毕业设计---太阳能热水器自动上水控制系统设计

第一章选题背景

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、环保事业及其她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。

设计的内容和要求

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：

图1-1 水位传感器控制原理图

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。

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

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

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PLC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。

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.

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!、