大学毕业论文-—基于水位传感器的太阳能热水器设计课程.doc

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1、感知层课程设计论文论文题目：基于水位传感器的太阳能热水器设计学院：年级：专业：姓名：学号：指导教师：摘要在太阳能的热利用中，用于产生热水的太阳能热水器应用广泛，它充分利用了环保型能源太阳能，这对于当今资源紧张的时代，具有重要的意义。太阳能热水器己成为中国可再生能源市场上需求量最大、发展最为迅速的产品之一。然而，目前市场上太阳能热水器的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便等问题,很多控制器只具有温度和水位显示功能,且误差较大。主要存在的问题有以下两个方面：(1）不具备温度控制功能。当由于天气或气候原因而光强不足时，太阳能热水器就会温度达不到洗浴要求，给热水器热水器用户带来不便。即使部分

2、太阳能热水器具有辅助加热功能,通常采用的是电加热方式。而传统电加热温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后性和时变性的特点，应用传统的模拟电路控制方法，很难达到理想的控制效果。也可能由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费电能。(2）上水控制通常采用手动控制，水满不容易发觉，造成水资源的浪费。或者有所谓水位控制,是通过设定来实现太阳能热水器水箱里缺水时自动补水、水满时自动停水的功能。现有的控制方案多由水位传感器根据缺水或满水时发出的不同信号控制半导体器件的通断,从而进一步控制继电器、电磁阀的开合状态,来进行补水与否。这种方案容易造成用户在使用过程中水位下降进行补水，出现混水问题。对于家庭用户来说

3、，一天热水的使用量相差不会很大，若使用时随时补水，混水后又需要电辅热进行加。因此针对手动控制等中低端太阳能热水器，我们旨在利用水位传感器开发一种控制更加智能，而且更加经济的太阳能热水器自动上水控制系统。这套系统具有以下优点：可以自定上水时间、外部扩展能力强、使用方便、开发周期短、开发费用低。满足经济性、实用性、科学性的要求。关键词：太阳能热水器；水位传感器；自动上水控制；经济IABSTRACTIn solar thermal utilization, is widely used to produce hot water of solar energy water heater, it mak

4、es full use of the environmentally friendly energy sources - solar, this tense time for todays resources, has the vital significance. The solar water heater has become Chinas renewable energy market demand is one of the largest and most rapid product development. However, most of the solar energy wa

5、ter heater control system on the market at present is single function, complex operation, it is not convenient to control the problem, a lot of controller with functions of temperature and water level show, only and the error is bigger. The main existing problems are the following two aspects: (1) d

6、oes not have temperature control function. When due to weather or climate and light intensity is insufficient, the solar energy water heater will reach bath temperature requirements, to inconvenience water heater water heater users. Even if part of the solar water heater with auxiliary heating funct

7、ion, and is usually used in electric heating mode. And traditional electric heating temperature control heating unipolarity, big inertia, big lag and time-varying characteristics, application of the traditional analog control method, it is difficult to achieve ideal control effect. May also be the r

8、esult of the heating time cannot control burnt, thus wasting electricity. (2) water control usually USES the manual control, water is not easy to find, cause the waste of water resources. Or a so-called water level control, is done by setting the solar water heater tank water when the function of au

9、tomatic filling water, the water is full automatic water supply. Current control scheme is much by water level sensor based on lack of water or with water of different signal control on-off of semiconductor devices, thus further control the opening and closing state of the relay, solenoid valve, or

10、not to water. This scheme is easy to cause the loss of the user in the process of using water filling water, mix water problems. For home users, a day in the use of hot water is not a great difference, if at any time when using filling water, mix water and then need to add complementary heat. So for

11、 manual control and mid-range solar water heater, we aim to use the control of water level sensor to develop a more intelligent, more economic and automatic water control system of the solar water heater. The system has the following advantages: you can set up time, external extension ability strong

