太阳能热水器的水位报警设计

1、【摘要摘要】 在当今的企业中，太阳能热水器的水位报警器给企业带来了极大的经济效益。因为全 面的自动化的确给广大用户带来了极大的方便。但随着科技的日益发达，自动化已不能满 足人们日益增长的物质需求，智能化已成为人们追逐的目标。企业应在不影响效益的前提 下提高产品的工艺性能，满足用户的需求。 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改进以满足人们的需求。 关键

2、词：关键词： 整流电路 稳压电路 电导式传感器 电解电容 稳压管 abstract：in todays enterprises, solar water heater water level alarm to the enterprise has brought about tremendous economic benefits. indeed, because the full automation to the majority of users of the tremendous convenience. but with the increasingly advanced techn

3、ology, automation can no longer satisfy peoples growing material needs, intelligence has become a pursuit of goals. enterprise should not affect the effectiveness of the processes under the premise of improving product performance and meet user needs. the alarm circuit in the design require that whe

4、n the water level alarm switched on, the main circuit there is a corresponding power indicator light to indicate normal power supply. when the solar water heater tank water, sound and light alarm circuit can be issued to inform the people should be bottled water tank. when the water tank when the wa

5、ter rose to the height required, the circuit issued a sound and light alarm, should stop the water to the tank. to meet the material needs of the communitys growing need for more improvements for this alarm system to meet peoples needs. keywords: rectification circuit; uoltage stabilizing circuit; c

6、onductive transducer; electrolytic capacitor; uoltage regulator tube 目 录 1 选题背景.8 1.1 设计的内容和要求 .8 1.1.1 内容 .8 1.1.2 要求 .8 1.2 设计的目的意义 .8 1.2.1 目的 .8 1.2.2 意义 .8 2 主电路中分立元件的介绍 .9 2.1 变压器的介绍 .9 2.1.1 变压器的原理及选择 .9 2.1.2 干式变压器 .9 2.2 稳压电源的原理与选用 .10 2.2.1 稳压电源的原理 .10 2.2.2 稳压电源的选用 .11 2.3 整流电路的介绍 .11 2.3

7、.1 整流电路 .11 2.3.2 整流电路的选用 .12 2.4 稳压管 .13 2.4.1 稳压二极管的概念 .13 2.4.2 稳压二极管的分类 .14 2.4.3 稳压管的工作特点 .14 2.4.4 稳压二极管的材料及特性 .15 2.5 电解电容 .15 2.5.1 电解电容的概念 .15 2.5.2 电解电容器特点 .15 2.5.3 电解电容组成及结构图 .15 2.5.4 电解电容其作用 .16 2.5.5 电解电容器的应用 .16 2.6 电导传感器 .16 2.6.1 电导电极 .16 2.6.2 电导率仪 .17 2.6.3 电导传感器的工作原理 .17 2.7 蜂鸣器

8、 .17 2.7.1 蜂鸣器的基本概念 .18 2.7.2 蜂鸣器的结构原理 .18 2.7.3 有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的区别 .18 2.8 音乐集成块 .19 2.8.1 音乐集成块的概念 .19 2.8.2 音乐集成块的内部结构及外形符号 .19 3 主电路的设计与工作原理 .20 3.1 太阳能热水器的水位报警器主电路设计 .20 3.2 太阳能热水器的水位报警器主电路工作原理 .20 3.2.1 工作电源指示 .20 3.2.2 工作原理 .21 4 工作系统的故障分析 .22 4.1 故障分类 .22 4.2 常见故障的原因分析及解决方案 .22 4.2.1 电导式传感器故障 .2

9、2 4.2.2 电子线路故障 .22 4.2.3 变压器故障 .22 4.2.4 声光报警故障 .22 5 本设计在未来的发展趋势及扩展 .23 结束语.24 附录.25 参考文献.26 前言前言 20 世纪 80 年代以前，在生活用品应用自动控制的最先进装置就是继电器，它对当时 生活质量的提高及节能确实发挥了很大的作用；传感技术还很少应用到生活中。但当人们 跨入 20 世纪 80 年代以后，生活用品及卫生节能环保用品随着科技的发展，开始由单一化 转变为多样多品种高智能化，在这种转变过程中，机电控制系统的许多固有弊端如体积大、 质量重反映慢、不方便等越发显得突出，成为了转变的一大障碍。80 年

