1、毕业设计文献综述 电子信息工程 太阳能热水器水位控制电路设计 前言 随着现代科技的发展，人们对于能源的利用率越来越高，太阳能就是其中最无偿且最环保的一种，怎么样合理、高效、最大范围地利用太阳能已经成为21 世纪最炙手可热的研究之一。太阳能热水器是其中应用范围最广的一种途径，但随着太阳能热水器的迅速推广，太阳能热水器环保、省电、安全等优势深受消费者喜爱，广大消费者对太阳能热水器特别是太阳能热水器控制系统的要求也越来越高了，很多国内外太阳能热水器商家为了使自己的产品能在市场上有一席之地，在不断提高太阳能 热水器性能的同时，也不断加大力度满足消费者对于太阳能使用方便的要求，于是太阳能热水器的智能化程
2、度也一年比一年高。但是大部分太阳能热水器还是存在着使用不便和小毛病多等问题，归根到底还是技术水平低同时厂家为了以低成本创造高效益的目的下造成的 1。 太阳能热水器的水位监测太阳能热水器整个系统的核心装置，水位控制系统的核心部位是水位传感器。 水位传感器作为太阳能热水器电子控制系统中的感觉器官，承载系统的信息源，在太阳能热水器的多功能化和智能化方面具有举足轻重的地位 2。 水位传感器在太阳能热水器的应用中由于受到 恶劣使用环境的影响，一直很难保证长期可靠地运行， 在自身质量方面都饱受诟病。一直以来 很多厂家 虽然也研制了 多种 水位测量 的传感器， 但基本都是治标不治本。在国内，传感器技术水平的
3、低下 ，已成为影响太阳能热水器行业发展的最大 的挑战 3。对此我们认为，只有准确找到 问题所在， 进行仔细 分析， 认真总结 ，做到有的放矢， 同时利用适合的水位 传感器技术，才能达 解决各种疑难杂症 ，制造出 符合现代人需求的太阳能热水器 4。 主题 太阳能热水器 作为普及率很高的民用 产品， 再 考虑到电子控制系统的制造 的成本， 一直以来那些 价格 相对 低廉 、 制作 相对 简 单的电极式 水位 传感器 长期 被 众多热水器 生产厂家所采用， 但这些传感器技术水平，且大都 存在着 许多 大致命的、无法 改善 的 短板 5。 本设计跟随科技应用前沿，根据他人的论文资料及市场现有太阳能热水
4、器产品模型，再加上自己的创意，设计出了一套更适用于的太阳能热水器水位控制系统。本套太阳能热水器的水位控制系统本身智能化程度高 6，并且对成本的要求不高，是一套很不错的太阳能水位（热水器）控制系统。 一关于传感器问题 水位测量的工作由热水器中的水位传感器来完成。目前 ,市场上主要水位传感器有以下几种： 1. 涡流计量式传感器 基本工作原理是利用水流推动叶轮转动从而产生脉冲信号 , 再由单片机计算出水箱中的水量。但是这种传感器在受到叶轮的惰性、启动水流太小等不良市场反应后 ,投入市场后不久就被弃用了。 2. 内置浮子式传感器 7 内置浮子式传感器是现在市场上被使用比较多的水位传感器，其工作的原理是
5、利用磁性的浮子随水面的上升（下降）使测量管中的干簧管通断从而产生信号 , 再显示出水箱中水量的有多少。这种内置浮子式传感器传感器在开放式液位测量与控制中应用比较多 , 但在热水器中应用不是很理想。首先因为这种传感器需垂直安装 , 由于太阳能热水 器水箱是全封闭的 , 使传感器安装难度较大，所以垂直安装的难度不言而喻了。其次由于热水器水箱温度较高，高温度会析出一定水垢，水垢很可能将浮子卡死 , 导致测量失准，所以用于太阳能传感器也不太理想。 3. 外置浮子式传感器 外置浮子式传感器的应用虽然成功解决了水垢吸附表面及安装难的缺点 , 但在测量筒中出现了黏性且潮湿物质 , 容易粘住浮子而使测量失准。
6、所以从实际使用效果出发来看 , 也不是很理想。 4. 排阻分档键盘式水位传感器 8 一种类似键盘电路的分档水位传感器 工作原理大致是分别用 5 根铜针分别置于水箱内的四种不 同高度的位置。铜若针不接触水面，其输出为高电平；若铜针与其对应水面接触时则输出为低电平，输出接至电子开关，经过 CD4069 反向并经 74LS244 驱动后分别接到 89S52 的 P1 0P1 3 引脚。单片机对这些引脚进行判断后 ，显示相应的水位值。显示共分 4 档 ，每档为满水位的 20% 。用了这种方法可以省去了传统的 A D 转换器步骤，成本也降低。不过也有个缺点就是精度不高。 9 5 RC 充放电式水位传感器