12、, easy to use, short development cycle, lower development costs. Meet the requirements of economy, practicality, scientific. Key words: solar energy water heater; Water level sensor; Automatic water control; economic目录摘要I关键字IAbstracti前言4第一章硬件及结构8第一节框图体系及结构8一、太阳能热水器工作原理及总体结构8二、太阳能热水器控制系统框图9第二节各原件的作用及

13、工作原理11一、温度传感器的选型11二、液位传感器的选择12三、显示模块的选择14四、锁存器的选用15第三节 工作电路16第二章系统程序设计19第一节设计思路与流程图19结论22展望23 前言太阳能热水器的发展背景在当今资源紧张不断威胁人们生活的时代，环保型的能源不断受到人们的重视，而太阳能是以它独有的优势引起了各国政府与民众的关注。太阳能热水器即为应用这种环保型能源的一个典型，这对于缓解日益紧张的不可再生能源具有重要的意义。随着人民生活水平的提高以及低碳生活观念的不断深入人心，太阳能热水器已经为大众所接受，并走进了千家万户。可以说，太阳能热水器的快速发展己经使它成为中国可再生能源市场上需求量

14、最大的产品之一。当然,太阳能热水器的快速发展离不开一系列的环境因素。(1)太阳能热水器发展的政治法律环境近年来，随着传统能源供需失衡矛盾的不断升级，包括太阳能、生物能、海洋能、地热能、氢能和风能、核能在内的各种新能源的开发与利用引起了世界各国政府和科研机构的重视。这些新能源相对于传统的能源有一系列的优点：对环境造成污染小、发展潜力大、可永久利用等。我国具有丰富的新能源资源，尤其太阳能资源极为丰富并在太阳能的开发利用上取得了一定的进展。2006年1月1日我国颁布施行中华人民共和国可再生能源法，在这部可再生能源法的第十七条中明文规定：国家鼓励单位和个人安装和使用太阳能热水系统、太阳能供热采暖和制冷

15、系统、太阳能光伏发电系统等太阳能利用系统。建筑节能“十五”计划和2010年规划提出，到2015年，全国家庭太阳能热水器普及率要达到20%到30%。国家发改委出台的推进全国太阳能热利用工作实施方案中指出，我国即将制定太阳能热水器的强制安装政策。在国家节能目标的要求下，江苏、山东、河南、广州、深圳、武汉、云南、北京、河北等地也纷纷出台规定，12层以下建筑要求必须安装太阳能。为了做好太阳能热水系统建筑应用推广工作，海南省、浙江省、上海市等大中城市相继出台新规，要求新建建筑太阳能热水系统建筑应用工程与建筑主体工程须同步规划、设计、施工、验收、交付使用，医院住院部、住宅、公寓、酒店、宾馆、度假村、养老院

16、、福利院及其他需要长期使用热水的建筑。原则上要求屋面布置太阳能热水集热系统的面积不少于屋面建筑面积的50%。“十二五”期间，我国政府提出了多项关于节能减排、发展清洁能源、可再生能源的目标措施，全力发展太阳能等低碳无碳能源，要求到2015年全国家庭太阳能热水器普及率达到20%至30%的目标。为了鼓励太阳热水器的推广应用，相信不久的将来，国家还将出台一些有利于太阳能热水器发展的政策法规。通过这些政策法规将为太阳热水器生产厂家的生产和广大太阳能用户的安装提供了一个健康有利的法律环境，这将推动太阳能热水器市场健康有序地发展。(2)太阳能热水器发展的社会环境当今世界，全球能源告急，气候变暖，环境污染等不

17、断威胁到人类的生存与生活。为了解决这些问题，世界各国都在寻求新的替代型能源，以寻求可持续发展并能在今后的发展中获取有利地位。太阳能取之不尽、用之不竭并且清洁、安全，自然成为大众关注重点。在太阳能产业的发展中，最成熟的莫过于太阳能热水器的热利用转换技术了。随着国际原油、天然气等能源价格的上涨，为太阳能热水器行业的发展提供了前所未有的产业机遇，特别是在全球金融危机的深层次影响持续蔓延的背景下，消费者的生活成本居高不下，使用清洁能源的太阳能热水器将获得更多用户的青睐，我国有近15亿人口，近4亿多家庭，而热水器为家庭必需品，并且不受地域和消费阶层的影响，所以太阳能热水器有广阔的市场前景。(3)太阳能热

