1、摘要智能化的熱水器一般的用單片機作為控制器，能實現恒溫和水位的自動調節的功能，本設計是以FPGA和單片共同作為控制器件設的智能化熱水器，在減少了一些外圍器件的同時實現了恒溫和水位的自動調節控制，還能實施時間監控，根據不同的月份，不同的日期，不同的時間而自動開啟和關斷熱水器的電源，從而使得熱水使用更加方便，設定后不需要人的干預，同時能節約電能。本設計編程語言使用VHDL 語言和C51，運行環境分別是MAX+plus II 10.0和el uVision3，用Proteus 7 Professional畫系統的電路圖并進行仿真調試，FPGA芯片使用Alter公司的EPF10K10TC144-4，單

2、片機使用STC89C52RC。 關鍵詞： C51、恒溫控制、液位控制、時鐘控制、鍵盤控制、液晶顯示Abstract Water heater intelligent general single-chip microcomputer as the controller, can realize constant temperature and water level automatic adjustment function, the design is based on FPGA and single chip as the controller of the intelligent wat

3、er heater, in reducing the number of peripheral devices at the same time to achieve the control of automatic adjustment of temperature and water level, but also the implementation of time monitoring, according to the different months, different date, different time and automatic opening and closing

4、of the power of water heater, so that the hot water is more convenient to use, does not need to be set after the intervention, and at the same time, energy saving. The design of programming languages are VHDL and C51 respectively, running environment is MAX+plus II 10 and El uVision3, use Proteus ci

5、rcuit 7 Professional painting system and simulation, using FPGA chip of Alter company EPF10K10TC144-4, use STC89C52RC.Keywords：C51, temperature control, level control, clock control, keyboard control, LCD display目 錄第一章 設計內容1第二章 設計方案2第三章 設計原理4第一節 水位采集模塊4第二節 傳感器原理5第三節 溫度采集模塊6第四章 設計器材和電路圖8第一節 器材8第二節 電路

6、圖8結束語11謝 辭12參考文獻13第一章 設計內容太陽能電熱水器控制系統的設計方式很多。本設計采用單片機為中央處理器，液晶顯示模塊，熱電偶溫度采集模塊，水位采集模塊，電加熱模塊，控制模塊。本課題設計的基于單片機的太陽能熱水器在軟件程序的控制下完成溫度和水位的實時顯示功能，并能完成溫度設定等功能，具體實現的功能目標為：顯示水溫和水位，電加熱水溫可任意設定；設置溫度參數后，自動控制電輔助備加熱；為解決普通燃氣熱水器的出水溫度不穩定的問題，根據恒溫熱水器的工作原理，對普通燃氣熱水器提出了一種改進設計，設計出了一種基于單片機控制，并結合儲水箱和傍通閥，充分利用電磁閥和比例閥的熱水器工作系統。經過試驗

7、仿真發現，這種設計可以解決普通熱水器出水溫度不穩定的問題。如果將該設計運用于實際生產，必能更好的滿足消費者需求，提高人們的生活質量。13第二章 設計方案圖2-1 太陽能電熱水器整體結構示意圖系統開始工作開始上水水位傳感器測水位判斷水位是否達到標準Yes判斷水位是否達到標準判斷水位是否達到標準判斷水位是否達到標準判斷水位是否達到標準溫度傳感器測溫判斷溫度是否達到標準Yes系統自動跳轉保溫水位傳感器測水位熱水器使用時加熱NoNo圖2-2太陽能電熱水器工作流程圖第三章 設計原理第一節 水位采集模塊一、設計原理采用筒式電容傳感器采集液位的高度。主要利用其兩電極的覆蓋面積隨被測液體液位的變化而變化，從而

8、引起對應電容量變化的關系進行液位測量。由于從傳感器得出的電壓一般在030mv之間，太小不易測量，所以要通過放大電路進行放大。從放大電路出來的是模擬量，因此送入ADC0809轉換成數字量，ADC0809連接于單片機，把信號送入單片機。顯示電路連接于單片機用于顯示水位的高度。二、系統框圖圖3-1 系統框圖被測物理量：主要是指非電的物理量，在這里為水位。傳感器：將輸入的物理量轉換成相應的電信號輸出，實現非電量到電量的變換。傳感器的精度直接影響到整個系統的性能，所以是系統中一個重要的部件。放大，整形，濾波：傳感器的輸出信號一般不適合直接去轉換數字量，通常要進行放大，濾波等環節的預處理來完成。A/D轉換

9、器：實現將模擬量轉換成數字量，常用的是并行比較型、逐次逼近式、積分式等。在此用到逐次逼近式。單片機：目前的數據采集系統功能和性能日趨完善，因此主控部分一般都采用單片機。第二節 傳感器原理電容式液位傳感器系統；它利用被測體的導電率，通過傳感器測量電路將液位高度變化轉換成相應的電壓脈沖寬度變化，再由單片機進行測量并轉換成相應的液位高度進行顯示，該系統對液位深度具有測量、顯示與設定功能，并具有結構簡單、成本低廉、性能穩定等優點。一、傳感器的組成圖為傳感器部分的結構原理圖。它主要是由細長的不銹鋼管(半徑為R1)、同軸絕緣導線(半徑為R0)以及其被測液體共同構成的金屬圓柱形電容器構成。該傳感器主要利用其

