太阳能自动水位控制系统设计 传感器与检测技术 课程设计论文

1、 传感器与检测技术 课程设计（论文）题目： 太阳能自动水位控制系统设计 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：测控技术与仪器学 号 学生姓名 专业班级 课程设计（论 文）题 目 太阳能自动水位控制系统设计课程设计（论文）任务设计一个太阳能水位自动控制系统，当水位过低时，通过控制电池阀进行自动上水，当上满水时自动关闭。传感器可采用压力传感器等。设计信号转换电路、放大滤波等电路，最后将水位（压力）信号转化为电压信号输出；设计控制电路，控制开关可采用继电器等。控制输出可采用窗口比较电路。根据测量的压力，输出不同的电压；电路板焊接后，在实验室测定（可不用标定）。（1）技术要求:环境

2、温度：-20+60°C；测量范围：0100cm；测量精度：0.5级；输出信号：15V电压。传感器（敏感元件）：自选（2）说明书要求:1、 格式规范，符合学校要求；2、 说明书中应有液位测量方法比较与方案论证，液位测量原理（公式）及具体的实现方案、电路器件型号、参数，误差说明等；硬件电路应用protel绘制。指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩：成绩： 指导教师签字： 年 月 日目 录第1章 课程设计的方案41.1 太阳能热水器概述4第2章 总体方案设计4第3章 太阳能热水器自动水位控制设计过程63.1 太阳能热水器自动水位控制设计63.2太阳能自动水位控制系统元器件参数的确定：

3、8第4章 元器件清单8第5章 设计总结9参考文献10第1章 课程设计的方案1.1 太阳能热水器概述太阳能热水器作为三大热水器之一，因其无污染、使用方便、长期投入成本低等特点，而越来越受到人们的青睐，但与之配套的控制器却还一直处于研究和开发阶段，为解决水温水位的自动控制问题，提出了以西门子LOGO!为控制核心。结合水温水位传感变送技术。设计了具有水温水位控制的太阳能热水器自动控制系统，该自动控制系统不仅可全天候不间断提供热水，而且具有防止空烧和高低水温水位报警功能;实践证明，该热水器可提供099的水温自动调节和20100水位自动控制功能，能满足家庭和工业环境的实际应用。太阳热水器是利用太阳的能量

4、将水从低温度加热到高温度的装置，是一种热能产品。太阳热水器是由全玻璃真空集热管、储水箱、支架及相关附件组成，把太阳能转换成热能主要依靠玻璃真空集热管。集热管受阳光照射面温度高，集热管背阳面温度低，而管内水便产生温差反应，利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水第2章 总体方案设计方案一 用应变式压力传感器构成压力开关，通过传感器测得某一高度的水位对应的压力值再径过压力开关比较测量值与设定值的大小，将电压信号转换成电压信号来控制太阳能热水器是上水还是停水。 其工作过程如框图：水位压力传感器I/V转换电路控制阀 图 2.1 框图用应变式压力传感器，即电接点压力表，（在弹簧管式压力表

5、上附加电接点而构成的传感器），它两个电接点分别由指针上所附有的接触器和高低值限定器构成。上下限的压力值可以调整，当指针到达报警上限压力时，上限电接点动作，从而使相应的控制电路起作用发出报警信号。下限的工作原理同上限一样。 方案二 太阳能热水器的水位与压力信号有线性关系，因此压力信号能间接反映水位，可用SP30C压力传感器将水位的高度转变成压力信号后的信号转变成电压信号进行输出，再经过滤波电路滤除干扰，经放大电路将信号放大并输出某时刻水位所反应的电压。再经窗口比较器将某时刻反映的电压值与设定值进行比较，最终实现对继电器的控制，即实现对太阳能热水器的上水或停水。其工作过程如框图:水位压力传感器滤波

6、放大电路窗口比较器驱动电路继电器控制开关 图 2.2 框图方案一中电接点的通断由压力表指针带动，所以开闭动作缓慢。如果接点上的电流过大或是有感性负载的直流，就会在断开的瞬间产生火花或损坏接点，即使压力开关上的电接点常有加速动作的弹簧元件，使其开闭迅速而彻底。但这往往会加大切换差。方案二的控制精度高，控制系统稳定，传感器SP30C的价格比较便宜，使用温度范围符合要求。经过对比，选用方案二来实现太阳能热水器的自动水位控制。第3章 太阳能热水器自动水位控制设计过程3.1 太阳能热水器自动水位控制设计 太阳能热水器自动水位控制系统采用SP30C系列压力传感器应用电路 ，SP30C系列压力传感器的额定压