7、 10 这种电路资料较少，本设计就是利用该传感器来设计的。 传感器外很形很普通，该传感器一共只有两个端口， 第一个端口是公共水位，第二个端口是实际水位端口。观察传感器可知水位传感器有 5 个与水接触点，测量不同水位时公共和水位端口之间的电阻，经过一系列计算得出水位的高度。 5 从各方面看 RC 充放电水位传感器都是最理想的。 二关于自动上水的问题 实际上目前太阳热水器生产厂家真正能配备自动上水器的很少，大体是因为是这些年自动上水器质量不过关 ,而质量不过关的首要原因是传感器容易生水垢，导致上水器失灵，电磁阀长期受水质、沙土的影响，寿命不长，再加上很很大一部分安装人员电工知识淡薄，安装过程中不规
8、范导致故障，因此上水器用不了多少时间就失灵了，给用户太多的麻烦。这也给热水器生产厂家声誉造成了不好的影响。所以太阳热水器生产厂一般不会选择安装自动上水器的。所以有厂家在电磁水阀的进、出水口端加滤水网过滤水中铁屑、泥沙等杂质，另外还改善了元件和材料，所以电器性能也大大提高，寿命可以达到 10 万次 即 10 年以上。由此提高了自动上水器的元件的可靠性。 11 三、单片机在水位监测中的应用 目前市面上已经有比较成熟的全自动热水器的产品了 12，但是基于成本等方面的考虑一般都是用基本的模拟电路来工作，这样的缺点是显而易见的，就是理论和实际用 距离。我的文章主要介绍利用单片机进行水位控制的工作原理与设
9、计，主要采用单片机来进行控制基于数字电路的全自动热水器，工作可靠，还能进行功能扩展。如：接上定量温度控制电路，接上温度显示电路，接上水位显示电路等等器件就能扩展热水器的功能和提高热水器的性能，也让热水器非常人性化。 13 以上是 本人在该设计前所做的功课，通过查阅相关资料及阅览相关书籍与期刊、论文而提炼的信息。这使我对传感器发展史和结构和原理有了一定的了解，参考了很多他人的文章了也给了我很多启发，为之后的设计开始做了充分的准备。 总结 既然选定了所要 的水位传感器的和各个元器件，初步的方案也确定了，接下来就要开始自己论文的攥写 14。通过对太阳能热水器水位监测传感器有关文献的查阅，不仅了解很多
10、传感器、单片机等学科的知识，而且对于实际设计中要注意的地方也获得了不少的收获，丰富了我与本次设计相关的内容。也多方面的了解了它的发展史以及一些它的发展前景 15，感受到了 21 世纪电子技术发展的快速需求。随着电子技术的高速发展，太阳能热水器的前景，更远的说就是太阳能的进一步应用肯定会越来越多、越来越广。 参考文献 1沙占友，王彦朋 .单片机外围电路设计 M:电子工业出版社， 2003. 2袁小平 .一种智能型太阳能热水器控制器的研制 M. 江苏煤炭， 2002. 3康华光 .电子技术基础模拟部分 M.第四版 .高等教育出版社， 1999. 4张毅刚，彭喜元，彭宇 .单片机原理及应用 M.高等
11、教育出版社 ， 2010. 5李刚 .51 系列单片机系统设计与应用技巧 M.北京 :北京航空航天大学出版社，2004. 651 单片机应用从零开始 M.清华大学出版社， 2001 7李小鹏 .基于单片机的风扇自动控制系统 D.孝感学院 :叶建勇， 2006. 8周润景，徐宏伟，丁莉 .单片机电路设计、分析与制作 M.机械工程出版社，2008 9周润景，徐宏伟，丁莉 .单片机电路设计、分析与制作 M.机械工程出版社，2008 10刘润华，刘立山 . 模拟电子技术 M.石油大学出版社， 2003. 11唐莹 .单片机原理与应用及 C51 程序设计 M.北京大学出版社， 2008 12潘新民，王芳
12、燕 .微型计算机控制技术 M.电子工业出版社， 2003 13杨玉昆 .一种用于心电显示与分析系统的 LCD监测器的研制 J.中国医疗器械杂志， 1999 14 Sudath R, Munasinghe. Adaptive Neurofuzzy Controller to Regulate UTSG Water Level in Nuclear Power PlantsJ. Nuclear Science, 52, pp. 421-429 ， 2005 15 Sandrine CLAQUIN, Alain CARRIERE, Franqois ROCARIES. Modelling and Application of Adaptive Control to a Gas Heater. The 3rd IEEE Conference on Control Applications(CCA94), Glasgow (U.K)， 1994.
