太阳能热水器自动加水控制系统设计

第一章选题背景

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、环境保护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，系统设计应满足环境保护、实用及课题规定H勺总体技术方案。这种专用感

应控制装置的设计可以提高专业知识的运用能力，增进科技向生活的转化及环

境保护事业的发展，对提高生活质量有重要作用。数字逻辑电路控制器使近十

儿年来发展起来日勺一种新型控制电路，具有功能齐全、控制简朴、抗干扰能力

强，价格廉价、重量轻、耗电省等长处。

伴随太阳能热水器的推广普及，在没有自来水的地方，怎样使用水泵自动

启停抽水并保证持续供水是一种现实的问题.由于太阳能热水器的注水箱大多

安装在房顶上，与否缺水不易观测，假如使用自动水位控制装置来控制水泵日勺

工作，就可以很好日勺处理这个问题，给广大日勺顾客带来以便。

1.2设计日勺内容和规定

1.2.1内容

1、运用电导式传感器的三个电极设计一种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

灭口勺状态。

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，告知主人水箱的水己

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，告知主人水箱内水已经注满，单片机系统自动

控制控制阀断电，停止往水箱注水。

根据以上的规定，该水位传感器报警器系统电路大体设计为下图1-1：

+5Vh

图1-1水位传感器控制原理图

1.2.2规定

1、当水位报警器接通电源时，主电路有对应口勺电源指示灯点亮，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日勺高度时，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

单片机用于提高机监控系统中，通过对提高机的I运行速度、加速度和控制线

路中日勺继电器等元器件进行在线检测，以保证提高系统的安全，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，减少对机械系统日勺冲击；从而延

长太阳能的使用寿命。

鉴于以上种种，本课题重要研究怎样对水位怎样进行有效监控的）措施，以

期可以对处理某些生活中水位监测提供一种思绪。

在现实中人每天进行上下水要花费大量时间，尚有也许忘掉，而伴骑社会

时进步，时间的经济化，加水时有会忘掉，自动上水每天定期（一般是上午，根

据水压状况顾客可自行设定）给太阳能上水，清晨还可以洗热水澡。

而伴随人们生活水平的不停提高，节能省时意识的日益加强，木人经多次实践和

论证，积极开发研制出了太阳能热水器全自动定期上水控制系统。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。能实现了节省用水，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口勺生活环境保护

用品，已得到广泛关注。在提高生活质量和环境保护事业中充足发挥了它口勺作

用。基于数字控制电路更能显示出它的优越性与人性化。伴随技术n勺不停进步，

有理由相信未来的单片机技术与数字技术使用会愈加普及发展会愈加迅速。

第二章:设计方案比较

2.1PLC日勺应用特点

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计日勺数字运算操作日勺电子装置”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、次序运算、计时、计数和

算术运算等操作日勺指令，并能通过数字式或模拟式欧I输入和输出，控制多种类型日勺机

械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应当按易于与工业控制系统形成一种整

体，易于扩展其功能日勺原则而设计。

1.可靠性高，抗干扰能力强

2.配套齐全，功能完善，合用性强

3.易学易用，深受工程技术人员欢迎

4.系统欧I设计，工作量小，维护以便，轻易改造

运用PLC实现需深刻理解其梯形图及指令，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规定和电气控制系

统自身的制造、使用以及维修日勺需要。但所设计日勺东西较为啰嗦，有一点的失误检查

起来很难。因此此措施对于本课题不适合。

2.2单片机的应用特点

单片机是把微型计算机重要部件都集成在一块芯片上，即一块芯片就是一种微型

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规定，单片机的指令系统中均有极其丰富H勺条件

转移指令、较强H勺I/O逻相操作及位处理功能，因而其控制灵活、以便，轻易满足工

业控制的规定。

2.抗干扰能力强，可靠性高

单片机集成度高，体积小，内容采用总线构造，减少了芯片内部之间的连线，大

大提高了单片机日勺可靠性和抗干扰能力，合适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日勺部件，片外有许多供扩展用时三总线并行、串

行输入输出管脚，很轻易很轻易构成多种规模的应用系统。

5.低功耗、低电压

一般单片机日勺功耗仅为20到100mW,电压为2到6V（不一样型号的数值完全不一

样样），便于成产便携产品。

6.种类多，型号全。诸多单片机厂家逐年扩大适应多种需要，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。大部分产品有很好H勺兼容性，

保证了已开发产品能顺利移植，较轻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，首先指用单片机开发的产品可以稳定可靠

