刘良秀水满报警器Word格式文档下载.docx
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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
Wateralarmmeansbymechanicalormagneticinductionmethodforwaterlevelalarm,cansoundandlightalarm,etc.,ormagneticalarmcontrolequipmentsuchaspumpstartorstopatthesametime,therearemanymethods,accordingtochoosedifferentproductsanddifferent.Forexample:
Throughtheelectronicwaterlevelswitch（BZ1201orBZ2401）andmatch（BZ101,BZ102）tocontrolthewaterlevelcontroller,searchelectronicwaterlevelswitch'
sofficialwebsitecanfindmoreinformation,haveademo.Electronicwaterlevelswitchprincipleisthroughtheelectronicprobetodetectwaterlevel,andthenbyspecialchiptodetectthewaterleveldetectionofsignalprocessing,whenmeasuredliquidreachestheactionpoint,highorlowlevelsignaloutput,coupledwithwaterlevelcontroller,theoutputrelayswitchsignal,ordirectpowersupplytothealarm,soastorealizethelevelofalarmfunction.Electronicwaterlevelswitchwithoutfloatingballanddryreedpipe,externalmechanicalaction,dirtresistantanddurable,isnotafraidoffloater,arbitraryAngleinstallation,verticalinstallationhascertainantiwavefunction,thiswayismorepractical,pollutionresistance,longlifeandsafety.Ithastwoalarmway:
lowwaterlevelalarmandhighwaterlevelalarm.
Automaticwaterfullalarmistheuseofverywiderangeofalarmproducts,inthefiredepartment,thecompanysafetyandPeople'
sDailylifeplayanimportantrole.Thecircuitdesignmethod,butitsfunctionisunique,realizewaterfullautomaticalarm,andtheworkingprinciple,analysismethodofcircuitdebugging,etcaccordingtothespecificcircuit,sothecircuitprincipleanalysisandcircuitinstallationanddebuggingprocesstechnologyisespeciallyimportant.Thisarticleembarksfromthefullautomaticwateralarmfunctiondesignofthefunctionofacompletecircuit,andtheworkingprincipleofthecircuitandcomponentparameterselectionprocessingsystemisanalyzed,accordingtotheprincipleofworkandtheresultofdebugging,fromthesomeproblemstosolve,changethecircuitstructureandtheelementparameter,thusmakingmoreaccuratelycompletethecircuit.
目录
一、设计任务与要求…………………………………………………………………1
二、方案设计与论证…………………………………………………………………1
1.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………………………………………………………2
1.工作电源
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………………………………………………………….5
1.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，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：
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，控制流程图如下：
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。
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。
温度芯片单片机控制写入显示屏
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
电路工作时通入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2
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。
.
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AT89C51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
b.protel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，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view——boardin3D显示立体效果。
如图12.
图12pcb3D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.这是四层板。
图13四层板
2．说明
该报警器电路原理如图所示。
图中D1~D4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IC2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
R1
RES2
2.2K
AXIAl0.4
1
R2
10K
R3
3.9K
R4
430O
R5
R6
R7
R8
R9
2.4O
R10
240O
C1
CAP
1000u
RAD.2/.4
C2
3.3u
RAD0.1
C3
C4
10u
D1~D5
DIODE
DIODE0.4
5
LED1~3
LED
3
BG1~5
9014
TO-92A
BG6
DIODESCHOTTKY
3.6V
T
TRANS1
12V
DIP4
J1
CON2
220V
SIP2
J2
CON3
SIP3
Y
SPEAKER
P
4HEADER
SIP4
J4
TO-92
LS
JP
A
AT89C51
DIP40
B
DS18B20
1
C
LCD1602
SIP16
D
RP1
SIP9
五、结论与心得
本次设计可以说是最激动人心的一次设计，因为它是本科学习的最后一次了。
为时短短的一周时间，从选题、开题到结题，都学到而来很多东西。
带温度显示的自动水满报警器，比较简单，电路图也很简单，但为了保证电路的可操作性，对参数要进行精心的调整，对程序的运行正确，经过了大量的调试工作，以至于没有来没有调试软件的机房，导致迟到一次。
不过收获还是很大的，能熟练的掌握这些元件的原理了。
对CAD设计，最有意思的就是画PCB板，在修改电路的问题上花费了很多时间，但是经过老师的指导，同学的帮助，最终改正确了。
导入正确的网络表后，把元件摆放的恰到好处是很不容易的，不过有小组成员的齐心协力，经过精心的布置，终于做到了线无交叉，虽然我们知道我们的板肯定不是最好的，不过那真是大家的心血啊，其中花费大量的时间精心制作的，这次设计，虽然有点累，但是成功后的喜悦确是感受最深的。
希望以后能再多一些这样让我们动手的机会，让我们不断进步，充实我们，提升我们。
参考文献
（1）牛昱光单片机原理电子工业出版社
（2）谢珺电路CAD讲义太原理工大学出版社
（3）杨素清模拟电子技术基础简明教程高等教育出版社
（4）谭浩强C程序设计清华大学出版社
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