10、代后期，市场所需 的“柔性”智能、生活用品品质提高、节能环保，呼唤智能自动控制系统的诞生。随着科 技进步模拟电子技术、单片机技术、plc 技术、传感器技术日益成熟，这些技术逐渐投入 到生活、卫生、环保、科技等领域当中，生活卫生、环抱用品自动控制技术逐步提高。但 这些应用与小生活用品在控制精度、准确度、使用技术、智能方面尤其是价格方面受限。 随着人们对智能化，方便、简捷、精确度、轻便、美观、性价比等要求的提高，新型的感 应装置与电子技术随之出现。 传感器来自“感觉”一词。模拟人“五官”的作用将外界刺激信号转换为能传递的信 号，即将特定的被测量（包括物理量、化学量、生物量等）按照一定的规律转换成某

11、种可 用的输出信号这种系统叫传感器系统。红外线传感器、湿度传感器、温度传感器即为传感 器家族中的几种。传感技术使用品智能化、自动化程度更高。 数字电路处理的是数字信号，此信号在时间与幅值上都是离散的。计算机技术及微电子 和集成技术的发展极大的促进了数字逻辑电路的发展。今天，数字技术已不仅局限于逻辑 变量的输入、输出、判断运算，同时也具备了数值处理和数据通信功能。具有如下优点： 可靠性、精度高，使用简单，功能强，性能价格比高，体积小，重量轻，消耗小，易于系 统设计、调试方便。 由于数字化技术的诸多优点使得其在国民经济的各个领域都得到了广泛的应用，且应 用范围在不断的扩大。近十几年来伴随着计算机技

12、术高速发展、高集成芯片技术的发展， 数字逻辑电路技术日益成熟起，红外传感技术有空间探索科技的带动也已基本成熟，这使 传感技术与数字技术得到联合使用-感应自动控制技术。传感技术的反映准确、使用优点 和数字逻辑电路的优点结合起来，基本上解决了家庭用品、环保用品在方便性、可靠性、 灵活性、准确性、美观、价格、通用性、性价比方面存在的难题，并使不熟悉电器的人也 能够方便的使用，因此，这项技术很快就迅速发展了起来。这次设计因为设计者水平有限， 设计时间比较短等原因，使本次设计的太阳能热水器的水位报警器有一些缺陷，请给出宝 贵意见和建议，以后会继续研究改进。 1 1 选题背景选题背景 1.11.1 设计的

13、内容和要求设计的内容和要求 1.1.11.1.1 内容内容 （1）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。 （2）当水位处在 1、2 极之间时，高水位与底水位的指示灯都处在熄灭的状态。 （3）当水位低于电极二时，vt3 截止，vt2 导通，低水位指示灯点亮，微分电路将产 生脉冲，触发音乐集成电路工作。随之扬声器发出报警声，告之主人往水箱注水。 （4）当水位高于电极 1 时，vt1 导通，高水位指示灯导通微分电路将产生脉冲，触发 音乐集成电路，随之扬声器报警，告知主人水箱的水已经注满。 1.1.21.1.2 要求要求 （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

14、，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。 1.21.2 设计的目的意义设计的目的意义 1.2.11.2.1 目的目的 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

15、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。 1.2.21.2.2 意义意义 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， 给广大的用户带来方便。 2 2 主电路中分立元件的介绍主电路中分立元件的介绍 2.12.1 变压器的介绍变压器的介绍 2.1.12.1.1 变压器的原理及选择变压器的原理及

16、选择 变压器是利用电磁感应工作的，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。 2.1.22.1.2 干式变压器干式变压器 一、干式变压器的概念 干式变压器就是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中的变压器. 干式变压器干式变压器的的用途：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子 线路等小容量变压器，在电力系统中，一般汽机变、锅炉变、除灰变、除尘变、脱硫