7、力，对于501为正负0.5kgf/cm2(1kgf/cm2=100kPA),对于102为正负1.0 kgf/cm2；使用温度范围为-20到+80摄氏度，满标度电压为60到140毫伏；失调电压为0到正负20毫伏；桥电阻温度范围为5千欧姆加减1千欧姆，驱动电流为1毫安，电路中的A1构成的恒流源电路，调节RP2为SP30C传感器提供1MV的驱动电流。由于SP30C无调零电路，因此，采用A2构成调零电路，调节RP1使输入为0时输出也为0.A3,A4,A5构成仪用放大器对SP30C的输出信号进行放大。使最终的输出电压为1到5伏。将放大电路的输出的信号送到窗口比较器Ui端，它由两个电压比较器和一个与非门构

8、成。电源E和稳压管VS及电阻R1,R2和RP构成基准电压电路。下限比较器的反相输入端的基准电压为Ur2=E-UZ,上限比较器的基准电压为UR1=UZ*RP/(R1+RP)+UR2=K*UZ+UR2 当ui< UR2时, U01=1, U02=0, 则U0=1 当UR2<ui<UR1时，U01=1, U02=1，则U0=0 当ui>UR1时，U01=0，U02=1，则U0=1 窗口的位置由UR2，UR1的值确定，当U0=1，控制开关打开，进行放水，当检测的电压使窗口比较器的输出电压U0=0，则就将控制开关关闭。01UR2UR1U0Ui图3.1.2窗口比较器传输特性太阳能热

9、水器自动水位控制系统整体电路图如图3.1图3.1.1太阳能热水器整体电路图 3.2太阳能自动水位控制系统元器件参数的确定：驱动电路的参数：驱动电路由放大器A1输出为1mA, 稳压管的基准电压UZ为6V，电阻R2阻值为3.3k所以驱动电流 I=UZ/（R2+RP2）=1mA，即RP2的阻值范围为05 k，当RP2取2.7 k时，驱动电流为1mA。调零电路的参数：由于失调电压为20mv，需要通过调零电路进行调零，消除失调电压。U0=(1+R11/R10)*RP11/(R2+RP1) U0=20 mv, RP1 的阻值取010v，所以调整变阻器RP1的位置使输出为0。放大电路的参数：由于传感器的满标

10、度电压为60140mv，取传感器的输出电压为100mv，要使放大后的电路输出15v的电压，则U0=1+（R8/RP31）*Ui*1+(R11/R10)- 1+（R8/RP32）*Ui*(R11/R10)通过调整RP3的值使放大电路的输出为15v。窗口比较电路的参数：UR1=UZ*RP/(R1+RP)+UR2=K*UZ+UR2 取E=6v，要想满足设计要求则UR2取1v，UR1取5v，通过调整变阻器RP4的阻值确定UR2=1v，UR1=5v，UZ=5v。R13,R14的阻值取1 k，RP4取05 k.第4章 元器件清单太阳能水位自动控制系统的元器件清单如下：值 数目 型号电阻R1 2.2 k 1

11、 电阻R2 3.3 k 2 电阻R3 5+/-1 k 4电阻R7 10 k5 电阻R13 1 k2变电阻器RP1 10 k1变电阻器RP2 5 k 1变电阻器RP3100 1变电阻器RP4 5 k 1稳压管1 5v 1稳压管2 6v 1比较器 2继电器 1稳压电源 15v 1放大器 4uPC4572放大器 1Upc151C传感器 1SP30C电容 1uf 2第5章 设计总结这学期的传感器课设我努力地完成！通过上网或去图书馆查资料，找到的太阳能自动水位控制系统的一些相关的资料，虽然在开始做课设的时候，我遇到了很大的阻力，不能充分理解相关资料，经过向同学请教，我一点一点的明白自动水位控制系统的工作原理，并且在同学的帮助下，我顺利的完成了参数计算。课设的过程是艰辛的，但是收获是巨大的。，我再一次的加深巩固了对已有的知识的巩固，这次课程设计的确在某些方面存有一定难度，这对我来讲都是一种锻炼，培养了我动脑动手的能力以及自学、查阅搜集资料的能力；再有，计算操作工程中，我们曾经面临过失败、品味过茫然，但是最终我们还是坚持下来了，这就是我们意志、耐力和新年上的胜利，在今后的日子里，它必将成为我们的宝贵财富。参考文献1 陈大钦.电子技术实验基础M.北京：高等教育出版