18、水器发展的经济环境我国能源资源总量位于世界前列，但由于我国人口基数较大，人均能源资源的占有量还不足世界人均能源资源占有量的一半。近年来我国经济持续增长，对于煤炭、石油等能源需求急剧增加，日益突出的能源供需矛盾已经严重的影响我国经济安全与经济发展。并且由于我国发展状况所决定的能源利用效率较低，我国每增长1万美元GDP的能源消耗大约是美国的4倍、法国的7倍、日本的14倍。这些更加重了我国的资源紧张。另外我国一次能源以煤为主，这和世界其他国家一次能源以石油为主有所不同。在我国，煤在一次能源中所占的比重约为63.6%，高效地利用煤的技术难度是很大的，并且煤在使用过程会给人类的生存环境带来严重的污染。太

19、阳能作为安全清洁的主导能源将受到更加的重视，我国今年两会的三大主题之一是新兴产业投资，其中节能环保和新能源占据了重要地位，受国家节能政策的利好影响所致，“十二五”规划50个亿的补贴政策支持以太阳能为主的新能源。随着中国经济的发展，广大农村及城镇人口逐渐富裕起来，价格适中的太阳能热水器完全可以成为大多数居民的家用耐用品之一。2006年太阳能热水器的销售额近300亿元，为社会提供就业机会近60多万个。尤其在2009年5月，太阳能热水器进入家电下乡产品行列，享受政府补贴13%。所以太阳热水器在未来将有更大的发展空间。(4)太阳能热水器发展的技术环境上世纪70年代末起，我国开始研发与生产太阳能集热器。

20、1979年，第一个全玻璃真空管集热器在我国研发成功。太阳能热水器发展至今，产品类型主要有真空管型、平板型和闷晒型3大类型技术板块。2001年到2006年太阳能热水器产业快速发展。当今真空管型型太阳能热水器约占世界总产量的90%，用于真空管集热器生产的硼硅玻璃3.3年产量约占世界总生产量的70%。其中在30万吨的3.3的玻璃中大约有28万吨用于真空管的生产。我国当前真空管镀膜生产线，年生产能力为2亿支，配套设备齐全，年生产的真空管可装配约2000万平方米太阳能热水器。随着太阳能热水器发展，分体式太阳热水器技术、壁挂式太阳热水器技术、承压式太阳热水器技术、太阳能热泵热水器等新型的太阳能热水器技术不

21、断被推向市场。目前，一种新型真空锯齿式自动跟踪太阳集热器已经获得专利。这些都为太阳能热水器的发展提供了必备的技术环境。太阳能热水器及其控制系统发展现状随着全球能源供应的日趋紧张，以清洁、环保节能著称的太阳能受到各国和各级政府的高度重视。以中国为例，据太阳能协会公布的数据表明，全国太阳能的生产量以每年30%的速度增长，2009年，我国太阳能热水器的生产量占全世界生产量的50%，产品保有量占世界总量的70%。在世界范围内，太阳能热水器技术已很成熟，并已形成行业，正在以优良的性能不断地冲击电热水器市场和燃气热水器市场。许多国家都对太阳能产业给予了高度重视，比如德国就提出了太阳能市场激励计划，以色列更

22、是明文规定，所有新建房屋必须配备太阳能热水器。而西班牙则自2006年9月之后，所有新建建筑和游泳池以及既有建筑必须安装太阳能热水器。目前，中国已经成为世界上最大的太阳能热水器生产国，年产量约为世界各国之和，拥有太阳能热水器研制、生产、销售和安装的企业达到1000余家，年产值20亿元，从业人数1.5万人。太阳能热水器发展迅速，与之形成偏差的是与太阳能热水器相配套的太阳能热水器控制器却一直处在研究与开发阶段。目前市场上太阳能热水器的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便等问题,很多控制器只具有温度和水位显示功能,且误差较大。主要存在的问题有以下两个方面：(1）不具备温度控制功能。当由于天气

