【正文】 這樣就能夠保證電磁閥的正常打開，系統(tǒng)穩(wěn)定正常的工作。由于電路所用電壓為 12V 左右，所以選擇了電壓范圍較寬的 CMOS 系列 CD4011，而不選用 74LS00。 將兩個(gè)電容置于脈沖調(diào)制電路中，設(shè)參考電容為固定值 C1，溢出管上的電容為可變電容 C2，當(dāng)水沒有滿時(shí)，即溢出管電容和 C1 的電容值相等，根據(jù)計(jì)算公式可以知道電路輸出電壓為 0；當(dāng)水滿，有水從溢出管流出時(shí)，溢出管上的電容值就會改變，根據(jù)計(jì)算公式可以得出輸出的直流電壓與傳感器兩電容差值成正比，因此，根據(jù)電壓的改變可以 判斷出是否有水溢出，進(jìn)而得到太陽能熱水器上水已滿的結(jié)論。 差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路 差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路也稱為脈沖調(diào)制電路，它是利用對傳感器電容的充放電使電路輸出脈沖的寬度隨電容式傳感器的電容量變化而變化，然后通過低通濾波器就能得到A ～ uo C Cx u ∑ 第 19 頁 共 32 頁 對應(yīng)被測量變化的直流信號。而變壓器式電橋使用元件最少，橋路內(nèi)阻最小，因此目前較多采用。蜂鳴器使用 5V 無源蜂鳴器。 4N26 光電耦合器內(nèi)部是由發(fā)光二極管和一個(gè)光敏三極管構(gòu)成的，當(dāng)發(fā) 光二極管有電流時(shí)，二極管發(fā)光照射到光敏三極管的基極，使光敏三極管導(dǎo)通，從而接通電路。 顯示設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用中，常用的顯示器件就是 LED。彈跳會引起一次按鍵多次讀數(shù)。單片機(jī) AT89C52 有 40 個(gè)引腳，32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 3 個(gè) 16 位可 編程 定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行 通信 口， 2 個(gè)讀寫口線， AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程 ,但不可以在線編程。讀時(shí)隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在 1 微秒之后就得釋放單總線為高電平，以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。 DS18B20 的引腳以及封裝： 圖 DS18B20 封裝 及引腳 如圖 所示 DS18B20 的 1 腳接地， 2 腳接輸入 /輸出引腳， 3 腳為可選擇的 VDD引腳。 我們需要 做的就是 將現(xiàn)有的太陽能熱水器上水控制部分進(jìn)行改進(jìn)，達(dá)到 定時(shí) 上水，水滿自動(dòng)關(guān)閥的目的。至 2021 年，全國有 1000 多家有一定規(guī)模的太陽能熱水器生產(chǎn)企業(yè)，年總產(chǎn)值達(dá) 150 多億元 ，出口創(chuàng)匯 2021 萬美元，全行業(yè)提供約 30 多萬個(gè)就業(yè)機(jī)會，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益。 2021 年全球太陽能熱水器提供的熱量相當(dāng)于 581 億千瓦時(shí)電力（ ），年減排 CO22540 萬噸。系統(tǒng)采用 4N26光電耦合器進(jìn)行光電隔離，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾功能，保證系統(tǒng)安穩(wěn)準(zhǔn)確運(yùn)行。 第 2 頁 共 32 頁 2021 年以來，建設(shè)社會主義新農(nóng)村活動(dòng)的開展，為太陽能熱水器在農(nóng)村地區(qū)的推廣應(yīng)用提供一個(gè)良好的契機(jī)，越來越多的農(nóng)村新村改造項(xiàng)目使用太陽能熱水器為農(nóng)戶提供熱水供應(yīng)，北京等一些地區(qū)還開始使用太陽能熱水器為農(nóng)戶供暖。 太陽能熱水器 ： 不用電、燃?xì)獾饶茉矗?jié)能環(huán)保，安全系數(shù)比其他產(chǎn)品高，加熱后可以全年、全天候使用。 對于水位信號的采集，使用的傳感器有很多種可以選擇，比如電容式傳感器，濕敏電阻傳感器，電阻式傳感器等。 第 6 頁 共 32 頁 9）應(yīng)用范圍包括恒溫控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)類產(chǎn)品、溫度計(jì)或任何熱敏系 統(tǒng)。采用雙電源供電（主電源和備用電源），并且可以設(shè)置備用電源充電方式，提供對后備電源進(jìn)行充電的能力。 鍵盤設(shè)計(jì) 與 顯示電路 鍵盤是最常見的單片機(jī)系統(tǒng)輸入設(shè)備，是由若干個(gè)按鍵組成的開關(guān)矩陣 ，通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)對話。在這種鍵盤結(jié)構(gòu)中，單片機(jī)對它的控制有三種方式：程序控制掃描方式、定時(shí)掃描方式、中斷掃描方式。 