太陽熱水器水位控制的EDA實現(xiàn)

　　[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(bǔ)水、水滿時自動停水的功能。現(xiàn)有的控制方案多由水位傳感器根據(jù)缺水或滿水時發(fā)出的不同信號控制半導(dǎo)體器件的通斷，從而進(jìn)一步控制繼電器、電磁閥的開合狀態(tài)，來進(jìn)行補(bǔ)水與否。水滿后自動停水功能一般都能做到。但“缺水”的定義往往會造成用戶的使用不便。如把缺水定義為水箱無水，當(dāng)晚上仍有少量余水時不能及時補(bǔ)水，會造成第二天用水不便；而若把缺水定義為一特定水位，則會在低于此水位用水時出現(xiàn)混水狀態(tài)[3]。

　　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(jìn)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(bǔ)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(bǔ)水和強(qiáng)制補(bǔ)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(bǔ)水水位和強(qiáng)制補(bǔ)水水位。滿水水位用于實現(xiàn)水滿后自動停水功能；條件補(bǔ)水水位可設(shè)置在一定水位如半箱水，當(dāng)水箱水位低于此設(shè)置（高于強(qiáng)制補(bǔ)水水位）時實現(xiàn)有條件補(bǔ)水：當(dāng)用水指示位有效（正在用水）時禁止補(bǔ)水，否則予以補(bǔ)水；強(qiáng)制補(bǔ)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(qiáng)制補(bǔ)水功能。為使用方便，控制器提供報警、指示功能：補(bǔ)水時補(bǔ)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(bǔ)水禁止”，這樣，即便不用水也不會補(bǔ)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(bǔ)水禁止”位，為水箱補(bǔ)水；水箱水位到達(dá)強(qiáng)制補(bǔ)水水位而又被禁止補(bǔ)水時，發(fā)出報警信號，以便撤銷補(bǔ)水禁止位及時補(bǔ)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(biāo)示，用水禁止

　　 level : IN INTEGER RANGE 0 TO 7; --水位

　　 valve,alm,music : OUT STD_LOGIC; --補(bǔ)水電磁閥，報警，提示音樂

　　 fil_l : BUFFER STD_LOGIC); --補(bǔ)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(bǔ)水

　　 IF level = 3 AND level > 1 THEN

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

　　 ELSIF level = 1 THEN

　　alm = '1';music = '0'; --水位低于強(qiáng)制補(bǔ)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(bǔ)水

　　 ELSIF level= 3 AND level > 1 THEN

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

　　valve = not ply; fil_l = not ply; --不用水時予以補(bǔ)水

　　 ELSIF level = 1 THEN

　　valve = '1';fil_l = '1';music = '0'; --強(qiáng)制補(bǔ)水

　　 ELSE music = '0'; valve = fil_l;fil_l = fil_l;

　　END IF;

　　 WHEN OTHERS => null;

　　 END CASE;

　　 END PROCESS;

　　END behav;