家用太阳能热水器水位报警器电路的设计

家用太阳能热水器水位报警器电路的设计摘要：本文介绍了一种家用太阳能热水器水位报警器的设计，此电路设计是当水位报警器接通电源时，电源指示灯点亮，指示电源正常。当太阳能热水器水箱缺水时，电路能发出声光报警，告诉人们应该向水箱送水;当水箱中的水上升到一定高度时，电路会发出声光报警，提醒人们应该终止向水箱中送水。该电路具有设计简单、可靠性好、技能指标要求容易实现等优点。此设计能使用户通过水位报警器上的发光二极管、音乐报警来了解水箱中的水位高低，缺水时及时加水；水满及时停止送水。用Protel软件画出电路原理图并制成PCB板。关键词：变压器、直流稳压电源、传感器、音乐集成块、PCB板一、设计要求和目的1、设计要求（1）、当水位报警器接通电源时，电路中的电源指示灯点亮，指示电源正常。（2）当太阳能热水器水箱缺水，电路能发出声光报警，提醒人们应向水箱中送水。（3）当水箱中的水上升到需要的高度时，电路发出声光报警，提醒人们应停止向水箱中送水。2、设计目的家用太阳能热水器安装在楼顶或房顶上，用户无法观察到水箱的水位。用热水时，由于不知贮水多少，使得心中无数；加水过满时，引起溢水横流浪费水资源等问题，因此，随时能掌握水位高低，知道贮水多少，就成了人们关心的问题。为此本文中所设计的家用太阳能热水器报警器，它既能在缺水时及时声光报警，提醒人们应及时向水箱中送水；又能在水满时及时声光报警，提醒人们应及时向水箱中终止送水。如果使用自动水位控制装置来控制水泵的工作，就能够很好的解决这个问题，给人们带来了极大的方便。二、太阳能热水器水位报警器的整体介绍太阳能热水器一般都设在室外房屋的高处，其水位高低不易观测。水位报警器能够在水箱中缺水或加水过多时自动发出声光报警声。太阳能热水器水位报警的电路如图所示1、电路工作原理（1）、工作电源指示电路在工作时通入220V交流电，经过变压器变压后成为12V交流电，再经过整流电路整流后输出12V的直流电，使发光二极管VD7点亮，指示电源工作正常。（2）、工作原理导电式水位传感器的三个探测电极分别和VT1、VT3的基极及地端相连。电路的电源由市电经变压器降压、整流器整流提供，发光二极管VD7为电源指示灯。报警声由音乐集成电路9300产生，R8及VD10产生的3.6V直流电压给9300供电，VT4和VT5组成音频功放极，将IC输出的信号放大后，推动扬声器发出报警声。①当水位在电极1、2之间的正常情况下，电极1悬空，VT1截止，高水位指示灯VD5不亮。由于电极2、3处在水中，通过水的电阻使VT3导通，VT2截止，低水位指示灯VD6也不亮。整个报警系统处于非报警状态。②当热水器水箱中的水位下降低于电极2时，VT3截止，VT2导通，低水位指示灯VD6点亮。由C3及R4组成的微分电路在VT2从截止到导通产生的正向跳变脉冲，将触发音乐集成电路IC工作，随之扬声器发出声音，告知主人水箱将要缺水了。③同理，当水箱中的水超出电极1时，VT1导通，高水位指示灯VD5点亮，同时C2和R4微分电路产生的正向脉冲触发音乐集成电路IC工作，使扬声器发出声音，告知主人水箱中的水快溢出来了。1、电路的流程三、电路中分立元件的介绍1、电源模块电源模块是为整个系统运行提供动力的重要组成部分，是保障整个系统正常运行的重要组成部分。通常照明电路与小型电器用电电压为220/380V。红外线自动感应垃圾箱常接近人体，电源需要选用安全电压12V，数字逻辑控制电路也不需要大电压。因安全控制系统的需要，所以以电源模块需要对常用220V交流电降压、整流、稳压。既选用变压器降压，单向半波可控整流电路、单向全桥整流电路或单向全控桥整流电路整流，用稳压管或集成三端稳压器稳压。此设计选用了小型干式变压器、单向全桥控整流电路整流、稳压二极管稳压。2、变压器（1）变压器的选择电路要求所加在报警器上的电源电压为220V，但报警器本身所用的电压为12V直流电，这就要求220V电源电压必须经过变压以后才能加在电路上。干式变压器的输出电压有8V和12V。所以该电路的变压器为MM微型干式变压器。其特点是功率小，耗能低，性价比高。漏磁小，抗短路能力强。且能满足此设计系统使用要求。干式变压器的性能特点：①低压绕组除小容量采用铜导线以外，一般都采用铜箔绕制的圆筒式结构；高压绕组采用分段多层圆筒式结构，使之绕组的安匝分布平衡，漏磁小，机械强度高，抗短路能力强②可配置低噪音的风冷装置，通过温控器对风扇的起动和关闭可以自动控制，由此可以使变压器增容40%运行。3、直流稳压电源（1）直流稳压电源的工作原理直流稳压电源是一种当电网电压变化或负载变动时，输出电压能基本保持不变的直流电源。它能把交流电转化成平滑而稳定的直流电。（2）直流稳压电源的选用因在安全及系统器件等方面需要，要对交流整流。单相整流类在电源模块中已经简要说明。用可控硅组成的可控整流相对用普通二极管组成的不可控整流系统价格较高，二极管组成的整流系统提供的直流电已满足此设计系统要求。