23、或气候原因而光强不足时，太阳能热水器就会温度达不到洗浴要求，给热水器热水器用户带来不便。即使部分太阳能热水器具有辅助加热功能,通常采用的是电加热方式。而传统电加热温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后性和时变性的特点，应用传统的模拟电路控制方法，很难达到理想的控制效果。也可能由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费电能。(2）上水控制通常采用手动控制，水满不容易发觉，造成水资源的浪费。或者有所谓水位控制,是通过设定来实现太阳能热水器水箱里缺水时自动补水、水满时自动停水的功能。现有的控制方案多由水位传感器根据缺水或满水时发出的不同信号控制半导体器件的通断,从而进一步控制继电器、电磁阀的开合状态,

24、来进行补水与否。这种方案容易造成用户在使用过程中水位下降进行补水，出现混水问题。对于家庭用户来说，一天热水的使用量相差不会很大，若使用时随时补水，混水后又需要电辅热进行加。因此针对手动控制等中低端太阳能热水器，我们旨在利用水位传感器开发一种控制更加智能，而且更加经济的太阳能热水器自动上水系统。第一章硬件及结构第一节 框图体系及结构一、太阳能热水器工作原理及总体结构太阳能热水器的基本原理主要是利用温室原理将自然界的太阳光能转化为供人类使用的热能，通过把水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。当相对密闭的环境中热对流减小、热辐射损失减少，热量不断聚积，聚集的能量转化为热能，密闭

25、环境的温度逐渐升高这样的一种自然现象称之为温室原理。太阳能热水器是由进行太阳能和热能转化的集热器、用于储存热水的储水箱及其他配套部件组成。把太阳能转换成热能主要依靠集热管，太阳辐射透过玻璃盖板，被集热板吸收后沿肋片和管壁传递到吸热管内的水。集热器正面在阳光照射下温度升高，集热管背阳面没有太阳光辐射温度就会低，而集热器管内水便有了温度差异，由于热水比重较小上浮，冷水比重较大就会下沉，吸热管内的水吸热后温度升高，比重减小而上升，构成一个热虹吸系统，产生向上的力促进水流的运动。随着热水的不断上移并储存在储水箱上部，同时通过下循环管不断补充温度较低的水，如此循环往复，最终整箱水都升高至一定的温度。太阳

26、能热水器系统是由太阳能热水器和太阳能热水器控制系统组成。而太阳热水器由集热器、蓄热水箱、上水连接管道、太阳能集热器支架及其它辅助部件组成。太阳能集热器和蓄热水箱可以分开安装,集热器可以安装在房顶,容易采光的地方,且可以与房屋外形外形相结合。蓄热水箱和控制装置可以安装在室内方便的地方，只需布设相应的管道与线路即可。其组成框图如图1-1所示。图1-1二、太阳能热水器控制系统框图本系统设计的太阳能热水器控制系统将检测到的一系列环境数据，通过主控芯片处理后，可以实现定时控制上水，水满自动停止。智能辅助加热，温度合适即停止加热。还可以让用户手动控制，进行定时等操作，满足用户的特殊要求。通过LED显示屏用

27、户可以了解系统地实时工作状态，即水温多少、水位多高等。使用户在入浴前可以了解热水器的工作状态。通过对太阳能热水器控制系统功能分析可以设计出太阳能热水器控制系统框图，如图2.2所示。下面对具体功能进行说明。（1）上水控制定时上水设置有六个上水时间点,每天在所设定的定时时间自动进行上水操作，水上满自动停止。智能上水当水位低于可容许最低水位时自动上水，水上满自动停止。避免出现无水可用及干烧等情况。手动上水设置有手动上水按键，满足特殊情况的需要。用户可以根据实际需要定量上水。（2）温度显示即时显示水箱中水的温度，温度测量范围为0-100摄氏度。（3）水位显示设置10(满档)、08（80%）、06（60