地工作十年、二十年，另首先是指与微处理器相比的长寿命。

AT89C51单片微型计算机为关键并根据频率内特性来构成本方案口勺基本设计思

想，这是由于单片机具有体积小，重量轻，价格廉价，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长处可以使得该设计满足以上规定，即技术新、先进、体

积小、精度高、功能扩展极其以便，且衡量之下它的成本较之其他方案要低些。除此

之外单片机的外围电路也非常口勺简朴,系统紧凑,对于这种小规模的应用系统,单片机

具有了最佳口勺价格和最简朴的电路.并且更轻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，相称于一种控制没备，重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。因此此措施对于本课

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。

应当说这两者有很大的区别，由于目前它们的应用需求都不少，前景都是不错日勺。

这是由于单片机的外围电路非常的简朴,系统紧凑,对于小规模应用系统,单片机又具

有了最佳的I价格和最简朴日勺电路.并且更轻易让更多的人控制使用.本设计系统构造

简朴，价格低廉，用单片机完全可以实现。

AT89C51单片微型计算机为关键并根据频率内特性来构成本方案口勺基本设计思

想，这是由于单片机具有体积小，重量轻，价格廉价，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长处可以使得该设计满足以上规定，印技术新、先进、体

积小、精度高、功能扩展极其以便，且衡量之下它向成本较之其他方案要低些。除此

之外单片机的外围电路也非常口勺简朴,系统紧凑,对于这种小规模的应用系统单片机

具有了最佳口勺价格和最简朴的电路.并且更轻易让更多的人控制使用.