10、兩電極的覆蓋面積隨被測液體液位的變化而變化，從而引起對應電容量變化的關系進行液位測量。圖3-2 傳感器原理圖1、測量原理由圖1可知，當可測量液位H=0時,不銹鋼管與同軸絕緣導線構成的金屬圓柱形電容器之間存在電容C0，根據文獻得到電容量為:（1）式中,C0為電容量，單位為F；0為容器內氣體的等效介電常數，單位為F/m，L為液位最大高度；R1為不銹鋼管半徑；R0為絕緣導線半徑，單位為m。當可測量液位）為H時，不銹鋼管與同軸絕緣電線之間存在電容式中,為容器內氣體的等效介電常數，單位為F/m。因此，當傳感器內液位由零增加到H時，其電容的變化量C可由式(1)和式(2)得由式可知，參數0,R1，R0都是定

11、值。所以電容的變化量C與液位變化量H呈近似線性關系。因為參數0，R1，R0，L都是定值，由式(2)變形可得:CH=a0+b0H(a0和b0為常數)(4)。可見，傳感器的電容量值CH的大小與電容器浸入液體的深度H成線性關系。由此，只要測出電容值便能計算出水位。第三節 溫度采集模塊此電熱水器中采集溫度主要利用集成溫度傳感器AD590，集成溫度傳感器實質上是一種半導體集成電路，它是利用晶體管的b-e結壓降的不飽和值VBE與熱力學溫度T和通過發射極電流I的下述關系實現對溫度的檢測： 式中，K波爾茲常數；q電子電荷絕對值。集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優點，得到廣泛應用

12、。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0時輸出為0，溫度25時輸出2.982V。電流輸出型的靈敏度一般為1A/K。利用AD590 傳感器測量水箱內攝氏度，如圖2所示，電位器R2用于調整零點，R4用于調整運放LF355的增益。調整方法如下：在0時調整R2，使輸出VO=0，然后在100時調整R4使VO=100mV。如此反復調整多次，直至0時，VO=0mV，100時VO=100mV為止。最后在室溫下進行校驗。例如，若室溫為25，那么VO應為25mV。冰水混合物是0環境，沸水為100環境。圖3-3用于測量攝氏溫度的電路要使圖2中的輸出為200m

13、V/，可通過增大反饋電阻（圖中反饋電阻由R3與電位器R4串聯而成）來實現。另外，測量華氏溫度（符號為）時，因華氏溫度等于熱力學溫度減去255.4再乘以9/5，故若要求輸出為1mV/，則調整反饋電阻約為180k，使得溫度為0時，VO=17.8mV；溫度為100時，VO=197.8mV。AD581是高精度集成穩壓器，輸入電壓最大為40V，輸出10V。第四章 設計器材和電路圖第一節 器材一、溫度傳感器被檢測信息傳感器檢測電路輸出單元本方案使用電阻式傳感器，由于檢測電路的種類通常由傳感器類型而定，所以電阻式傳感器需用一個電橋電路把電阻值變換成電壓或電流輸出，由于電橋輸出信號一般比較微弱，常常將電橋輸出

14、信號加以放大，所以在測量電路中一般還帶有放大器。二、銅熱電阻采用銅熱電阻進行溫度的測量，測量范圍一般為50度150度。在此溫度范圍內線性關系好，靈敏度比鉑電阻高，容易提純加工，價格便宜，復現性能好。與鉑相比，銅的電阻率低，所以銅電阻體積較大，且在測溫范圍內化學物理特性穩定。第二節 電路圖一、繼電器通過連接繼電器來控制電輔助加熱是否工作。 繼電器是一種電控制器件。它具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路）之間的互動關系。通常應用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。當輸入量（如電壓、電流、溫度

15、等）達到規定值時，繼電器被所控制的輸出電路導通或斷開。二、電磁繼電器原理電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態的靜觸點稱為

16、“常閉觸點”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。圖4-1 電磁繼電器結構圖 三、液晶顯示模塊1、顯示電路的設計數碼管顯示電路的設計是采用雙向共陽極串行接口電路，用來顯示加熱檔位，直觀性更強。它的電路圖如圖4-2所示：圖4-2 顯示電路控制模塊顯示模塊溫度采集模塊電加熱模塊水位采集模塊圖4-3 控制模塊結構圖結束語本論文通過對太陽能熱水器設計中需要了解的相關名詞及需要掌握的熱水器設計的參數問題的解決方法以及在設計中應注意的問題作出了系統的介紹和總結。通過這次寫關于太陽能熱水器的論文讓我知道了在生活中我們使用太陽能熱水器很方便又經濟又方便使人們生活質量更上一層樓。謝 辭在這次太陽能設計的大作業即太陽能熱水器設計與實踐中我遇到了很多的問題。但我的指導老師在我完成這次作業中給予了我很大的幫助，如我在做太陽能熱水器設計時不知道該怎么進行時，老師給我講解了其設計的精髓和應該注意的問題，幫