刘良秀-水满报警器课件

1、 电路CAD课程设计报告 设计题目： 水满报警器 专业班级： 通信1102 学生姓名： 刘良秀 队友名单： 刘苗苗 马德文 指导教师： 谢珺 2015 年 1 月 13 日题目 水满报警器 摘 要 水位报警器是指通过机械式或磁感应的方法来进行水位的报警，可以声光报警器等或者磁性报警同时控制水泵等设备的启动或停止，方法有多种，根据选用不同的产品而不同。分别举例说明： 通过电子式水位开关（BZ1201或BZ2401）和搭配的水位控制器（BZ101、BZ102)来控制，搜索电子式水位开关官方网站可找到更多资料， 有动画演示。 电子式水位开关原理是通过电子探头对水位进行检测，再由水位检测专用芯片对检测

2、到的信号进行处理,当被测液体到达动作点时，输出高或低电平信号，再配合水位控制器，输出继电器开关信号,或者直接供电给报警器,从而实现对液位的报警功能。电子式水位开关不需浮球和干簧管,外部无机械动作,耐污耐用,不怕漂浮物影响，任意角度安装,竖向安装有一定的防波浪功能,这种方式较实用，耐污，寿命长，安全。它有两种报警方式:超低水位报警和超高水位报警。自动水满报警器是当今运用十分广泛的报警器产品，在消防部门，公司安全和人们的日常生活都发挥着重要的作用。该电路设计方法颇多，但其功能都是唯一的，实现水满后自动报警，而工作原理，分析方法，电路调试等都根据具体电路而定，所以对电路工作原理分析和电路安装与调试处

3、理技术犹为重要。本文从自动水满报警功能出发设计了一个功能较为完善的电路，并对电路工作原理和元件参数选择处理进行了系统的分析，根据工作原理和调试的结果，从所存在的一些问题着手解决，改变电路结构和元件参数，进而更准确地制作完成电路功能。 Abstract Water alarm means by mechanical or magnetic induction method for water level alarm, can sound and light alarm, etc., or magnetic alarm control equipment such as pump start or

4、 stop at the same time, there are many methods, according to choose different products and different. For example:Through the electronic water level switch (BZ1201 or BZ2401) and match (BZ101, BZ102) to control the water level controller, search electronic water level switch's official website c

5、an find more information, have a demo. Electronic water level switch principle is through the electronic probe to detect water level, and then by special chip to detect the water level detection of signal processing, when measured liquid reaches the action point, high or low level signal output, cou

6、pled with water level controller, the output relay switch signal, or direct power supply to the alarm, so as to realize the level of alarm function. Electronic water level switch without floating ball and dry reed pipe, external mechanical action, dirt resistant and durable, is not afraid of floater

7、, arbitrary Angle installation, vertical installation has certain anti wave function, this way is more practical, pollution resistance, long life and safety. It has two alarm way: low water level alarm and high water level alarm. Automatic water full alarm is the use of very wide range of alarm prod

8、ucts, in the fire department, the company safety and People's Daily life play an important role. The circuit design method, but its function is unique, realize water full automatic alarm, and the working principle, analysis method of circuit debugging, etc according to the specific circuit, so t

9、he circuit principle analysis and circuit installation and debugging process technology is especially important. This article embarks from the full automatic water alarm function design of the function of a complete circuit, and the working principle of the circuit and component parameter selection

10、processing system is analyzed, according to the principle of work and the result of debugging, from the some problems to solve, change the circuit structure and the element parameter, thus making more accurately complete the circuit. 目 录一、设计任务与要求1二、方案设计与论证11.方案一2.方案二3.并行方案一4.并行方案二三、单元电路设计与元件说明 21.工作

11、电源2.LED水位显示3.音乐报警电路4.温度显示电路四、总原理图及元器件清单.51.总原理图2.说明3.元器件清单五设计结论与心得10六、参考文献 .12 一、设计任务与要求1.设计任务 利用所学知识，用电子元件，设计一个能显示水温的水满报警器。2. 设计要求 （1）通电时能通过显示屏看到水的温度。（2）当水位报警器接通电源时，主电路有相应的电源指示灯亮，指示已通电源。（3）当水箱缺水时，电路能发出声光警报，并告知人们应向水箱送水。（4）当水箱中的水上升到需要的高度时，电路发出声光警报，应停止向水箱中送水。二、方案设计水满报警器一般用于太阳能热水器，现在生活好了，很多家庭都用上了太阳能热水器