17、变等 都是干式变，变比为 6000v/400v，用于带额定电压 380v 的负载。 二、干式变压器的分类 在结构上可分为两种类型： （1）固体绝缘包封绕组 （2）不包封绕组 三、干式变压器的结构特点 （1）铁芯 采用优质冷轧晶粒取向硅钢片,铁芯硅钢片采用 45 度全斜接缝,使磁通沿着硅钢片接缝 方向通过. （2）绕组 有以下几种: 缠绕式 1 环氧树脂加石英砂填充浇注 2 玻璃纤维增强环氧树脂浇注(即薄绝缘结构) 3 多股玻璃丝浸渍环氧树脂缠绕式(一般多采用 3,因为它能有效的防止浇注的树脂开 4 裂,提高了设备的可靠性) （3）高压绕组 一般采用多层圆筒式或多层分段式结构 （4）低压绕组 一

18、般采用层式或箔式结构 四、干式变压器形式: （1）开启式.是一种常用的形式,其器身与大气直接接触,适应于比较干燥而洁净的室 内,(环境温度 20 度时,相对湿度不应超过 85%),一般有空气自冷和风冷两种冷却方式. （2）封闭式.器身处在封闭的外壳内,与大气不直接接触.(由于密封.散热条件差.主要 用于矿用它属于是防爆型的) （3）浇注式.用环氧树脂或其它树脂浇注作为主绝缘,它结构简单.体积小.适用于较小 容量的变压器. 五、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，

19、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。 六、干式变压器电路图 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，所以本实验的变压器电路大致如图 2-1 所示： 图 2-1 干式变压器电路图 2.22.2 稳压电源的原理与选用稳压电源的原理与选用 2.2.12.2.1 稳压电源的原理稳压电源的原理 直流稳压电源 又称直流稳压器。它的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源

20、的电 压或负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定。稳压器的参数有电压稳定度、 纹波系数和响应速度等。前者表示输入电压的变化对输出电压的影响。纹波系数表示在额 定工作情况下，输出电压中交流分量的大小；后者表示输入电压或负载急剧变化时，电压 回到正常值所需时间。直流稳压电源分连续导电式与开关式两类。前者由变压器把单相或 三相交流电压变到适当值，然后经整流、滤波，获得不稳定的直流电源，再经稳压电路得 到稳定电压。后者以改变调整元件的通断时间比来调节输出电压，从而达到稳压。 从工作方式上可分为：可控整流型。用改变晶闸管的导通时间来调整输出电压。 斩波型。输入是不稳定的直流电压，以改变开关电路

21、的通断比得到单向脉动直流，再经滤 波后得到稳定直流电压。变换器型。不稳定直流电压先经逆变器变换成高频交流电，再 经变压、整流、滤波后，从所得新的直流输出电压取样，反馈控制逆变器工作频率，达到 稳定输出直流电压的目的。 2.2.22.2.2 稳压电源的选用稳压电源的选用 本实验的要求是一个报警电路，并且是一个声光报警电路，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。根据要求稳压电路设计如图 2-2 所示： 图 2-2 稳压电源电路图 2.32.3 整流电路的介绍整流电路的介绍 2.3.12.3

22、.1 整流电路整流电路 （1）整流电路的概念及应用 整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。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） 。 （2）整流电路的分类 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

23、，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 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。按电 u1 u2 rluo ir c ui v iz il uz r 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。 2.3.22.3.2 整流电路的选用整流电路的选用 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

24、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。 （1）整流电路的电路图 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 2-3 所示: (a) (b) 图 2-3 整流电路的电路图 （2）整流电路的工作原理 单相桥式整流电路它的作用是将交流电网电压 vi 变成整流电路要求的交流电压 ，rl 是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管 d1d4 接成电桥的形式，故有桥式整流电路 之称。 单相桥式整流电路的工作原理可分析如

25、下。为简单起见，二极管用理想模型来处理， 即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。 在 v2 的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管 d1 流向 rl，再 由二极管 d3 流回变压器，所以 d1、d3 正向导通，d2、d4 反偏截止。在负载上产生一个极 性为上正下负的输出电压。 在 v2 的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二 极管 d2 流向 rl，再由二极管 d4 流回变压器，所以 d1、d3 反偏截止，d2、d4 正向导通。 电流流过 rl 时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。 综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性

