【正文】 ................................. 14 交流電橋電路 ........................................................................................................ 15 雙 T 型充放電網(wǎng)絡(luò) ............................................................................................... 16 運算放大器電路 .................................................................................................... 18 差動脈沖調(diào)寬電路 ................................................................................................ 18 電阻式水位傳感器 ................................................................................................... 21 電阻式水位傳感器原理 ........................................................................................ 21 測量電路 ................................................................................................................ 23 方案比較 ................................................................................................................... 24 電磁閥驅(qū)動電路 ....................................................................................................... 25 4 控制器電源設(shè)計 .......................................................................................................... 25 直流電源設(shè)計 ............................................................................................................ 25 第 II 頁 共 Ⅱ 頁 5 變換器部分電路調(diào)試 .................................................................................................. 26 6 軟件設(shè)計流程圖 .......................................................................................................... 28 結(jié)論 .................................................................................................................................. 29 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................... 30 附錄： .............................................................................................................................. 31 第 1 頁 共 32 頁 1 引言 太陽能熱水器 的 國內(nèi)外發(fā)展 現(xiàn)狀 目前，太陽能供暖技術(shù)和供熱水已經(jīng)相對比較成熟，太陽能制冷技術(shù)尚處于研發(fā)階段。該系統(tǒng)能夠測量并顯示實時水溫 、 水箱內(nèi)實時水位。各種產(chǎn)品的地域性分布非常明顯，真空管太陽能熱水器主要分布在我國（占全球總量的 97%），主要用于提供生活洗浴用熱水；無蓋板太陽能熱水器主要分布在美國和澳大利亞（占全球總量的 90%），主要用于游泳池用水的加熱；平板型太陽能熱水器 廣泛地分布在歐洲、亞洲、美洲和大洋洲。 90 年代后期，住宅商品化的發(fā)展以及家庭對熱水需求的大幅度增長，為太陽能熱水器的發(fā)展提供了市場空間，太陽能熱水器的生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，形成了一些有一定知名度的產(chǎn)品和品牌。目前，我國既是世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國，同時也擁有世界上最大的太陽能熱水器市場。 電熱水器 ： 受周圍環(huán)境和氣候影響較小，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)水溫。 目前太陽能熱水器在設(shè)計上面仍然存在著很多的不足，比如，很多老式的太陽能熱水器在上水之后不能自動控制閥門關(guān)閉，要人為的控制上水閥門使自來水管停止上水，因而造成讓水資源白 白的流失，造成了不必要的浪費。 DS1302 的使用是為了防止系統(tǒng)掉電，方便系統(tǒng)時間恢復(fù)，節(jié)省單片機(jī)資源而添加的。 溫度信息采集 本系統(tǒng)所采用的溫度傳感器為 DS18B20，該產(chǎn)品采用美國 DALLAS 公司生產(chǎn)。 6）工作電壓： 3～ 5V/DC。而做為從機(jī)的 DS18B20 則在檢測到總線被拉底后等待 15 微秒然后從 15us 到 45us 開始對總線采樣，在采樣期內(nèi)總線為高電平則為 1，若采樣期內(nèi)總線為低電平則為 0。 