28、%）、04（40%）、02（20%）、01（10）、00（空）七个档,显示水箱水位。（4）智能辅助加热智能辅助加热，当用户对水温不满意时，开启智能辅助加热，设置三档加热温度，满足个性化需求、用电加热器作为辅助加热源，当温度加热至设定温度时，自动停止加热。（5）水流循环太阳能集热器和太阳能蓄热水箱内分别安装温度传感器，通过两个温度传感器采集水温信号。通过温度检测电路进行信号转换，将温度值转换成电压值。A/D转换可以将输出电压值转换为数字信号，送至控制电路。在控制电路模块将对两者温度进行比较，当两者的温度差值达到预先给定的设定值时，控制器发出启动信号，启动循环水泵一段时间。在循环水泵的作用下热水进

29、入太阳能蓄水箱，冷水进入太阳能集热器。循环一段时间后，循环时间可以预先设定，可由太阳能热水器集热管数量决定，循环泵停止工作，太阳能集热器的水进入加热过程。第二节各原件的作用及工作原理太阳能热水器智能控制系统主要由外围硬件电路和主控芯片组成，根据太阳能热水器控制系统框图可以得到太阳能热水器智能控制系统总体设计框图，如图3.1所示。详细的功能设计将在下面的部分详细介绍。温度检测电路将温度信号转变为对应的电压信号，再通过A/D转换电路将模拟量转化为主控芯片处理用的数字量，主控芯片根据检测到的数据进行温度显示和数据处理，驱动辅助加热装置进行水加热操作。水位检测电路将水位信息转化为数字量，主控芯片根据检

30、测到的数据进行水位显示和数据处理，通过水位控制电路，驱动电磁阀进行自动上水操作。上水循环电路通过主控芯片控制，根据检测到的集热器与蓄水箱中的温差情况进行数据处理，通过上水循环电路，驱动水泵进行自动上水循环操作。显示模块主要是温度，水位，时间显示。按键模块用来进行自动上水时间点的设定，加热温度设定，以及上水量的设定，还设置有手动上水开关，满足特殊需要。一、温度传感器的选型温度传感器可以用来测量小目标，热容量小或温度变化较快的物体。目前的温度传感器种类比较多，常见的温度传感器主要有热电偶、热敏电阻、以及模拟集成温度传感器，逻辑输出型温度传感器。每种传感器有各自的特点与适用的场合。热电偶是由两种不同

31、导体或半导体的组合而成。热电偶的热电势EAB(T，T0)是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势，此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势，此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关，而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。热电偶灵敏度低，而且需要冷端补偿，所以不适合在本系统中应用。铂传感器的电阻值与温度之间的关系接近于线性，只是在接近其范围极限时呈非线性。铂电每摄氏度可以改变几分之一欧姆，测温范围为-260850。但在本方案中，但采用恒流源测温法时，如果电流过大会增大器

32、件自身的发热，引入误差;如果电流过小，A/D转换器难于分辨，需加模拟放大调理电路，增加方案的复杂度，难于达到高精度控温的效果。铂电阻的精确性会增加方案的复杂度，方案难于实现。模拟集成温度传感器是温度测量及模拟信号输出功能的专用集成电路。集成模拟温度传感器与热电偶和铂传感器相比，具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点，而且实际尺寸小、使用方便。常见的模拟温度传感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103电压输出型、AD590电流输出型等。模拟集成温度传感器缺点是测温范围相对比较窄。数字温度传感器是将温度传感器和A/D转换器集成在一个芯片上的集成电路。温度值经转化直接以数字形式输出给

33、微处理器。这种传感器适用于当温度超出了一个设定范围，则发出报警信号的场合。它的优点是外围元件极少，功耗低、监控参数精度高、可靠性高。通常价格相对较高。依据热敏电阻导体的电阻值随温度变化而改变，通过测量其阻值可以推算出被测物体的温度，利用此原理做成的传感器就是电阻温度传感器，这种传感器主要用于-200500温度范围内的温度测量。用金属做成的热敏电阻电阻温度系数要大而且稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系、反应速度快、价格也比较便宜。二极管也属于热敏电阻的一种，它利用半导体材料具有热敏特性，温度升高，大多数的半导体电阻率下降。由于半导体的电阻率对温度特别敏感，利用半导体材料制作的二极管具有热