26、，将四个二极管分为两组， 根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相 连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。 根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图 2-3-2。由图可见，通过负载 rl 的 电流 il 以及电压 vl 的波形都是单方向的全波脉动波形。 桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低， 同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效 率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。电路的缺点是二极 管用得较多，但目前市场上已有

27、整流桥堆出售，如 ql51ag、ql62al 等，其中 ql62al 的额定电流为 2a，最大反向电压为 25v1000v。故单相桥式整流电路常画成图 2-3-1 所示的简化形式。 2.42.4 稳压管稳压管 2.4.12.4.1 稳压二极管的概念稳压二极管的概念 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。稳压二极管也称 齐纳二极管或反向击穿二极管，在电路中起稳定电压。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。其伏

28、安特性和符号如图 2-4 所示 图 2-4 稳压二极管伏安特性曲线和符号 2.4.22.4.2 稳压二极管的分类稳压二极管的分类 稳压二极管根据其封装形式、电流容量、内部结构的不同可以分为多种类型。 稳压二极管根据其封装形式可分为金属外壳封装稳压二极管、玻璃封装（简称玻封） 稳压二极管和塑料封装（简称塑封）稳压二极管。塑封稳压二极管又分为有引线型和表面 封装两种类型。用图表表示如图 2-5 所示 图 2-5 稳压二极管的分类图 2.4.32.4.3 稳压管的工作特点稳压管的工作特点 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

29、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。 2.4.42.4.4 稳压二极管的材料及特性稳压二极管的材料及特性 通常由硅半导体材料采用合金法或扩散法制成。它既具有普通二极管的单向导电特性， 又可工作于反向击穿状态。在反向电压较低时，稳压二极管截止；当反向电压达到一定数 值时，反向电流突然增大，稳压二极管进入击穿区，此时即使反向电流在很大范围内变化 时，稳压二

30、极管两端的反向电压也能保持基本不变。但若反向电流增大到一定数值后，稳 压二极管则会被彻底击穿而损坏。 2.52.5 电解电容电解电容 2.5.12.5.1 电解电容的概念电解电容的概念 电容由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。电解电容是电容的一种介质有 电解液涂层有极性，分正负不可接错。 2.5.22.5.2 电解电容器特点电解电容器特点 电解电容器特点一：单位体积的电容量非常大，比其它种类的电容大几十到数百倍。 电解电容器特点二：额定的容量可以做到非常大，可以轻易做到几万 f 甚至几 f（但不能和双电层电容比） 。 电解电容器特点三：价格比其它种类具有压倒性优势，因为电解电容的组成材

31、料都是 普通的工业材料，比如铝等等。制造电解电容的设备也都是普通的工业设备，可以大规模 生产，成本相对比较低。 2.5.32.5.3 电解电容组成及结构图电解电容组成及结构图 电解电容器通常是由金属箔（铝/钽）作为正电极，金属箔的绝缘氧化层（氧化铝/钽 五氧化物）作为电介质，电解电容器以其正电极的不同分为铝电解电容器和钽电解电容器。 铝电解电容器的负电极由浸过电解质液（液态电解质）的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成； 钽电解电容器的负电极通常采用二氧化锰。由于均以电解质作为负电极（注意和电介质区 分） ，电解电容器因而得名。电解电容的结构图如图 2-6 所示： 图 2-6 电解电容的结构图 2.5

32、.42.5.4 电解电容其作用电解电容其作用 隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。 旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。 耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路。 滤波：将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波，接近于直流。 储能：储存电能，用于必须要的时候释放。 2.5.52.5.5 电解电容器的应用电解电容器的应用 （1）有极性电解电容器的应用 有极性电解电容器通常在电源电路或中频、低频电路中起电源滤波、退耦、信号耦合 及时间常数设定、隔直流等作用。一般不能用于交流电源电路，在直流电源电路中作滤波 电容使用时，其阳极（正极）应与电源电压的正极端相