为提高电压电流的输出平均值采用全桥整流，原理不在详细说明。其组成主要有四个普通二极管组成。本电路设计的要求是一个报警电路，并且是一个声光报警电路。电源用12V直流电，所以经过变压后的12V交流电必须经过整流电路整流后才能加到实验电路上。在主电路的左半部分是本实验的声音报警电路，此电路要求由一个稳压输出的3.6V直流电压作为电源，所以在设计电路的过程中需要设计一个稳压电路。根据要求电路如下图所示：4、传感器（1）、传感器的定义及作用传感器就是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，它的作用是将被测非电量物理量转换成与其有一定关系的电信号。（2）、传感器的选择经过分析查找此设计采用了用石墨金属碳棒做成的电导式传感器。此传感器便于找到，便宜耐用。且不易产生传输失真的问题，是一个理想的传感器。电导式水位传感器的工作原理传感器通过电极之间的电流来测量溶液导电的能力。它实际上是一个导电性的检测电路。当水位低于检测电极时，两电极间呈绝缘状态，检测电路没有电流流过，传感器输出电压为0。假如水位上升到与两检知电极端都接触时，由于水有一定的导电性，因此测量电路中有电流流过，指示电路中的显示仪表就会发生偏转，同时在限流电阻两端有电压输出。人们通过仪表或输出电压使得知水位已达到稳定的高度了。如果把输出电压和控制电路连接起来。便可对供水系统进行自动控制。如下图所示电导式水位传感器的原理图5、音乐集成块9300音乐集成块也叫音乐集成电路，文字符号IC，它是由许多晶体管、电阻、电容，根据不同的功能要求，组成各种电路，集中在一块芯片上，然后封装而成。本电路采用IC-9300音乐集成电路，它是CMOS音乐集成电路的一种。COMS音乐集成电路通常采用软包装出售，即将音乐集成电路焊接在印刷机上，并用粘胶将它与印刷版粘牢，使它们成为一体，使用时不需自已动手安装。它的功能是在测量水位时发出报警声。图音乐集成电路9300的内部电路结构框图四、电路中常见故障的原因分析及解决方法⑴电导式传感器故障此故障的原因是由于所使用的石墨电极过于老化或电极表面附有污物导致电极导电不良好所致。解决方法是清洗电极使电极处于清洁易于导电的状态，或者更换过于老化导电不良好的电极。⑵电子线路故障电子线路是本课题电路最易于出故障的地方主观上由于我们的焊接经验不足造成了许多的问题，比如管脚焊接不严密、电路连线不紧密造成的导电不良等问题，客观上由于电子元件的质量问题造成的电路功能不能完全实现的故障。解决方法是用相关仪器仪表检测电子元件的参数，看是否达到正常的标准值，对于不能继续使用的相关原件要及时更换以免影响电路的正常工作还要用万用表检测电子线路的焊接处及各个相关回路的导通情况，如果检测到焊接有问题的地方，应及时的作出修改。⑶变压器故障由于干式变压器比较耐用所以变压器不易出现故障，但变压器的故障不可避免，原因由于变压器的老化造成输出电压不稳定，从而影响到电路的功能实现。在使用报警器之前或定期用电压表测量变压器的输出端电压，看输出电压是否稳定，或者更换老化的变压器，就能很好的避免此故障的出现⑷声光报警故障声光报警故障的主要原因是稳压电路输出电压不稳定和电子元件的质量与老化问题。主要解决的方法是检测元件的标准参数并及时更换故障元件与检测稳压电路输出电压。五、制成PCB板印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，简称印制板，英文简称PCB(printedcircuitboard)或PWB(printedwiringboard)，以绝缘板为基材，切成一定尺寸，其上至少附有一个导电图形，并布有孔（如元件孔、紧固孔、金属化孔等），用来代替以往装置电子元器件的底盘，并实现电子元器件之间的相互连接。由于这种板是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。习惯称“印制线路板”为“印制电路”是不确切的，因为在印制板上并没有“印制元件”而仅有布线。六、总结经过这几个月的努力，我对专业知识有了更深一步的理解和认识，拓展了知识面。将所学的专业理论知识与实际相结合起来，理论联系实际，提高了专业技能。大量的查阅资料，对专业知识有了更深入的理解和认识，拓展了知识面。进一步学习了模拟电子、数字电子、传感器、EDA等专业知识。并且在原有计算机理论与操作的基础上，巩固了对办公软件及Protel99SE软件的应用。为以后的实际工作打下了良好的基础。在这里，我要向我的指导老师表示最衷心的感谢！感谢老师在本次毕业设计中给予的悉心指导和耐心帮助。在此并向课题设过程中给予帮助老师表示真诚的感谢及同学表示感谢和真诚的祝愿！参考文献（1）《传感器应用技术》沈聿农编著（2）《传感器应用电路400例》王煜东编著（3）《电子技术基础》康乐华编著（4）《EDA技术》叶建波余志强编著（5）《电工基础》黄冬梅编著10