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗實時時鐘芯片，附加31 字節(jié)靜態(tài) RAM，采用 SPI 三線接口和單片機(jī)進(jìn)行通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和 RAM 數(shù)據(jù)。 現(xiàn)在市場上的單片機(jī) AT89C52 有 PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同的產(chǎn)品需要。 RST（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。 4）反彈跳 —— 按鍵抖動的消除。 圖 按鍵時的彈跳波形 5）不管一次按鍵持續(xù)的時間多長，僅采樣一個數(shù)據(jù)。 在本設(shè)計中用一個 2 2 的鍵盤就可以滿足系統(tǒng)需要。 LED 顯示塊與單片機(jī)接口非常容易，只要將一個 8 位并行輸出口與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連即可。具有耐用，可靠性高，響應(yīng)時間短的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于信號傳輸電路中。直動式電磁閥可以在真空、負(fù)壓、零壓的時候正常工作，但是通徑一般不超過 25mm。 我們可以利用 單片機(jī)的 一個 輸出端口，根據(jù)所選蜂鳴器的頻率 ，通過軟件定義端口輸出方波 的 占空比和周期來滿足蜂鳴器的驅(qū)動。 控制系統(tǒng)通過檢測電容量的大小變化來判斷溢水管是否有水流出， 具有結(jié)構(gòu)合理、動態(tài)范圍大、分辨率高，無密封防水要求、不受水質(zhì)水垢影響、無使用壽命周期等優(yōu)點。 交流電橋電路 將電容式傳感器接入交流電橋的一個臂 (另一個臂為固定電容 )或兩個相鄰臂，另兩個臂可以是電阻或電容或電感，也可是變壓器的兩個二次線圈。若將二極管理想化，則當(dāng)電源為正半周時，電路等效成典型的一階電路，如圖 (b)。顯然，輸出電壓與電容極板間距成線性關(guān)系，這就從原理上保證了變極距型電容式傳感器的線性。當(dāng) C1=C2的時候， 各點的電壓波 形如圖 （ a） 所示 ，輸出電壓UAB的平均值為零。在太陽能熱水器的溢出管外安裝兩個耐腐蝕的金屬極片，使其形成極板 式電容器，然后在溢出管旁邊另設(shè)置一個參考電容與其相對應(yīng)。 但是 這種水位檢測方案 測量精度 不夠高，所以 我們 要根據(jù)這種方法去積極 研究 和探索 ，進(jìn)而研究出新的水位檢 測方法和控制電路。 R3 與 C1 構(gòu)成一個延遲 1ms， 電平從 0→ 1 變化 的信號輸入，與傳感器 電平 輸入構(gòu)成 RS 雙穩(wěn)態(tài)觸 發(fā)器的兩個輸入 。 4 控制器電源設(shè)計 直流電源設(shè)計 本設(shè)計中所使用的電源是 12V 和 5V 直流電源，因此使用 220VAC 變 12VAC 的第 26 頁 共 32 頁 變壓器和 781 7805 穩(wěn)壓管設(shè)計供電電源電路，如圖 所示： 圖 12V 和 5V 直流輸出 轉(zhuǎn)換 電路 轉(zhuǎn)換電路中 變壓器經(jīng)過由 4 個 IN4007 組成的整流電橋輸出給 7812 進(jìn)行穩(wěn)壓，AB 兩端輸出 12V 直流電壓， C1 和 C2 是兩個 1000uF/25V 的電解電容， 不僅僅可以作為濾波使用，還可以在 電路斷電之后 給 電路持續(xù)一小段時間供電 。然后將傳感器測量電路輸出端接至單片機(jī)的 口，輸出 口接電磁閥驅(qū)動，通過單片機(jī)軟件控制系統(tǒng)的工作。完成一個設(shè)計并不僅僅是追求一個結(jié)果，更多的是在這樣的一個過程中去學(xué)習(xí)怎么設(shè)計，從選題到方案的研究，從方案的研究到?jīng)Q定，從決定方案到具 體電路制作，包含了太多的失敗與成功。設(shè)計中，變換器采用自制的電阻式傳感器，其制作簡單，安裝方便，利用率高。 第 27 頁 共 32 頁 圖 變換器部分電路 變換器部分 整體電路的調(diào)試： 分別對電源電壓輸出電路，傳感器輸出電路，控制電路進(jìn)行調(diào)試 。 方案比較 電容傳感器中調(diào)頻電路的頻 率受溫度和電纜電容影響較大，需采取穩(wěn)頻措施，電第 25 頁 共 32 頁 路較為復(fù)雜，頻率穩(wěn)定度也不可能很高，因此實現(xiàn)比較困難；雙 T 型充放電網(wǎng)絡(luò)中電源周期、幅值直接影響靈敏度，要求它們高度穩(wěn)定，因此相對實際電路制作會比較麻煩；交流電橋電路比較復(fù)雜，能力有限；所以選擇了差動脈沖調(diào)寬電路，但是在電路調(diào)試的時候，電路不能起振，究其原因，所制作的電容傳感器電容值太小，加上LM324N 的最高比較頻率小于 1MHz，如果換用高速比較器，成本就比較大了，所以考慮使用電阻傳感器電路。在 給傳感器接入 12V 電源， A、 B 在沒有水流過時， 電阻為無窮大， 其中 R1 取 R1=22MΩ ， 因此 RAB R1,所以 U1 和 UAB 比較輸出 高電平 ；當(dāng)有水流過管子， A、 B 被水淹沒，其電阻在幾百千歐，相當(dāng)于和 R1 串聯(lián)分壓，由于R1RAB，則 U1 UAB，輸出 低 電平。 電阻式水位傳感器 電阻式水位傳感器原理 目前很多太陽能熱水器中所采用的水位傳感器，一般都是如圖 所示的排阻式水位傳感器。 圖 差動脈沖調(diào)寬電路各點電壓波形 差動脈沖調(diào)寬電路與電橋電路相比，只采用直流電源，無需振蕩器，也就不存在對載波波形純度等的要求。當(dāng)接通電源時，雙穩(wěn)態(tài)觸 發(fā)器的 Q 端 即 A 點為高電平， B 端為低電位。 運算放大器電路 將電容式傳感器接入運算放大器電路中，作為電路反 饋元件而構(gòu)成的測量電路，其最大特點是能夠克服變極距型電容式傳感器的非線性。 交流電橋電路的 特點： 1）高頻交流正弦波供電； 2）電橋輸出調(diào)幅波，要求其電源電壓波動極小，需采用穩(wěn)幅、穩(wěn)頻 等措施； 3）通常處于不平衡工作狀態(tài)，所以傳感器必須工作在平衡位置附近，否則電橋非線性增大，且在要求精度高的場合應(yīng)采用自動平衡電橋； 4）輸出阻抗很高 （ 幾 MΩ 至幾十 MΩ） ，輸出電壓低，必須后接高輸入阻抗、高放大倍數(shù)的處理電路。但調(diào)頻電路的頻率受溫度和電纜電容影響較大，需采取穩(wěn)頻措施，電路較為復(fù)雜，頻