12、，其应用太阳能，清洁无污染，实用价廉，深受喜欢。但市场上出售的大多太阳能热水器水满报警装置太简陋，只设了一条回水管，水从回水管流出来很容易被忽视，易造成水的浪费，而现在却出现了水满报警装置采用了水满自动报警。这种“水满信号”容易被发现，如文中图1报警电路所示，它代替回水管的使用，当太阳能水满时，报警器发出柔和的报警音以提醒水满，关闭阀门后，报警音自动停止。它克服了传统回水管易老化，易断，易堵，易冻，费水和水满无声容易遗忘而漫水的缺点等等。因效果好能发声报警并且在市场上价格也较低，所以自动水满报警器广泛应用于太阳能热水器、水箱及储水池等。结合以上所述，太阳能热水器以节能、无污染等优点，逐渐为企事

13、业单位和家庭广泛使用，但热水器水箱水位在使用时不易观测，有时突然出现中途断水情况，会给使用者带来诸多不便。为此我设计了太阳能热水器水位自动水满报警器，它能在水箱里储水不多，或加入冷水过多时，自动发出约30秒钟的音乐报警，同时配以下灯光指示。（1）水满报警方案方案一、利用电导式传感器的三个电极设计一个水位报警器，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，可大体用图标表示为：调制电路转换元件敏感元件被测量 输出信号 方案二、利用单片机完成水位自动报警器。通过传感器将水位变化为电信号送到测控电路，通过已编程的单片机对信号进行处理，然后输出控制信号，控制流程图

14、如下：敏感元件已编程单片机被测量 输出信号分析：由于运用单片机存在编程和元件选择困难等一系列问题，所以我选择第一种方案对报警器进行设计。（2） 显示温度方案方案一、利用热敏电阻对温度的敏感性，对于不同温度有不同的阻值，测量其阻值，再用相应的数值对应相应的温度。被测量 输出信号 热敏电阻 测量阻值 数值转换方案二、用温度芯片直接感应温度，通过单片机编程读取温度，并转换数据，写入显示屏中。 被测量 输出信号 温度芯片 单片机控制 写入显示屏分析：通过热敏电阻显示温度不精确，有很大延时，而芯片数据没有这些问题，而且容易读取，电路相对简单，所以用方案二。 三、单元电路设计与元件说明1.工作电源电路工作

15、时通入200V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被点亮，指示电源工作正常。 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，耗能低，性价比高，且能满足此设计系统使用要求。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

16、节、点解、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。整流电路按其组成器件可分为不可控整流电路、半控整流电路和全控整流电路。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4个二极管都选用IN4007。具体见图1： 图一 图22.LED水位显示此部分电路是报警器的最重要部分，123可根据水箱的尺寸，按合理的比例来标记，1可选在靠近箱顶一厕，2选

17、在靠近箱底1/4那，3选在箱底。当水位正常时，即水位处于1、2之间时，两个LED灯都不亮，当水位低于2时，LED3发光，给人已警示，提醒人们加水，同时R4与C3组成的微分电路向下一单元电路的音乐块发出一个脉冲；同理，当水位高于1时，LED2发光，给人以警示，提醒人们水已满，同时R4与C2组成的微分电路向音乐块发出一个脉冲。3音乐报警电路如图2，当音乐块接到R4送来的脉冲后，它就会响起一段音乐，同时经过BG4、BG5组成的功率放大电路，通过扬声器把声音放大出来，给人人们以提醒。. 4. 温度显示电路 DS18B20，常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点，配合AT8

18、9C51单片机和LCD1602显示屏，可精确的显示温度。用keil软件编程，写好代码后编译，生成hex文件，单片机加载hex文件即可运行程序，如图3、4所示。 图 3 编译后生成的hex文件 图 4 加载hex文件 如图5，用ds18b20芯片（J4）感应温度，单片机（J7）读取数值，并转换数据，写入lcd1602（J6）中，每10ms读取一次数值，显示屏每1s刷新一次，以保证数值的实时性。 图5 温度显示模块电路四、总原理图及元器件清单 1总原理图a.仿真图本次仿真由于在EWB中无法找到原理图中的音乐块，就没有接音乐放大电路和扬声器，然后人为模拟水箱水位情况，并用指示灯来显示各水位下报警器的