34、敏特性，可用作温度检测器件，稳定、可靠、取材方便而且非常便宜。本文综合考虑到设计中对于性能，价格，实用性，设计要求等方面，本文选用二极管来作为温度传感器。二、液位传感器的选择常见液位计在液位测量方面，我国己经积累了很多方法和技术。目前，比较成熟的应用于工农业的液位测量方式主要有以下几种：1.差压(压力)式液位计差压液位计利用液体的压强原理，在液体的底部检测液体压强和标准大气的压差。其物理公式为：P = (r液-r气）HgxlO-3 (1.1)式中：P为液体底部压强/(kPa); rs为液体的密度；为液体上方空气的密度；H为液位高度值；g为重力加速度/(m/s2)。随着半导体技术的发展，高精度扩

35、散硅电桥应用于这类液位计，使得这类液位计越来越准确。通常情况下，差压液位计具有精度高、抗过载能力强等优点。但是由于它的密度参数极易受环境(温度、压强等)的影响，因此在使用时，要先根据外界环境适当修正参数。否则，很容易产生虚假液位。2.磁致伸缩式液位计这类液位计主要是通过磁致伸缩原理而设计的。传感器工作时，其电路部分发出一个脉冲电流，电流沿着波导丝传导，强电流在波导丝周围产生磁场。液位计的侧杆外有一个浮球，浮球可以沿着杆子上下滑动。浮球内部有一些永久磁铁。当由波导丝产生的磁场和永久磁铁产生的磁场相遇时，在场力的作用下使得磁性波导丝产生扭转，这时波导丝产生扭转波脉冲。只要知道发射的脉冲电流与接收到

36、的扭转波脉冲的时间差，就可测得实际液位。这种液位计形状和浮子液位计大致相似，但它们的原理截然不同。它的优点是测量准确，对环境的适应能力强。缺点是技术门槛高，价格昂贵，且扭转力矩不能太大。3.超声波液位计、激光液位计这类液位计主要是根据波在遇到不同介质时反射的原理实现的。根据入射波和接收波的时间差以及波在介质中的传播速度，得到波的往返距离。往返距离的一半就是液位计到达液面的距离。只要知道液位计安装的位置与液体底部的直线长度，就可求得液位的深度了。超声波液位计可方便的提供遥测遥感信号，而且安装和维护都比较方便，近年来发展很快。激光液位计由于其光束很宅非常适应与开口很小的容器。其它与波相关的液位计还

37、有雷达液位计、Y射线液位计等，由于它们更加复杂，在应用中相对比较稀少，这里不再介绍。4.电容式液位计电容式液位计是利用电容量的变化来测量容器内介质物位的测量仪器。在容器内由电容液位计的电极和导电材料制造的容器壁构成一个电容。对于一个给定的电极，被测介质的介电常数不变时，给电极加一个固定频率的测量电压，则流过电容的电流取决于电容电极间介质的高度，并与之成比例。电容式液位计比较常见的应用是：测量桶装液体的液位高度。由于在测量的过程中，电介常数必须恒定，因此在测量过程中，被测物质不能变化。5.磁浮子式液位计这种液位计设计相对简单。它是由一系列干簧管等距离组成一个阵列，在每个干簧管之间并上一个等阻值的

38、电阻，安装在金属杆内。金属杆表面光滑，材质为不锈钢。在金属杆中间，是一个浮球，浮球内部有一圈磁环，平时浮球可以无摩擦的在金属杆上上下移动。其结构和磁致伸缩式液位计相当，但测量原理不同。它是利用磁浮子的磁性激励干簧管，使得干簧管触片吸引，从而导通整个电路。而由于不同点的分压不同，各个液位值对应的电压不同，根据所测得的电压，就能得到对应的液位值。这种传感器结构简单、价格便宜，可以输出420mA信号，应用面较广。缺点是测量不连续，存在着两个干簧管之间距离的误差(可精确到0.5cm，lcm，2cm等)。经常使用后，如果磁浮子受淤泥等不能上下移动时，液位计将不能使用。本毕业设计就采用这种思路制作了一款价