33、连接，阴极（负极）与电源电压的 负极端相连接，不能接反，否则会损坏电容器。 （2）无极性电解电容器的应用 无极性电解电容器通常用于音箱分频器电路、电视机 s 校正电路及单相电动机的起动 电路。 （3）电解电容器的优缺点 电解电容器广泛应用于家用电器和各种电子产品中，其容量范围较大，一般为 11000f，额定工作电压范围为 6.3450v。其缺点是介质损耗、容量误差较大（最大允 许偏差为+100%、-20%） ，耐高温性较差，存放时间长容易失效。 2.62.6 电导传感器电导传感器 2.6.12.6.1 电导电极电导电极 （1）工作原理 电导电极是电导率仪的测量元件，电导电极与电导率仪配套使用测

34、量电解质溶液的电 导率或作电导滴定用。 电导电极也叫电导池，它以两块大小相同的铂金片为极板，平行的镶嵌在玻璃上，从 铂片上引出两根导线。当电极一定时，电极片截面积和电极间距离固定不变。 将电导电极插入溶液，当两级间有电位差时，溶液中的离子产生有秩序的运动，因而 溶液具有导电作用。电解质溶液的导电能力用电导来表示，而电导是溶液在电导电极间的 电阻的倒数，通过电导电极所测得的正是溶液的电导值。根据欧姆定律，当温度一定时， 电导值与溶液电导率、电极片截面积成正比、与电极间距离成反比。 g=ka/l=k/j 其中 g 为溶液电导值； k 为溶液电导率，是电阻率的倒数； a 为电极的截面积 ； 2 cm

35、 l 为两极片间距离，cm； j 为电导池常数，j=l/a, 。 1 cm （2）主要性能指标 表 2-1 电导电极的主要性能指标 名称型号电导池常数 钛合金电极0.1 或 0.01 光亮电极djs-0.10.1 光亮电极djs-110.2 铂黑电极djs-110.2 铂黑电极djs-10102 铂黑电极26010.2 专用0.1 或 0.01 （3）适用范围 电导电极适用于各种型号的电导率仪配套测量电解质溶液的电导值。广泛应用于电厂、 环保、制药及科研部门。 2.6.22.6.2 电导率仪电导率仪 （1）工作原理 电导率仪是测量电解质溶液电导率的二次仪表，电导率仪将电导池产生的电导信号转 化

36、并放大为电信号，通过表头或数码管指示出来。 （2）它的分类 电导池信号转变为电信号通过多种方式得到，总体分为三大类： 采用交流分压原理。 采用电流测量原理。 采用交流电桥原理。 2.6.32.6.3 电导传感器的工作原理电导传感器的工作原理 传感器通过电极之间的电流来测量溶液导电的能力。在溶液中，电流通过离子来传输。 所以，溶液离子浓度越高导电能力就越强。 电极可根据检测水位的要求进行升降调节，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

37、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 过仪表或输出电压便得知水位已达到预定的高度了。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。 2.72.7 蜂鸣器蜂鸣器 2.7.12.7.1 蜂鸣器的基本概念蜂鸣器的基本概念 （1）蜂鸣器的介绍 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打 印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声 器件。 （2）蜂鸣器的分类 蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。 （3）蜂鸣器的电路图形符号 蜂鸣器在电路中用字母“h”或“ha” （

38、旧标准用“fm” 、 “lb” 、 “jd”等）表示。 2.7.22.7.2 蜂鸣器的结构原理蜂鸣器的结构原理 （1）压电式蜂鸣器：压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共 鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。 多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515v 直流工作电压）,多谐 振荡器起振,输出 1.52.5khz 的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。 压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极， 经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。 （2）电磁式蜂鸣器：电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁

39、、振动膜片及外壳等组 成。 接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动 膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。 2.7.32.7.3 有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的区别有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的区别 现在市场上出售的一种小型蜂鸣器因其体积小(直径只有 llmm)、重量轻、价格低、结 构牢靠，而广泛地应用在各种需要发声的电器设备、电子制作和单片机等电路中。有源蜂 鸣器和无源蜂鸣器的外观如图 2-7 中的 a、b 所示。 图 2-7 有源和无源蜂鸣器的外观 （a）有源（b）无 源 从图 a、b 外观上看，两种蜂鸣器好像一样，但仔细看，两者的高度略有区别，有源蜂