因此,我采用单片机构造这种方案,来用于我的设计！、

第三章设计所用材料及其工作原理

3.1传感器的简介及应用

3.1.1传感器的简介

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

出信号日勺器件或装置。传感器就是运用物理效应、化学效应、生物效应，把被测日勺物

理量、化学量、生物量等非电量转换成电量日勺器件或装置

传感器技术对现代化科学技术、现代化农业及工业自动化日勺发展起到基础和支柱

日勺作用，在世界各国己成为一种重要产业。可以说没有传感器就没有现代化日勺科学技

术;没有传感器也就没有人类现代化日勺生活环境和条件。传感器技术已成为科学技术

和国民经济发展水平日勺标志之一。

3.2.2传感器日勺应用

传感器不仅充当着计算机、机器人、自动化设备口勺“感觉器官”及机电结合的接口，

并且已渗透到军事和人类生命、生活、生产的各个领域，从太空到海洋，从多种复杂

的工程系统到人们平常生活日勺衣食住行，都已经离不开多种各样的传感器。

(1)传感器在机械制造中的应用在石油、化工、电力、钢铁、机械等工业生产

中，需要及时检测多种工艺参数的有关信息，并通过电子计算机或控制器对生产过程

进行自动化控制。

（2）传感器在汽车中时应用在汽车上，温度、压力、流量、湿度、气体、位置、

速度、加速度、转矩等多种各样日勺传感器已经得到了广泛日勺应用。运用传感器检测日勺

信息，实现发动机燃油喷射系统日勺精确控制，一保障汽车安全行驶。

（3）传感潜在智能建筑中的应用采用新材料、新信息机通信技术的智能建筑是

现代楼宇建设的发展趋势。在智能建筑物的各个方面，如信息和通信系统、交通管理、

加热与通风机空气调整、能源管理、个人安全与保障系统、维护管理、机灵日勺居室装

置以及新的智能建筑构造，都要应用多种传感器。

（4）传感器在家电中的应用现代家庭中，家电厨具、空调器、电冰箱、洗衣机、

电热水器、安全报警器、吸尘器、电熨斗、摄影机、音像设备等都用到了传感器。

（5）传感器在安全防备重的应用火灾、盗窃，不停给人类生命和财产安全带来

极大的威胁。安全防备技术在世界各国已经形成产业。防火、防盗，广泛应用了光电。

热电、压电、气体、红外、超声波、微波及图像等传感器。

（6）传感器在机器人中的应用在生产用的单能机器人中，传感器用来检测臂的

位置和角度；在智能机器人中，传感器用作视觉和嗅觉。传感器占机器人成本的二分

之一以上。

（7）传感器在人体医学上的应用在医疗上应用的传感器可以对人体温度、血压、

心脑电波及肿瘤等进行精确地测量与诊断。

（8）传感器在环境保护中的应用为保护环境，研制用以检测大气，水质及噪声

污染的传感器，已为世界各国所重视。

（9）传感器在航空航天种的应用在飞机及火箭等飞行器上，要使用传感器对飞

行速度、加速度、飞行距离及飞行方向、飞行姿态进行检测。

(10)传感器在摇杆技术中的应用在飞机及卫星等飞行器上运用紫外、红外光电

传感器及微波传感器探测气象、地质等；在船舶上运用超声波传感器进行水下探测。

(11)传感器在军事方面日勺应用运用红外探测仪可以探测地形、发现地物及敌方

多种军事目日勺；红外雷达具有搜索、跟踪、测距等功能，可以搜索几十到上千千米内

日勺目的；其她尚有红外制导、红外通信、红外夜视、红外对抗等。再如，用压电陶瓷

制成日勺压电引信称为弹丸起爆装置，具有瞬发度高、安全可靠、不可配置电源等特点,

常用在破甲弹上。

3.2.3传感器的选用

根据该次毕业设计规定，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，保证容器到达设定水位。

需对水位进行控制，因此综上选择水位传感器。

3.3单片机的简介及选择

3.3.1单片机日勺简介

单片微型机简称单片机，尤其合用于控制领域，故又称微控制器。

一般，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包括计算机的基本功能部件：中央

处理器CPU、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要合适H勺软件及外部设备

相结合，便可成为一种单片机控制系统。

单片机是微型机的一种重要分支，它的构造上的最大长处是把CPU、存储器、定

期器和多种输入/输出接口集成在一块超大规模的集成电路芯片上。就其构成和基本

工作原理而言，一块单片机芯片就是一台计算机。

1单片机的构成

单片机日勺关键部分是中央处理器CPU,它是单片机的大脑，由它统一指挥和协调

各部分日勺工作。时钟电路用于给单片机提供工作时间所需有日勺时钟信号。程序存储器

和数据库存储器分别用于寄存单片机工作的顾客软件和存储临时数据。中断系统用于

处理系统工作时出现日勺突发事件。定期/输出接口（I/O接口）是计算机与输入/输出

设备之间的接口。输入/输出设备是计算机或其她设备互换信息的I装置，如显示屏、

键盘和打印机等。

2单片机的I特点

由于单片机是把微型计算机重要部件都集成在一块芯片上，即一块芯片就是一种

微型计算机。因此，单片机具有如下特点。

a控制功能强。为了满足工业控制规定，单片机的指令系统中均有极丰富的I条件

分支转移指令、较强的JI/O逻辑操作及位处理功能，因而其控制灵活、以便，轻易满

足工业控制日勺规定。

b抗干扰能力强，可靠性好。单片机集成度高，体积小，内部采用总线构造，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，合适于恶劣环