19、情况，来证明该设计是可行性。水位高时，相当于R2接通，R6也接通。如图6所示。图6 水位高时仿真图水位正常时，相当于R2断开，R6接通。如图7所示。 图 7 水位正常时仿真图水位低时，相当于R2断开，R6也断开。如图8所示。 图 8 水位低时仿真图 温度仿真，如图9所示。 图9 温度仿真tel原理图（1） Sch图。由于protel元件库里没有AT89C51单片机，ds18b20芯片，lcd1602显示屏，所以用自画的方式，画好元件图，再画好相应的封装，依照封装号，改好引脚号，以免加载网络图的时候出错。如图10所示。 图10 用protel绘制的原理图（2） PCB图。修改无错误后，

20、放置好，由于元件比较多，先用统计自动方式放置元件，再手动根据几个原则布图，最后自动布线，100%完成。如图11所示。图11 用Protel绘制的PCB板用viewboard in 3D显示立体效果。如图12. 图12 pcb3D图 由于元件比较多，电源线和地线区域大，所以也可以增加成本，而改用多层板，具体步骤为，先自动双层布线，然后手动拆除其中netD1_K和netD3_A，其中netD1_K对应电源网络，netD3_A对应地线网络，添加内层之后，在top层，用Browse查看所有网络，出现有些网络走线太长的情况，完成没有这个必要，所以需手动拆除，再手动布上，最后走线合理之后如图13.这是四层

21、板。图13 四层板2说明该报警器电路原理如图所示。图中D1D4为全波整流器，为电路提供12V直流工作电压，LED1为电源指示灯，R8、BG6和C4为音乐块IC（BXW9300）提供3.6V的工作电压。IC的1端接正电源，4端接地，2端接触发输入端，3端为音乐信号输出端。BG4和BG5将输出信号进行功率放大，以推动扬声器发出报警声。水位信号由电极1、2、3测得，电极3为公共信号电极。正常情况下，水位低于电极1高于电极2（末端），BG1基极相当于悬空，BG1截止，高水位指示灯LED2不发光。电极2、3都浸在水中，相当于接有一电阻（约10k）。BG3的eb结、R7和电极2、3构成偏置电路，使BG3饱

22、和导通。这时ec间电压约0.3V，使D6和BG2的eb结上电压箝位于0.3V，BG2因得不到足够的偏压而截止，BG2基极电压为零，低水位指示灯LED3不发光，整个报警系统处于待命状态。热水器使用时，水箱内的水位将逐渐下，当水位低于电极2时，电极2、3断开，BG3因其偏置电路不通而截止。BG2因其eb结和R6构成偏置电路而导通。由C3和R4构成的微分电路在BG2基极电位突变的同时在C2、C3结点处得到一正向脉冲，该脉冲输入到音乐块IC的2端，触发IC工作，IC内存乐曲放完一次（约30秒钟）后，因IC 2端无触发脉冲而自行停止报警。同理，当水箱中加冷水超过电极1时，BG1导通，BG1集电极由零电位

23、升到高电位，高水位指示灯LED2发光。同时C2和R4构成的微分电路使C2、C3结点得到一正向脉冲，该脉冲触发IC工作，报警器发出报警信号，音乐块内存乐曲放完一次后报警自动结束3。温度这块可用前块电路的电源，芯片J4一段接电源，一端接地，中间端接单片机J7的p3.7口，J7的P0与显示屏J6的输入端相连,P2.5-2.7与J6的控制端相连。J7控制J4和J6的写入指令和写入代码，完成显示。3元器件清单元件序号型号主要参数封装数量备注R1RES22.2KAXIAl0.4 1R2RES210KAXIAl0.4 1R3RES23.9KAXIAl0.4 1R4RES2430OAXIAl0.4 1R5RES23.9KAXIAl0.4 1R6RES210KAXIAl0.4 1R7RES210KAXIAl0.4 1R8RES210KAXIAl0.4 1R9RES22.4OAXIAl0.4 1R10RES2240OAXIAl0.4 1C1CAP1000uRAD.2/.4 1C2CAP3.3uRAD0.1 1C3CAP3.3uRAD