39、格低廉，精度为1%的液位传感器。6、干簧管液位传感器干簧管液位传感器是由一系列干簧管等距离分布在PCB板上，在各个干簧管之间放上一些等值电阻，将PCB板做成长条式，放置于一个底端密封的外表光滑的不锈钢钢管（或塑料管）内。钢管（塑料管）外套是一个不锈钢浮球，浮球本身没有磁性，浮球内部放有环形磁铁，浮球的中心位置与水平面一致。当水平面升高或降低时，浮球随着水平面上升或降低，通过浮球内永久磁铁的磁感效应，使得相当液面的干簧管触片闭合或断开。由于电阻值相等，于是产生线性的电压分压，通过电压值即可确定相应的液位值。通过对比我们选择使用干簧管液位传感器。三、显示模块的选择显示模块选用是7段显示LED数码管

40、。通过控制a-g七个条状发光二极管的亮灭来实现0-9的显示。比如，若要显示2，只需要将a、b、d、e、g段点亮就可以了。LED数码管具有工作电压低、体积小、寿命长、可靠性高、相应时间短等优点。在显示数据的场合被广泛采用。共阴极接法和共阳极接法是常见的两种LED数码管类型。共阴极极接法LED数码管的七个发光二极管的阴极都接地，当某个发光二极管的阳极电压为高电平时，二极管即点亮；而共阳极接法LED数码管的七个发光二极管的阳极都接至高电平，当某个二极管的阴极电压为低电平时，二极管即点亮。这样通过控制共阴极接法的数码管的阳极电平和共阳极接法的阴极电平，即可点亮相应的段，显示数字。在本设计中，采用的是共

41、阴极接法的数码管，根据其显示的原理，给出其显示字形与代码对应关系如表3.2。表3.2显示字型与代码对应关系表四、锁存器的选用锁存器是数据存储器件的一种，通常用于匹配处理器与数据输入或输出的速度，保证传输的数据不丢失。本设计的锁存器选用74LS373。74LS373是一种具有三态输出的8D锁存器，它可以通过选通信号选通，实现输出随着输入的改变而改变。OE为三态允许控制端，能够用于控制输出状态，不影响内部的逻辑操作。当OE为低电平时，Q0-Q7输出正常逻辑高电平或者逻辑地电平，可用来驱动总线。当OE为高电平时，Q0-Q7输出呈高阻态，不能用于驱动总线。LE为锁存允许端，当LE为高电平时，Q随数据输

42、入D的变化而改变。当LE为低电平时，Q输出保持不变，保持原来已建立的数据电平。通过主控芯片的控制实现数据的有效传输。第三节 工作电路一、温度测量电路二极管的PN结具有负温度特性，随着温度的升高，二极管的正向压降减小.一般来说,温度每升高一摄氏度,它的正向压降就降低2mV左右。这样就把温度信号转化为电压信号。图3.3所示为利用二极管的温度特性组成的温度测量电路，用0-10V的电压可以表征0-100摄氏度的温度。为了实现0-100度的测温,首先将二极管置于0摄氏度的冰水环境中,调节RP1。使电压指示为0,然后再将二极管置于100摄氏度的环境中,调节RP2使电压表指示为10V,温度每变化1摄氏度,电

43、压变化0.1V。二、A/D转换电路的选择MC14433是美国摩托罗拉公司生产的主要用于数字电压表和数字面板表的一种3位半的A/D变换器，其引脚号、符号与功能表见表3.1。它具有功耗低，输入电阻高、抗共模干扰能力强、转换精度高（相当于二进制11位）、外接元件少等优点，但无转换启停控制电路，一旦上电，将不停的转换，因而在许多情况下使用不太方便。但在本设计中，通过主控芯片控制，可以方便的实现启停控制。三、上水控制电路设计上水控制电路中,电阻器R1安装在进水管路中,当进水管中无水时,R1两端的阻值”变大”；当进水管有水时,R1的电阻值与水的阻值相并联而变小。R1的电阻值需取的大一些，还可以串接一个电位

