[1]目前，我國太陽能熱水器的產(chǎn)量和使用量均居世界首位[1][2]。隨著人們生活水平的提高，對太陽能熱水器的品質(zhì)要求越來越高。智能控制型太陽能熱水器越來越受到人們的歡迎。水位控制是智能控制型太陽能熱水器的基本功能之一，是實現(xiàn)“全自動控制”不可或缺的環(huán)節(jié)。所謂水位控制，是通過設(shè)定來實現(xiàn)太陽能熱水器水箱里缺水時自動補水、水滿時自動停水的功能。現(xiàn)有的控制方案多由水位
本文設(shè)計了一種新型的水位控制器，并采用了電子設(shè)計自動化（EDA）技術(shù)[4][5]，用目前廣泛應(yīng)用的VHDL硬件電路描述語言，在Altera公司的MAX＋PLUSⅡ集成開發(fā)環(huán)境下進行綜合、仿真，并下載到可編程邏輯器件EPF10K10TC144-3中，以實現(xiàn)控制功能。
2 水位控制的主要功能
智能型水位控制要求補水及時且不影響正常使用。此處設(shè)計的智能化水位控制器可以實現(xiàn)水滿后自動停水、條件補水和強制補水及顯示、報警等功能。如圖1所示。
圖1 水位控制示意圖
其中“水位”由水箱中的水位傳感器提供。分三個檔位：滿水水位、條件補水水位和強制補水水位。滿水水位用于實現(xiàn)水滿后自動停水功能；條件補水水位可設(shè)置在一定水位如半箱水，當水箱水位低于此設(shè)置（高于強制補水水位）時實現(xiàn)有條件補水：當用水指示位有效（正在用水）時禁止補水，否則予以補水；強制補水水位可設(shè)置為水箱無水（或設(shè)置在較低水位），此時實現(xiàn)強制補水功能。為使用方便，控制器提供報警、指示功能：補水時補水指示燈亮，用戶此時不能用水；水箱水位低于條件水位時發(fā)出提示音樂，此時用戶若想繼續(xù)間斷用水，可通過鍵盤設(shè)置“補水禁止”，這樣，即便不用水也不會補水，以便短時間內(nèi)仍有熱水可用，因此時有音樂提示，用戶可在用水完畢及時撤銷“補水禁止”位，為水箱補水；水箱水位到達強制補水水位而又被禁止補水時，發(fā)出報警信號，以便撤銷補水禁止位及時補水，防止水箱長時間缺水。
3 水位控制器的VHDL代碼
VHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)是IEEE工業(yè)標準硬件描述語言，是隨著可編程邏輯器件（PLD）的發(fā)展而發(fā)展起來的。這種用語言描述硬件電路的方式，容易修改和保存，且具有很強的行為描述能力，所以在電路設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用。以下是描述水位控制的VHDL代碼。
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITY bushui IS
PORT (ply,forbid : IN STD_LOGIC; --用水標示，用水禁止
level : IN INTEGER RANGE 0 TO 7; --水位
valve,alm,music : OUT STD_LOGIC; --補水電磁閥，報警，提示音樂
fil_l : BUFFER STD_LOGIC); --補水指示燈
END bushui;
ARCHITECTURE behav OF bushui IS
BEGIN
PROCESS(ply,forbid,level)
BEGIN
CASE forbid IS
WHEN '1' => valve <= '0';fil_l <= '0'; --禁止補水
IF level <= 3 AND level > 1 THEN
music <= '1';alm <= '0'; --音樂提示水位低于條件補水水位
ELSIF level <= 1 THEN
alm <= '1';music <= '0'; --水位低于強制補水水位報警
ELSE music <= '0'; alm <= '0';
END IF;
WHEN '0' => alm <= '0';
IF level = 7 THEN
valve <= '0';fil_l <= '0';music <= '0'; 水滿時停止補水
ELSIF level<= 3 AND level > 1 THEN
alm <= '0';music <= '1'; --音樂提示水位低于條件補水水位
valve <= not ply; fil_l <= not ply; --不用水時予以補水
ELSIF level <= 1 THEN
valve <= '1';fil_l <= '1';music <= '0'; --強制補水
ELSE music <= '0'; valve <= fil_l;fil_l <= fil_l;
END IF;
WHEN OTHERS => null;
END CASE;
END PROCESS;
END behav;
代碼中，水位設(shè)為0～7八個級別，綜合后，水位以三位二進制碼表示，即最小可分辯的水位為滿水箱的八分之一。條件補水水位設(shè)定在“l(fā)evel= 3”，即半箱水；強制補水水位設(shè)定在“l(fā)evel= 1”，即滿水箱的八分之一。
4 仿真結(jié)果
為了驗證設(shè)計的正確性，在Altera公司的MAX＋PLUSⅡ集成開發(fā)環(huán)境下對以上代碼描述進行綜合、仿真，以下是該設(shè)計的仿真結(jié)果。
由圖2可以看出，forbid(用水禁止)具有強制性，不論水位在何位置，該位都可隨時停止補水；當該位被撤銷時，是否繼續(xù)補水則與當前水位有關(guān)：若低于補水水位則繼續(xù)補水（約1.0us、8.0us處），否則不予補水（約3.4us處）。forbid無效時，補水按預(yù)先設(shè)定正常進行：水箱水位低于強制補水水位時強制補水（約1.0us處），水位介于強制補水水位與條件補水水位之間時進行有條件補水（約5.25us~5.75us間），水滿則停止補水（約9.7us處）。補水指示燈fil_l與補水value一致。Music及時提供音樂提示。Alm在水位低于強制補水水位而又被禁止補水時發(fā)出報警（約0.2us~1.0us間）?？梢姡娐窛M足了設(shè)計要求。
5 結(jié)語
該設(shè)計采用了用于電子產(chǎn)品設(shè)計中比較先進的EDA技術(shù)，該技術(shù)具有設(shè)計靈活、修改快捷、調(diào)試方便、研制周期短等優(yōu)點[4]，且設(shè)計出的電子產(chǎn)品具有高可靠性和較高的性能價格比，極具市場競爭力。如本設(shè)計中的設(shè)定水位的改變、水位級別的增多、報警方式的調(diào)整等均可以不需要硬件電路的支持而方便地直接從VHDL源程序中進行修改。本設(shè)計實現(xiàn)的智能型水位控制器，既可以單獨用以實現(xiàn)水位控制，也可以與其他太陽熱水器控制環(huán)節(jié)（如水溫控制）有機地結(jié)合為一個整體，構(gòu)成真正意義上的“全自動控制”太陽能熱水器，全天候為用戶提供熱水，克服了因補水帶來的使用上的不方便，讓使用太陽能熱水器成為一種享受，從而提高人們的生活質(zhì)量。
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