太阳能热水器水位报警器

太阳能热水器水位报警器[摘要]:太阳能热水器一般都设在室外或房屋的顶处，热水器的水位在使用时不易观测，使用水位报警器后，则可以实现水箱中缺水或加水过多时自动发出声光报警。

此报警器电路在设计中要求当水位报警器接通电源时，主电路有相应的电源指示灯点亮，指示电源正常。

当太阳能热水器水箱缺水，电路能发出声光报警，告知人们应向水箱中送水。

当水箱中的水上升到需要的高度时，电路发出声光报警，应停止向水箱中送水。

为了适应社会日益增长的物质需求此报警器需要更多更好改进以满足人们的需求。

关键词整流电路稳压电路电导式传感器电解电容稳压管一、系统总体方案1.1设计目的传感器技术、数字电子技术与自动控制技术在生产过程、科学研究、现实生活应用、医疗卫生、环保事业及其他各个领域的应用十分广泛。

传感器技术、控制逻辑电路的设计及门电路芯片的选择是感应自动控制设计的重要环节，系统设计应满足环保、实用及课题要求的总体技术方案。

这种专用感应控制装置的设计可以提升专业知识的运用能力，促进科技向生活的转化及环保事业的发展，对提高生活质量有重要作用。

数字逻辑电路控制器使近十几年来发展起来的一种新型控制电路，具有功能齐全、控制简单、抗干扰能力强，价格便宜、重量轻、耗电省等优点。

随着太阳能热水器的推广普及，在没有自来水的地方，如何使用水泵自动启停抽水并保证连续供水是一个现实的问题。

由于太阳能热水器的注水箱大多安装在房顶上，是否缺水不易观察，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，给广大用户带来方便。

1.2系统设计本课程设计是利用电导式传感器的三个电极设计一个太阳能热水器的水位报警器，通过传感器将水位变化转化为电信号送到测控电路中，通过对信号的处理对外在条件进行操作，可大体用图表表示为：被测量输出信号敏感元件转换元件调制电路二、设计原理分析及电路设计根据本实验的内容及原理，遵循了尽量简便的普遍原则来设计电路图。

本实验要求：1、当水位报警器接通电源时，主电路有相应的电源指示灯点亮，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，告知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，应停止向水箱中送水。

根据以上的实验要求本课题的电子电路可大致设计如下：（一）工作电源电路在工作时通入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，电路通入12V直流电后发光二极管VD5点亮，指示电源工作正常。

（二）工作原理1、导电式水位传感器的三个探知电极分别和VT1 、VT2和VT3的基极相连。

电路的电源由变压器降压，经过整流器电路整流提供。

发光二极管VD5为电源指示灯。

音乐集成电路9300报警。

2、当水位在电极1—2之间正常情况下，电极1悬空，VT1截止（I=0，U无穷大，发射结反偏），高水位指示灯VD8不亮。

由于电极2—3处在水中，由于水电阻的原因，使VT3导通，VT2截止。

低水位VD9指示灯也不亮。

3、当水位下降到低于电极2时VT3截止，VT2导通。

低水位指示灯VD9亮，由C3及R4组成的微分电路在VT2由截止到导通的跳变过程中产生的正向脉冲，将触发音乐集成电路IC工作，随之扬声器发出报警，告知主人缺水。

4、同理，当水位超出电极1时候，VT1导通，高水位指示灯VD8亮，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，发出报警声，告知主人水已注满。

（三）主电路的设计3. 1 变压器的选择变压器是利用电磁感应原理工作的，变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。

这两个绕组具有不同的匝数且互相绝缘，两绕组间只有磁的耦合而没有电的联系。

其中，接于电源侧的绕组称为一次绕组；用于接负载的绕组称为二次绕组。

经过分析计算查找选用MM微型干式变压器，其功率小，耗能底，性价比高，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。

本实验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实验电路上。

此干式变压器的输出电压有12V和8V两种，所以本实验的变压器电路大致如下图所示：3. 2 整流电路的原理与选用整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。

大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。

它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。

整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。

变压器设置与否视具体情况而定。

变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。

整流电路按其组成器件可分为不控整流电路、半控整流电路和全控整流电路。

后两种电路按其控制方式又可分为相控整流电路和斩波整流电路（见电力电子电路）。

相控整流电路由于采用电网换相方式，不需要专门的换相电路，因而电路简单、工作可靠，得到广泛应用。

但相控整流电路在控制用α较大时，功率因数较低，网侧电流谐波含量较大。

因而在大功率调速传动中，低速运行时，采用斩控整流电路可解决功率因数变坏的问题。

整流电路是电力电子电路中最早出现的一种，它将交流电变为直流电，应用十分广泛，电路形式各种各样；按组成的器件可分为不可控、半控和全控三种，按电路结构可分为桥式电路和零式电路，按交流输入相数分为单相电路和多相电路，按变压器二次侧电流的方向是单相或双相，又分为单拍电路和双拍电路。

因在安全及系统器件等方面需要，要对交流整流。

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。

其组成主要有四个普通二极管组成。

根据实验课题的要求，本实验的电源要求用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。

综合各方面的因素，本实验所设计的整流电路如图所示（其中4个二极管都选用1N4007）：三、电路器件选择（一）LED发光二极管发光二极管简称为LED。

由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。

它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。

发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。

当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。

不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。

当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。

常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

（二）稳压管稳压二极管是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。

稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内，端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广泛应用于稳压电源与限幅电路之中。

稳压二极管是根据击穿电压来分档的因为这种特性稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。

稳压管也是一种晶体二极管，它是利用PN结的击穿区具有稳定电压的特性来工作的。

稳压管在稳压设备和一些电子电路中获得广泛的应用。

我们把这种类型的二极管称为稳压管，以区别用在整流、检波和其他单向导电场合的二极管。

稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。

这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。

（三）二极管几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。

二极管的工作原理晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。

当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。

当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。

当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。

当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。

二极管的导电特性二极管最重要的特性就是单方向导电性。

在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。

1. 正向特性。

在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。

必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。

只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。

导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。

2. 反向特性。

在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。

二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。

当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。

（四）三极管晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。

三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，从三个区引出相应的电极，分别为基极B发射极E和集电极C。

发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。

基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。

发射极箭头向外。

发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。