LED 顯示有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式。 在選擇電磁的時(shí)候，還得考慮到電磁閥的適用性、可靠性，安全性，經(jīng)濟(jì)性，以及所使用的現(xiàn)場狀況（管道參數(shù)、流體參數(shù)、壓力參數(shù)、電氣參 數(shù)、動(dòng)作方式、特殊要求）。 調(diào)頻電路的靈敏度較高，頻率輸出易于得到數(shù)字輸出而不需用 A/D 轉(zhuǎn)換器；能獲得高電平直流信號，抗干擾能力強(qiáng)，可以發(fā)送、接受實(shí)現(xiàn)遙測遙控。 UE 第 18 頁 共 32 頁 1） 線路簡單，可全部放在探頭內(nèi)，大大縮短了電容引線、減小了分布電容的影響； 2） 電源周期、幅值直接影響靈敏度，要求它們高度穩(wěn)定； 3） 輸出阻抗為 R，而與電容無關(guān)，克服了電容式傳感器高內(nèi)阻的缺點(diǎn)； 4） 適用于具有線性特性的單組式和差動(dòng)式電容式傳感器。 電容 C1和 C2的充電時(shí)間為 ： 11 1 1 1ln rUT R C UU? ? 12 2 2 1ln rUT R C UU? ? 設(shè) R1 =R2=R，則得 12012rCCUUCC?? ? 因此，輸出的直流電壓與傳感器兩電容差值成正比。 在太陽能熱水器的溢出管上 截開一段，將自制的管子插到中間，用膠封好。 5 變換器部分 電路調(diào)試 圖 為 變換器部分 電路圖設(shè)計(jì)，圖中 J1 為 12V 繼電器線圈， J11 是繼電器的一 組常開觸點(diǎn)，這樣就能同時(shí)控制電磁閥和主電源的開閉。 第 30 頁 共 32 頁 參考文獻(xiàn) 1 王仙娟 ,孫平 . 基于單片機(jī)的太陽能熱水器智能儀 [J]. 儀表技術(shù) , 2021,(01) 2 孫漢忠 . 實(shí)用太陽能熱水器貯水箱水位水溫測量變送器 [J]. 傳感器技術(shù) , 2021,(03) 3 方建淳 . 8098 單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù) [M].天津 :天津科學(xué)技術(shù)出版社 , 1990. 4 余永權(quán) ,汪明慧 ,黃英 . 單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [M].北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 , 2021. 5 李恩林 ,陳斌生 . 微機(jī)接口技術(shù) 300 例 [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 , 2021. 6 張震生 . 基于單片機(jī)的測試系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn) [D]. 南京航空航天大學(xué) , 2021 . 7 張道德 ,張錚 ,楊光友 . 水位溫度測量 [J]. 電子測量技術(shù) , 2021,(02) . 8 張進(jìn)明 ,王虹 . 一種單片機(jī)溫度測量儀 [J]. 工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置 , 1999,(02) . 9 徐文武 ,蔡本曉 . 基于電容傳感器的太陽能熱水器水位檢測系統(tǒng) [J].電子與封裝 ,2021,9(7). 10 張榜英 . 基于 AT89S52 單片機(jī)的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].吉首大學(xué)學(xué)報(bào) ,2021,(03). 11 王俊杰 . 基于 89C51 單片 機(jī)的太陽能熱水器智能控制器的設(shè)計(jì) [J]. 鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） ,2021,(08). 12 馬敏 ,孫寅沖 ,張煒宇 . 太陽能熱水器控制器的設(shè)計(jì) [J].科技風(fēng)， 2021. 13 宋文緒 ,楊帆 .傳感器與檢測技術(shù) [M].高等教育出版社， 2021. 14 程德福 ,林君 .智能儀器 [M].機(jī)械工業(yè)出版社， 2021. 15 梅麗鳳 ,王艷秋 ,汪毓鐸 ,張軍 .單片機(jī)原理及接口技術(shù)（修訂版） [M].清華大學(xué)出版社 ,2021,（ 06） . 第 31 頁 共 32 頁 附錄： 整體電路圖 ： 。 K1 接測量電路中 12V 繼電器的另外一組常開觸點(diǎn)， J12 上安裝一個(gè)不帶自鎖的電氣按鈕開關(guān)，此時(shí)與繼電器形成自鎖開關(guān)，當(dāng)按鈕按下之后電路供電，繼電器線圈得電吸合， 電磁閥打開供水，同時(shí) J12 自鎖電路繼續(xù)供電，水滿之后，三極管基極失電，繼電器斷開，電磁閥與電源同時(shí)失電。 第 22 頁 共 32 頁 圖 排阻式水位傳感器水位檢測原理 由排阻式水位傳感器可知，基于設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求， 我們可以制作一個(gè)簡易的上水控制器， 只需要 判斷水滿，電磁閥能夠自動(dòng)關(guān)閉即可，因此研究出了圖 所示的傳感器： 圖 自制電阻式傳感器 如圖 所示，左邊的是制作的傳感器，右邊為自制電極的俯視圖，其是用一段第 23 頁 共 32 頁 10cm 左右 管子的外徑等于太陽能熱水器溢出管內(nèi)徑 的 PVC 管子，在管子中部左右對稱的位置分別開一個(gè) 2mm 直徑的小孔，并按圖所示插入兩根 近似于 小孔直徑的 銅絲，銅絲插入后 不要接觸，盡量保持在同一平面上。