部件都集成在一块芯片上，即一块芯片就是一个微型计算 机。因此，单片机具有如下特点。1. 控制能力强单片机集成度 为了满足控制要求，单片机的指令系统中均有极其丰富的条件转移 指令、较强的I/O逻辑操作及位处理功能，因而其控制灵活、方便，容易满足工业控制的 要求。2. 抗干扰能力强，可靠性高单片机
12、集成度高，体积小，内容采用总线结构，减少了芯片内部之间的连线，大大提 高了单片机的可靠性和抗干扰能力，适宜于恶劣环境工作下工作。3. 性价比高单片机功能丰富，而其价格仅为5到30元4. 易扩展片内具有计算机正常运行所必要的部件，片外有许多供扩展用的三总线并行、串行输 入输出管脚，很容易很容易构成各种规模的应用系统。5. 低功耗、低电压一般单片机的功耗仅为20到100mW,电压为2到6V （不同型号的数值完全不一样）， 便于成产便携产品。6. 种类多，型号全。很多单片机厂家逐年扩大适应各种需要，有针对性地推出一系列 型号产品，使系统开发工程师有很大的选择余地。大部分产品有较好的兼容性，保证了已
13、开发产品能顺利移植，较容易地使产品进行升级换代。7. 使用寿命长。这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地 工作十年、二十年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命。AT89C51单片微型计算机为核心并根据频率的特性来构成本方案的基本设计思想，这 是由于单片机具有体积小，重量轻，价格便宜，功耗低，控制功能强以及运算速度快等特 点，且在国民经济建设，军事以及家用电器等各个领域均得到了广泛的应用。而单片机所 具有的这些优点能够使得该设计满足以上要求，即技术新、先进、体积小、精度高、功能 扩展极其方便，且衡量之下它的成本较之其它方案要低些。除此之外单片机的外围电路也 非常的简单，系统紧
14、凑,对于这种小规模的应用系统，单片机具备了最佳的价格和最简单的 电路.而且更容易让更多的人控制使用.2.3单片机与PLC的比较PLC是一种可编程的控制器，相当于一种控制设备，主要用于工业自动化等领域，大 都采用梯形图编程，也可以用组态软件。其特点是非常可靠。所以此方法对于本课题不适 合。单片机体积小，集成度高，成本低，抗干扰能力强，控制能力强。应该说这两者有很大的区别，由于目前它们的应用需求都不少，前景都是不错的。这 是因为单片机的外围电路非常的简单，系统紧凑,对于小规模应用系统，单片机又具备了最 佳的价格和最简单的电路.而且更容易让更多的人控制使用.本设计系统结构简单，价格 低廉，用单片机完
15、全能够实现。AT89C51单片微型计算机为核心并根据频率的特性来构成本方案的基本设计思想，这 是由于单片机具有体积小，重量轻，价格便宜，功耗低，控制功能强以及运算速度快等特 点，且在国民经济建设，军事以及家用电器等各个领域均得到了广泛的应用。而单片机所 具有的这些优点能够使得该设计满足以上要求，即技术新、先进、体积小、精度高、功能 扩展极其方便，且衡量之下它的成本较之其它方案要低些。除此之外单片机的外围电路也 非常的简单，系统紧凑,对于这种小规模的应用系统，单片机具备了最佳的价格和最简单的 电路.而且更容易让更多的人控制使用.因此，我采用单片机结构这种方案,来用于我的设计!、第三章设计所用材料及其工作原理3.1.1传感器的介绍及应用3.1.1传感器的介绍传感器的定义：传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定的归来转换成可用输出信 号的器件或装置。传感器就是利用物理效应、化学效应、生物效应，把被测的物理量、化 学量、生物量等非电量转换成电量的器件或装置。传感器技术对现代化科学技术、现代化农业及工业自动化的发展起到基础和支柱的作 用，在世界各国已成为一种重要产业。可以说没有传感器就没有现代化的科学技术；没有
