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。