但 C C2 不相等時(shí)， C C2 充放電 時(shí) 間常數(shù)就會發(fā)生變化，若C1＞ C2， 則各點(diǎn)電壓波形如圖 （ b）所示 ，輸出 電壓 UAB的平均值不為零。其中二極管 VD1導(dǎo)通 、 VD2截止 ， 電容 C1 被以極其短的時(shí)間充電 ， 其影響可不予考慮，電容 C2 的電壓初始值為 UE。 調(diào)頻電路 將電容式傳感器 接入高頻振蕩器的 LC 諧振回路中，作為回路的一部分，當(dāng)被測量使電容發(fā)生變化時(shí)，就使振蕩頻率產(chǎn)生相應(yīng)變化。 3）先導(dǎo)式電磁閥：當(dāng)線圈通電之后，電磁力將先導(dǎo)孔打開，上腔室的壓力迅速下降，在關(guān)閉件周圍形成上低下高的壓 力差，流體流體壓力推動(dòng)關(guān)閉件向上移動(dòng)，打開閥門；斷電時(shí)，彈簧產(chǎn)生的壓力使得先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過旁通孔迅速使得腔室在關(guān)閥件周圍形成下低上高的壓力差，流體壓力推動(dòng)關(guān)閉件向下移動(dòng)，關(guān)閉閥門。 8 位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)可顯示不同的數(shù)字或字符。 6) 處理同時(shí)按鍵，即同時(shí)有一個(gè)以上的按鍵情況。 Vcc（ 40 腳）和 Vss（ 20 腳）為供電端口， Vcc 接 +5V 電源的正 端。 DS1302 所帶的實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小與 31 天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。 7）通過編程可實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字讀數(shù)方式。在單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)裝置之間加入光電隔離是為了將電信號進(jìn)行隔離， 能有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地 回路的干擾 。但是 需要使用的時(shí)候要提前加熱差不多半個(gè)小時(shí)， 冬季使用預(yù)熱時(shí)間會更長； 而且管道 易結(jié)水垢，對電能消耗 也很 大。 2021 年以來，為了滿足高端用戶的需求和城市景觀的要求，太陽能熱水器產(chǎn)品的升級換代和與建筑結(jié)合成為新的熱點(diǎn)和發(fā)展方向，一些大型企業(yè)與房地產(chǎn)開發(fā)商一起建設(shè)完成了一批太陽能熱水器與建筑結(jié)合項(xiàng)目，太陽能熱水器 與房地產(chǎn)項(xiàng)目同步設(shè)計(jì)、同步施工、同步驗(yàn)收的理念逐步被建筑行業(yè)所接受。具備自動(dòng)上水和手動(dòng)上水的功能，能夠根 水箱內(nèi)實(shí)時(shí)水位 決定是否上水，水滿自動(dòng)關(guān)閥并報(bào)警。中國年均增長率為 25%，澳大利亞和新西蘭為 19%，歐洲為 13%。我國已經(jīng)形成了完整的太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)體系，在過去 10 年高速發(fā)展的基礎(chǔ)上，預(yù)計(jì)未來 10 多年仍保持快速增長的勢頭。 本設(shè)計(jì) 考慮 在溢出管上安裝電阻式水位傳感器來解決水位信號的采集問題， 測量電路以 RS 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為核心 。 2）測溫電路范圍 55～ +125℃ ，最大精度為 ℃ 。若要送出 1 則釋放總線為高電平。 主要性能與特性： 1）兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 2） 8k 可反復(fù)擦寫 （ 大于 1000 次 ） Flash ROM； 3） 32 個(gè)雙向 I/O 口； 4） 256 8bit 內(nèi)部 RAM； 5） 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷； 6）時(shí)鐘頻率 0～ 24MHz； 7） 2 個(gè)串行中斷，可編程 UART 串行通道； 8） 2 個(gè)外部中斷源，共 8 個(gè)中斷源； 9） 2 個(gè)讀寫中斷口線， 3 級加密位； 10）低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能； 11）有 PDIP、 PQFP、 TQFP 及 PLCC 等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。通常在鍵的個(gè)數(shù)較少時(shí)采用硬件措施，即用 RS 觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路來消 除按鍵抖動(dòng)。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，近年來，也開始出現(xiàn)配置簡易形