畢業論文-太陽能熱水器自動上水控制系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 已經有了 32 位單片機，但使用的并不多 。可以預言，今后的單片機將是功能更強、集成度更高而功耗更低，以及使用更方便。 最小系統的應用 單片機系統的擴展是以基本的最小系統為基礎的，故應首先熟悉最小應用系統的結構。實際上內部帶有 4KB 程序存儲器的 8051 或 8751 單片機本身就是一個最簡單的最小系統，許多實際應用系統就是這種成本和體積小的單片機結構實現了高性能的控制。對于目前國內較多的內部無程序存儲器的芯片 8031 來說，則要用外接程序存儲器的方法才能構成一個最小應用系片內帶程序存儲器的 8031， 8751 本身即可構成一片最小系統，只要將單片機 接上時鐘電路和復位電路即可，同時 /EA 接高電平， ALE,/PSEN 信號不用，系統就可以工作。 該系統的特點如下： (1)系統有大量的 I/O 線可供用戶使用 P0,P1,P2,P3 都可以作為 I/O 口使用。 (2)內部存儲器的容量有限，只有 128B 的 RAM 和 4KB 的程序存儲器。 (3)應用系統的開發具有特殊性，由于應用系統的 P0 口， P2 口在開發時需要作為數據，地址總線，故這兩個口上的硬件調式只能用模擬的方法進行。 8051 的應用軟件必須依靠廠家用掩膜技術置入，故一般只適用于可作大批量生產的應用系統。 單 片機 的選用 由于該設計系統較為簡單，應選 擇價格低廉，比較常見的單片機，因此綜上所述單片機型號可以選用 AT89C51。 與選擇 電磁閥的分類 ： 直動式電磁閥： 原理：通電時，電磁線圈產生電磁力把關閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧把關閉件壓在閥座上，閥門關閉。 特點：在真空、負壓、零壓時能正常工作，但通徑一般不超過 25mm。 分布直動式電磁閥： 原理：它是一種直動和先導式相結合的原理，當入口與出口沒有壓差時 ，通電后，電磁力直接把先導小閥和主閥關閉件依次向上提起，閥門打開。當入口與出口達到啟動壓差時，通電后，電磁力先導小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開；斷電時，先導閥利用彈簧力或介質壓力推動關閉件，向下移動，使閥門關閉。 特點： 在零壓差或真空、高壓時亦能可 *動作，但功率較大，要求必須水平安裝。 先導式電磁閥： 原理：通電時，電磁力把先導孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關閉件周圍形成上低下高的壓差，流體壓力推動關閉件向上移動，閥門打開；斷電時，彈簧力把先導孔關閉，入口 壓力通過旁通孔迅速腔室在關閥件周圍形成下低上高的壓差，流體壓力推動關閉件向下移動，關閉閥門。 特點： 流體壓力范圍上限較高，可任意安裝（需定制）但必須滿足流體壓差條件。 ，分為六個分支小類： 直動膜片結構、分步重片結構、先導膜式結構、直動活塞結構、分步直動活塞結構、先導活塞結構。 電磁閥在選型時的注意事項 一：適用性 管路中的流體必須和選用的電磁閥系列型號中標定的介質一致。 流體的溫度必須小于選用電磁閥的標定溫度。 電磁閥允許液體 粘度一般在 20CST 以下，大于 20CST 應注明。 工作壓差，管路最高壓差在小于 時應選用如 ZS,2W,ZQDF,ZCM 系列等直動式和分步直動式；最低工作壓差大于 時可選用先導式（壓差式）電磁閥；最高工作壓差應小于電磁閥的最大標定壓力；一般電磁閥都是單向工作，因此要注意是否有反壓差，如有安裝止回閥。 流體清潔度不高時應在電磁閥前安裝過濾器，一般電磁閥對介質要求清潔度要好。 注意流量孔徑和接管口徑；電磁閥一般只有開關兩位控制；條件允許請安裝旁路管，便于維修；有水錘現象時要定制 電磁閥的開閉時間調節。 注意環境溫度對電磁閥的影響 電源電流和消耗功率應根據輸出容量選取，電源電壓一般允許177。 10%左右，必須注意交流起動時 VA 值較高。 二、可靠性 電磁閥分為常閉和常開二種；一般選用常閉型，通電打開，斷電關閉；但在開啟時間很長關閉時很短時要選用常開型了。 壽命試驗，工廠一般屬于型式試驗項目，確切地說我國還沒有電磁閥的專業標準，因此選用電磁閥廠家時慎重。 動作時間很短頻率較高時一般選取直動式，大口徑選用快速系列。 三、安全性 一般電磁閥不防水，在條件不允許時請選 用防水型，工廠可以定做。 電磁閥的最高標定公稱壓力一定要超過管路內的最高壓力，否則使用壽命會 縮短或產生其它意外情況。 有腐蝕性液體的應選用全不銹鋼型，強腐蝕性流體宜選用塑料王（ SLF）電磁閥。 爆炸性環境必須選用相應的防爆產品。 四、經濟性 有很多電磁閥可以通用，但在能滿足以上三點的基礎上應選用最經濟的產品。 電磁閥的選型 電磁閥選型首先應該依次遵循安全性，可靠性，適用性，經濟性四大原則，其次是根據六個方面的現場工況 (即管道參數、流體參數、壓力參數、電氣參數、動作方式、特殊要求進行選 擇 )。 