40、 鸣器 a，高度为 9mm，而无源蜂鸣器 b 的高度为 8mm。如将两种蜂鸣器的引脚郡朝上放置时 ，可以看出有绿色电路板的一种是无源蜂鸣器，没有电路板而用黑胶封闭的一种是有源蜂 鸣器。 迸一步判断有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，还可以用万用表电阻档 rxl 档测试:用黑表笔接 蜂鸣器 +引脚，红表笔在另一引脚上来回碰触，如果触发出咔、咔声的且电阻只有 8( 或 16)的是无源蜂鸣器;如果能发出持续声音的，且电阻在几百欧以上的，是有源蜂鸣器 。 有源蜂鸣器直接接上额定电源(新的蜂鸣器在标签上都有注明)就可连续发声;而无源蜂 鸣器则和电磁扬声器一样，需要接在音频输出电路中才能发声。 注：本设计用的是压电式

41、蜂鸣器。 2.82.8 音乐集成块音乐集成块 2.8.12.8.1 音乐集成块的概念音乐集成块的概念 集成块也叫集成电路，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，集中在一块基片（称芯片）上，然后封装而成。本电路采用 ic 9300（kd9300）音乐集成电路，它是 cmos 音乐集成电路的一种。cmos 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板粘牢，使 它们成为一体，使用时不需自己动手安装。这里晶体三极管焊在电路中的“b” 、 “c” 、 “e” 处，用的是一只 npn 型硅三极管。 2.8.22.8.2

42、音乐集成块的内部结构及外形符号音乐集成块的内部结构及外形符号 如图 2-8 中的 a、b 所示： （a） （b） 图 2-8 音乐集成块的内部结构及外形符号图 3 3 主电路的设计与工作原理主电路的设计与工作原理 3.13.1 太阳能热水器的水位报警器主电路设计太阳能热水器的水位报警器主电路设计 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

43、。 根据以上的实验要求本课题的电子电路可大致设计如图 3-1 所示： 图 3-1 主电路图 3.23.2 太阳能热水器的水位报警器主电路工作原理太阳能热水器的水位报警器主电路工作原理 3.2.13.2.1 工作电源指示工作电源指示 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，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。 3.2.23.2.2 工作原理工作原理 （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

44、。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 12 之间正常情况下，电极 1 悬空，vt1 截止，高水位指示灯 vd8 不亮。由于电极 23 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

45、，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。 4 4 工作系统的故障分析工作系统的故障分析 4.14.1 故障分类故障分类 此报警器使用易出故障有以下几点： （1）电导式传感器故障 （2）电子线路故障 （3）变压器故障 （4）声光报警故障 由于报警器使用频繁的缘故，且此报警电路没有经过大量的技术论证与反复的实用实 践，所以报警器易出现以上几种常见故障。 4.24.2 常见故障的原因分析及解决方案常见故障的原因分析及解决方案 4.2.14.2.1 电导式传感器故障电导式传感器故障 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

46、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。 4.2.24.2.2 电子线路故障电子线路故障 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

47、作出修改。 4.2.34.2.3 变压器故障变压器故障 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。 4.2.44.2.4 声光报警故障声光报警故障 稳压电路输出电压不稳定和电子元件的质量与老化问题是声光报警故障的主要原因。 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是避免声光报警故障的 主要方法。 5 5 本设计在未来的发展趋势及扩展本设计在未来的发展趋势及

48、扩展 进入 21 世纪以后科技发展的速度步入一个更快更好的阶段，随着科技的飞速发展，人 们的物质生活也在随着科技的发展而得到质的提升。在当今的社会，人们在不断的创新， 在不断的追求完美。在人们的生活中在不断的寻求能为人类而工作的替代品，人们的生活 在向着快速与智能化的方向发展。 本课题的实验内容是太阳能热水器的水位报警器，此次试验是一次普通的电子实验， 没有太多的更好更新的科技元素在里面，但我想随着科技的日新月异，此报警器一定大有 发展前途，并且会随人们的意愿向着智能化方向发展。 据了解，在几家业绩比较突出的太阳能集团生产的太阳能热水器上安装的水位报警器 已具备了初步的智能化需求。本实验只是一个水位报警装置，而公司所推出的报警器成品 能完成水箱自动上水、自动控温等智能化功能。现在的报警器已不是一个单纯的报警