境下工作。

C性能价格比高。单片机功能丰富，而其价格仅为5~30元。

D易扩展。片内具有计算机正常运行所必需的部件，片外有许多扩展用的三总线

并行、串行输入输出管脚，很轻易构成多种规模口勺应用系统。

E低功耗、低电压.一般单片机的功耗仅为20~100mW,电压为2~6V（不一样型

号的I数值不完全同样），便于生产便携式产品。

3单片机的应用领域

单片机由于体积小、集成度高、成本低、抗干扰能力和控制能力强等长处，因而

广泛应用于如下日勺各个领域中。例如工业自动化、智能仪器仪表、消费类电子产品、

通信方面、武器装备和终端及外部设备控制等方面都得到广泛的应用。

在以控制为主，以数据为辅的系统中，使用单片机可以获得良好日勺效果。对于工

作速度不高，数据处理量不大，控制过程不很复杂的场所，如家用电器。商用产品等,

可选用四位单片机；对于工业控制、智能仪表等，可选用八位单片机；对于规定很高

日勺实时控制及复杂的I过程控制，如机器人、信号处理等，则最佳选用16位单片机。

4单片机欧I发展趋势

总的I来说，单片机H勺发展趋势是向大容量、高性能化、外围电路内装化等方面发

展。为满足不一样顾客规定，各企业相继推出了能满足不一样需要的产品。

纵观单片机几十年时发展历程，单片机於J此后发展方向将向多功能、高性能、高

速度、低电压、低功耗、低价格、外围电路内装化，以及片内存储器容量增长和Flash

存储器化方向发展。但其位数不一定会继续增长，尽管目前已经有了32位单片机，

但使用的并不多。可以预言，此后的单片机将是功能更强、集成度更高而功耗更低，

以及使用更以便。

3.3.2最小系统的应用

单片机系统日勺扩展是以基本日勺最小系统为基础的，故应首先熟悉最小应用系统的

构造。实际上内部带有4KB程序存储器日勺8051或8751单片机自身就是一种最简朴的

最小系统，许多实际应用系统就是这种成本和体积小的单片机构造'丈现了高性能H勺控

制。对于目前国内较多的内部无程序存储器日勺芯片8031来说，则要用外接程序存储

器的措施才能构成一种最小应用系片内带程序存储器日勺8031,8751自身即可构成一

片最小系统，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，同步/EA接高电平，

ALE,/PSEN信号不用，系统就可以工作。

该系统的特点如下：

⑴系统有大量的I/O线可供顾客使用PO,P1,P2,P3都可以作为I/O口使用。

(2)内部存储器的容量有限，只有128B的RAM和4KB日勺程序存储器。

(3)应用系统的I开发具有特殊性，由于应用系统的P0口，P2口在开发时需要作为数

据，地址总线，故这两个口上日勺硬件调式只能用模拟的措施进行。8051日勺应用软件

必须依托厂家用掩膜技术置入，故一般只合用于可作大批量生产日勺应用系统，

3.3.3单片机的选用

由于该设计系统较为简朴，应选择价格低廉，比较常见的I单片机，因此综上所述

单片机型号可以选用AT89c51。

3.4电磁阀的分类与选择

3.4.1电磁阀日勺分类

1.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25nm1。

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。当入口与出口到达启

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，从而运用

压差把主阀向上推开；断电时，先导阀运用弹簧力或介质压力推进关闭件，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，规定必须水平安装。

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，流体压力推进关闭件向上移动，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I制形成下低上高的压差，流体压力