選型依據： 一、根據管道參數選擇電磁閥的：通徑規格 (即 DN)、接口方式 按照現場管道內徑尺寸或流量要求來確定通徑 (DN)尺寸。 接口方式，一般 DN50 要選擇法蘭接口，≤ DN50 則可根據用戶需要自由選擇。 二、根據流體參數選擇電磁閥的：材質、溫度組 腐蝕性流體：宜選用耐腐蝕電磁閥和全不銹鋼；食用超凈流體：宜選用食品級不銹鋼材質電磁閥。 高溫流體：要選擇采用耐高溫的電工材料和密封材料制造的電磁閥，而且要選擇活塞式結構類型的。 流體狀態：大至有氣態，液 態或混合狀態，特別是口徑大于 DN25 訂貨時一定要區分開來。 流體粘度：通常在 50cSt 以下可任意選擇，若超過此值，則要選用高粘度電磁閥。 三、根據壓力參數選擇電磁閥的：原理和結構品種 公稱壓力：這個參數與其它通用閥門的含義是一樣的，是根據管道公稱壓力來定。 工作壓力：如果工作壓力低則必須選用直動或分步直動式原理；最低工作壓差在 以上時直動式、分步直動式、先導式均可選用。 四、電氣選擇：電壓規格應盡量優先選用 AC220V、 DC24 較為方便。 五、根據持續 工作時間長短來選擇：常閉、常開、或可持續通電 要是開啟的時間短或開和關的時間不多時，則選常閉型。 但是有些用于安全保護的工況，如爐、窯火焰監測，則不能選常開的，應選可長期通電型。 六、根據環境要求選擇輔助功能：防爆、止回、手動、防水霧、水淋、潛水 爆炸性環境：必須選用相應防爆等級的電磁閥 (我公司現有： d II BT d II CTEx m I/II T4) 。 當管內流體有倒流現象時，可選擇我公司 OK71N、 OK72N 系列帶止回功能電磁閥。 當需要對電磁 閥進行現場人工操作時，可選擇我公司 OK71S、 OK72S 系列帶手動 功能電磁閥。 露天安裝或粉塵多場合應選用防水，防塵品種 (防護等級在 IP54 以上 )。 用于噴泉必須采用潛水型電磁閥 (防護等級在 IP68 以上 )。 電磁閥的選擇 因此綜上所述電磁閥可以選用價格低廉的直動式電磁閥 。 時鐘電路 時鐘電路 :AT89C51 內部有時鐘電路 ,但石英晶體和微調電容是需要外接的 .時鐘電路為單片機產生時鐘脈沖序列 .本次設計選用的晶振頻率為 6MHZ. 時鐘電路如下圖所示 : 特點 太陽能熱水器自動上水閥的特點在于： 全方位克服了各種缺點，僅需人工開一次水閥就完成了上水的全部操作。 其結構簡單，不易出故障，室內室外均可安裝，維修方便，困擾自動上水閥推廣的水垢問題迎刃而解。 而且可以在不損壞裝修的情況下為老用戶進行安裝。 其制造成本比其它自動上水閥低得多，但卻達到了最方便實用的效果 水滿自動關水。總之，這種自動上水閥能達到低成本節水而且使用方便的目的。 第 四 章 主電路的設計與工作原理 課題主電路設計 引言 在當今的企業中，太陽能 自動加水裝置的設計與制作 給企業帶來了極 大的經濟效益。因為全面的自動化的確給廣大用戶帶來了極大的方便。但隨著科技的日益發達自動化已不能滿足人們日益增長的物質需求，智能化已成為人們追逐的目標。企業應在不影響效益的前提下提高產品的工藝性能，滿足用戶的需求。 輸入 根據實驗要求本課題的電子電路可大致設計如下 圖 41 是一種單片機控制水位傳感器控制原理圖 .途中虛線表示允許水位變化上限 ’ 下限位置 .在正常情況下 ,應保持水位在虛線范圍內 .為此 ,在水內的不同高度處安裝不變的三根金屬棒 A、 B、 C 來感知水位變化情況 .其中 A 棒處于下限水位處 ,C 棒處于上限水 位處 ,而 B 棒在上下水位之間 .A 棒接 +5V 的電源 B、 C 均通過一個電阻與地相連 ,這種裝置就是水位傳感器 ： 圖 41 水位傳感器控制原理圖 從而根據水位的變化產生相應的電位信號，由 b、 c 兩端輸入到單片機中從中實現水位信號的輸入 。 控制 單片機、水位傳感器構成數字量輸入的單片機前向通道接口，單片機控制與水位 傳感器信號關系如表 1 所示。由電磁閥供水，而單片機控制電磁閥通電，以達到水位的控制目的。供水時，單片機控制電磁閥通電供水，水位不斷上升，滑竿在浮球帶動下沿套管上升，當滑竿上升到頂位時，則使接觸開 關失電，讓電磁閥關閉水源，停止供水。當水位處于上下限時，單片機控制電磁閥保持原有的通斷狀態，此時無論電磁閥通電供水，水位上升，或者電磁閥斷電沒有工作，使水位不斷下降，都應繼續維持原狀態。當水位下限位置時，單片機應控制電磁閥通電，供水。 上下限水位信號由 和 輸入，這 2 個信號共有 4 種組合狀態： 具體情況如下表 41 所示。 表 31 單片機控制與水位傳感器信號關系圖 (b) (c) 進行的操作 0 0 0 1 電磁閥開 1 0 不變 1 維持原狀態 0 1 1 0 故障報警 1 1 1 1 電磁閥關 注：在本電路中，檢測器為三個不同位置的電極，控制器是負責對從電極輸入的電信號進行處理的整個電路，執行器是電磁閥。 0：電機工作 1：電機停止 控制信號由 端輸出，去控制電磁閥。 由 輸出報警信號，驅動一支發光二極管進行光報警。 輸出 根據理想的實驗依據將電位信號由單片機輸出來控制繼電器的常開、常閉從而實現信號的輸出。 結構框圖 根據實際情況與自我總結本課題的結構框圖如下圖 42 所示： 圖 42 本系統的機構框圖