44、器，以便调节R1的阻值。上水控制电路如图3.5所示。当控制信号高电平到来时并且进水管路中有水，三极管基极为高电平，发射极为低电平，三极管饱和导通，继电器通电吸合，其常开触头接通，使电磁阀通电运行，进行上水。当控制信号为低电平，或者进水管路中无水时，三极管不能导通，继电器和电磁阀停止运行，不进行上水操作。控制信号由主控电路产生。四、LED显示电路选择本设计需要8个LED数码管，两个用来显示水位；两个用来显示温度；4个用来显示时间的时和分，其中时两位，分两位。多个LED数码管的显示方式通常有两种形式：一种是静态显示，一种是动态显示。采用静态显示则需要的连接的I/O引脚较多，设计的硬件电路较复杂。所

45、以对于多位LED显示单元，动态显示是最常被采用的显示方式，动态显示即逐个的点亮各个数码管，这样不仅可以显示更多的字符，还可以简化硬件电路设计。虽然在任意时刻只有一位数码管被点亮，但是只要扫描频率足够快，由于人的眼睛具有视觉残留效应，看起来就会和全部数码管持续点亮的效果完全一样。为了实现LED数码管的动态显示，除了要给数码管提供段码的输入显示数字之外，还要输入线选码控制各个LED数码管分时显示。这个亦可以通过选择电路来实现，但可编程逻辑器件，可以很方便的在内部构建硬件电路，并且可以节约成本。出于这种考虑，本设计进行LED动态显示扫描的设计。五、上水循环电路设计上水循环电路中,电阻器R1安装在集热

46、器与蓄水箱连接的水管中,当水管中无水时,R1两端的阻值变大；当水管中有水时,R1的电阻值与水的阻值相并联而变小。R1的电阻需取得大一些，还可以串接一个电位器，以便调节R1的阻值。当控制信号高电平到来时并且水管路中有水，三极管基极为高电平，发射极为低电平，三极管饱和导通，继电器通电吸合，其常开触头接通，开通水泵，进行水循环。当控制信号为低电平，或者水管中无水时，三极管不能导通，继电器和电磁阀停止运行，不能进行水循环。控制信号由主控电路产生。上水循环电路如图3.7所示。第二章系统程序设计第一节设计思路与流程图 系统程序结构如下图所示主程序入口系统初始化循环温度设定定时上水时间上水状态NNNNY Y

47、 YY温度设定状态定时上水状态上水处理循环状态设定时间设定温度加满NN循环结束定时结束YN设定结束停止加水NYY Y从程序流程图可以看出，本系统上电后先进行系统初始化，然后用户对定时上水时间、温度、循环等初始量进行设置。其工作原理如下：控制器处于上电后，当控制信号无效时，不进行任何操作。然后系统对是否处于上水状态进行判断，若处于上水状态，则控制上水直到水满。若不处于上水状态，则进入下一步判断。然后进行定时上水判断，若处于定时上水状态，则进行上水处理直到水满，若不处在定时上水时间，进行是否设定时间的判断。若设定时间则按步骤设定时间，之后回到初始状态，若不进行设定时间则直接进行下一步。然后进行温度设定的判断，过程同定时上水的设定。再有就是对循环状态的判断，循环控制信号有效时，进入水循环状态，并且定时四分钟，定时时间到回到等待状态。程序采用模块化处理，下面介绍一下主要模块及其功能。使能模块 使能模块用来对数字键进行控制,当定时上水功能键或加热功能键没有按下时,按下任何数字键都是无效的,只有当相应的功能键按下时，控制信号到来时，数字键才能起作用,有效的避免了错误操作。编码模块 编码模块用来对输入的按键进行译码，转化为对应数字的BCD码。数字键值送过来后，进行数据锁存，当需要调用时，再对数值进行读取操作。水位编码模块 水位编码模块用来对输入水位信号转化为BCD码形式，方便显示电路进行显示。