推进关闭件向下移动，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。

2.电磁阀从阀构造和材料上日勺不一样与原理.上的区别，分为六个分支小类：

直动膜片构造、分步重片构造、先导膜式构造、直动活塞构造、分步直动活塞构

造、先导活塞构造。

电磁阀在选型时的注意事项

-：合用性

管路中的流体必须和选用的电磁阀系列型号中标定的介质一致。

流体的温度必须不不小于选用电磁阀的标定温度。

电磁阀容许液体粘度一般在20CST如下，不小于20CST应注明。

工作压差，管路最高压差在不不小于0.04MPa时应选用如ZS,2W,ZQDF,2CM系列

等直动式和分步直动式；最低工作压差不小于0.04MPa时可选用先导式（压差式）电

磁阀；最高工作压差应不不小于电磁阀的J最大标定压力；一般电磁阀都是单向工作，

因此要注意与否有反压差，如有安装止回阀。

流体清洁度不高时应在电磁阀前安装过滤器，一般电磁阀对介质规定清洁度要

好。

注意流量孔径和接管口径；电磁阀一般只有开关两位控制；条件容许请安装旁路

管，便于维修；有水锤现象时要定制电磁阀日勺开闭时间调整。

注意环境温度对电磁阀日勺影响

电源电流和消耗功率应根据输出容量选用，电源电压一般容许±10%左右，必须

注意交流起动时VA值较高。

二、可靠性

电磁阀分为常闭和常开二种；一般选用常闭型，通电打开，断电关闭；但在启动

时间很长关闭时很短时要选用常开型了。

寿命试验，工厂一般属于型式试验项目，确切地说我国还没有电磁阀的专业原则，

因此选用电磁阀厂家时谨慎。

动作时间很短频率较高时一般选用直动式，大口径选用迅速系列。

三、安全性

一般电磁阀不防水，在条件不容许时请选用防水型，工厂可以定做。

电磁阀日勺最高标定公称压力一定要超过管路内的最高压力，否则使用寿命会缩短

或产生其他意外状况。

有腐蚀性液体的应选用全不锈钢型，强腐蚀性流体宜选用塑料王（SLF）电磁阀。

爆炸性环境必须选用对应的防爆产品。

四、经济性

有诸多电磁阀可以通用，但在能满足以上三点的基础上应选用最经济日勺产品。

电磁阀时选型

电磁阀选型首先应当依次遵照安全性，可靠性，合用性，经济性四大原则，另一

方面是根据六个方面的I现场工况（即管道参数、流体参数、压力参数、电气参数、动

作方式、特殊规定进行选择）。

选型根据：

一、根据管道参数选择电磁阀的：通径规格（即DN）、接口方式

1、按照现场管道内径尺寸或流量规定来确定通径（DN）尺寸。

2、接口方式，一般〉DN50要选择法兰接口，WDN50则可根据顾客需要自由选择。

二、根据流体参数选择电磁阀欧I：材质、温度组

1、腐蚀性流体：宜选用耐腐蚀电磁阀和全不锈钢；食用超净流体：宜选用食品

级不锈钢材质电磁阀。

2、高温流体：要选择采用耐高温的电工材料和密封材料制造的电磁阀，并且要

选择活塞式构造类型的，

3、流体状态：大至有气态，液态或混合状态，尤其是口径不小于DN25订货时一

定要辨别开来。

4、流体粘度：一般在50cSt如下可任意选择，若超过此值，则要选用高粘度电

磁阀。

三、根据压力参数选择电磁阀的：原理和构造品种

1、公称压力：这个参数与其他通用阀门的I含义是同样日勺，是根据管道公称压力

来定。

2、工作压力：假如工作压力低则必须选用直动或分步直动式原理；最低工作压

差在0.04Mpa以上时直动式、分步直动式、先导式均可选用。

四、电气选择：电压规格应尽量优先选用AC220V、DC24较为以便。

五、根据持续工作时间长短来选择：常闭、常开、或可持续通电

2、要是启动日勺时间短或开和关的时间不多时，则选常闭型。

3、不过有些用于安全保护日勺工况，如炉、窑火焰监测，则不能选常开的，应选

可长期通电型。

六、根据环境规定选择辅助功能：防爆、止回、手动、防水雾、水淋、潜水

1、爆炸性环境：必须选用对应防爆等级的I电磁阀（我企业既有：dHBT4、dII

CT5、ExmI/IIT4）°

2、当管内流体有倒流现象时，可选择我企业0K71-N、0K72-N系列带止回功能电

磁阀。

3、当需要对电磁阀进行现场人工操作时，可选择我企业0K71-S、0K72-S系列带

手动功能电磁阀。

4、露天安装或粉尘多场所应选用防水，防尘品种（防护等级在IP54以上）。

5、用于喷泉必须采用潜水型电磁阀（防护等级在IP68以上）。

3.4.2电磁阀的选择

因此综上所述电磁阀可以选用价格低廉日勺直动式电磁阀。

3.5时钟电路

时钟电路:AT89c51内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容是需要外接的.时钟

电路为单片机产生时钟脉冲序列.本次设计选用的晶振频率为6MHZ.时钟电路如下

图所示:

图3-1

3.6特点

太阳能热水器自动上水阀的特点在于：1、全方位克服了多种缺陷，仅需人工开一次水阀就

完毕了上水的所有操作。2、其构造简朴，不易出故障，室内室外均可安装，维修以便，困扰自

动上水阀推广II勺水垢问题迎刃而解。3、并且可以在不损坏装修的状况下为老顾客进行安装。4、

其制导致本比其他自动上水阀低得多，但却到达了最以便实用的I效果-水满自动关水。总之，这

种自动上水阀能到达低成本节水并且使用以便的目口勺。

第四章主电路日勺设计与工作原理

4.1课题主电路设计

引言

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。由于全面的自动化确实给广大顾客带来了极大的以便。但伴随科技

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

逐的目的。企业应在不影响效益的前提下提高产品向工艺性能，满足顾客口勺需

求。

4.1.1输入

根据试验规定本课题的电子电路可大体设计如下图4-1是一种单片机控制

水位传感器控制原理图.途中虚线表达容许水位变化上限'下限位置.在正常状

况下，应保持水位在虚线范围内.为此，在水内的不一样高度处安装不变的三根

金属棒A、B、C来感知水位变化状况.其中A棒处在下限水位处，C棒处在上限水

位处，而B棒在上下水位之间.A棒接+5V的电源B、C均通过一种电阻与地相连，

这种装置就是水位传感器:

+5Vb

图4-1水位传感器控制原理图

从而根据水位的变化产生对应的电位信号，由b、C两端输入到单片机中从中实

现水位信号口勺输入。

4.1.2控制

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。由电磁阀供水，而单片机控制电磁阀通电,

以到达水位的控制目的。供水时，单片机控制耳磁阀通电供水，水位不停上升,

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。当水位处在上下限时，单片机控制电磁阀保持原

有日勺通断状态，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，使水位不停下降，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PL0和Pl.1输入，这2个信号共有4种组合状态:

详细状况如下表4-1所示。

表3-1单片机控制与水位传感器信号关系图

P1.0(b)Pl.l(c)P1.2P1.3进行的操作

0001电磁阀开

10不变1维持原状态

0110故障报警

1111电磁阀关

注：在本电路中，检测器为三个不一样位置的）电极，控制器是负责对从电极输入

H勺电信号进行处理欧I整个电路，执行潜是电磁阀。

0：电机工作

1：电机停止

控制信号由PL2端输出，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。

4.1.3输出

根据理想的试验根据将电位信号由单片机输出来控制继电器日勺常开、常闭

从而实现信号欧I输出。

4.1.4构造框图

根据实际状况与自我总结本课题的构造框图如下图4-2所示:

图4-2本系统的机构框图

4.2工作原理

4.2.1水位控制原理

1、供水时，单片机控制电磁阀通电，水位不停上升，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、当水为处在上下限之间时，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，水位不停上升，或者电磁阀没有工作水位不停下降，都应

维持原有的状态。

3、当水位处在下限位置时，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.途中虚线表达容许水位变

化上限'下限位置.在正常状况下，应保持水位在虚线范围内，为此，在水箱内

欧1不i样高度处安装不变的三根金属棒A、B、C来感知水位变化状况其中A

棒处在下限水位处，C棒处在上限水位处，而B棒在上下水位之间.A棒接+5V日勺

电源B、C均通过一种电阻与地相连，这种装置就是水位传感器。如图3-1所示。

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；原理图如下图4-3所示。

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18

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30

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929

WPSEN5

AT89C51

图4-3太阳能自动上水原理图

注:其中开光SW1、SW2是用来模拟水位电位信号

构造框图如下图所示:

图4-4原理框图

3.2.3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）H勺套管（2）内放置其上连接浮

球（4）H勺滑竿（3）,滑竿（3）H勺一端伸出水箱外，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。伴随水位日勺上升，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。原理图加下图4-4所示:

3

图4-5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

电磁阀控制原理构造图如下4-6所示:

图4-6电磁阀控制原理机构框图

电磁阀驱动电路如下图4-7所示

图4-7电磁阀驱动电路

该电磁阀太阳能自动上水装置，其特性在于：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）内放置其上连接日勺浮球（4）日勺滑竿（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）与进水管上日勺电磁阀（6）连接。

4.3结语

该系统设计是基于在单片机嵌入式系统而设计的，充足运用单片机强大控制功能和以便通信

接口，该检测控制系统在试验室某试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，提高了试验的自动控制能力。深入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，都市水源检测控制等领域有着广阔的应用前景。

第五章本课题改善及扩展

进入二十一世纪后来科技发展口勺速度步入一种更快更好口勺阶段，伴随科技

的飞速发展，人们H勺物质生活也在伴随科技日勺发展而得到质日勺提高。在当今日勺

社会，人们在不停的创新，在不停的追求完美.在人们的生活中在不停的寻求

能为人类而工作日勺替代品，人们日勺生活在向着迅速与智能化日勺方向发展。

本课题的试验内容是太阳能热水器的自动送水装置，本次试验是一次一般

的电子试验，没有太多的更好更新U勺科技元素在里面，但我想伴随科技的日新

月异，此送水装置一定大有发展前途，并且会随人们的意愿向着智能化方向发

展。

据理解，在几家业绩比较突出日勺太阳能集团生产的太阳能热水器上安装日勺

自动送水装置已具有了初步的智能化需求。本试验只是一种自动送水装置，而

企业所推出的自动送水装置成品能完毕水箱自动上水、自动控温等智能化功能。

目前日勺送水装置已不是一种单纯口勺自动送水装置，它已演变成一种集自动上水

与自动控温等智能化功能于一身的电气系统。在这种装置系统中变压及整流系

统愈加完美，电压愈加稳定，不受供电线路电压不稳定的影响。所使用的元器

件则愈加精良，有更好的抗疲劳强度，增长了系统的使用寿命。这一系列日勺智

能化妆置离不开科技的飞速发展。相信伴随科技H勺不停发展，自动送水装置系

统后来必将愈加人性化与智能化。

自动送水装置日勺发展用途是多种多样的，在不停的发展中为解放更多的劳

动力人们平常生活中的多种设施，以及社会生产与生活中多种设备会不停的更

新，将会愈加的智能亿，这也就需要大量的各式各样的送水装置进如我们的平

常生活中。因此说自动送水装置日勺发展必将是多元化，并且发展会愈加迅速。

结论

本次毕业设计是我们从大学毕业生走向工作岗位H勺重要一步.从最初H勺选题,直

至到完毕设计期间查找资料,通过老师日勺指导，与同学的交流,反复修改,每一种过程

都是对自己能力日勺一次检查