太陽(yáng)熱水器水位控制的EDA實(shí)現

　　[1]目前，我國太陽(yáng)能熱水器的產(chǎn)量和使用量均居世界首位[1][2]。隨著(zhù)人們生活水平的提高，對太陽(yáng)能熱水器的品質(zhì)要求越來(lái)越高。智能控制型太陽(yáng)能熱水器越來(lái)越受到人們的歡迎。水位控制是智能控制型太陽(yáng)能熱水器的基本功能之一，是實(shí)現“全自動(dòng)控制”不可或缺的環(huán)節。所謂水位控制，是通過(guò)設定來(lái)實(shí)現太陽(yáng)能熱水器水箱里缺水時(shí)自動(dòng)補水、水滿(mǎn)時(shí)自動(dòng)停水的功能?，F有的控制方案多由水位傳感器根據缺水或滿(mǎn)水時(shí)發(fā)出的不同信號控制半導體器件的通斷，從而進(jìn)一步控制繼電器、電磁閥的開(kāi)合狀態(tài)，來(lái)進(jìn)行補水與否。水滿(mǎn)后自動(dòng)停水功能一般都能做到。但“缺水”的定義往往會(huì )造成用戶(hù)的使用不便。如把缺水定義為水箱無(wú)水，當晚上仍有少量余水時(shí)不能及時(shí)補水，會(huì )造成第二天用水不便；而若把缺水定義為一特定水位，則會(huì )在低于此水位用水時(shí)出現混水狀態(tài)[3]。

　　本文設計了一種新型的水位控制器，并采用了電子設計自動(dòng)化（EDA）技術(shù)[4][5]，用目前廣泛應用的VHDL硬件電路描述語(yǔ)言，在A(yíng)ltera公司的MAX＋PLUSⅡ集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下進(jìn)行綜合、仿真，并下載到可編程邏輯器件EPF10K10TC144-3中，以實(shí)現控制功能。

　　2 水位控制的主要功能

　　智能型水位控制要求補水及時(shí)且不影響正常使用。此處設計的智能化水位控制器可以實(shí)現水滿(mǎn)后自動(dòng)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(gè)檔位：滿(mǎn)水水位、條件補水水位和強制補水水位。滿(mǎn)水水位用于實(shí)現水滿(mǎn)后自動(dòng)停水功能；條件補水水位可設置在一定水位如半箱水，當水箱水位低于此設置（高于強制補水水位）時(shí)實(shí)現有條件補水：當用水指示位有效（正在用水）時(shí)禁止補水，否則予以補水；強制補水水位可設置為水箱無(wú)水（或設置在較低水位），此時(shí)實(shí)現強制補水功能。為使用方便，控制器提供報警、指示功能：補水時(shí)補水指示燈亮，用戶(hù)此時(shí)不能用水；水箱水位低于條件水位時(shí)發(fā)出提示音樂(lè )，此時(shí)用戶(hù)若想繼續間斷用水，可通過(guò)鍵盤(pán)設置“補水禁止”，這樣，即便不用水也不會(huì )補水，以便短時(shí)間內仍有熱水可用，因此時(shí)有音樂(lè )提示，用戶(hù)可在用水完畢及時(shí)撤銷(xiāo)“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(shí)，發(fā)出報警信號，以便撤銷(xiāo)補水禁止位及時(shí)補水，防止水箱長(cháng)時(shí)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(yǔ)言，是隨著(zhù)可編程邏輯器件（PLD）的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。這種用語(yǔ)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，所以在電路設計中得到了廣泛應用。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(lè )

　　 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(lè )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(mǎn)時(shí)停止補水

　　 ELSIF level= 3 AND level > 1 THEN

　　alm = '0';music = '1'; --音樂(lè )提示水位低于條件補水水位

　　valve = not ply; fil_l = not ply; --不用水時(shí)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;