現(xiàn)在生活好了，很多家庭都用上了太陽能熱水器，其應(yīng)用太陽能，清潔無污染，實用價廉，深受喜歡。但市場上出售的大多太陽能熱水器水滿報警裝置太簡陋，只設(shè)了一條回水管，水從回水管流出來很容易被忽視，易造成水的浪費，而現(xiàn)在卻出現(xiàn)了水滿報警裝置采用了水滿自動報警。這種“水滿信號”容易被發(fā)現(xiàn)，如文中圖1報警電路所示，它代替回水管的使用，當(dāng)太陽能水滿時，報警器發(fā)出柔和的報警音以提醒水滿，關(guān)閉閥門后，報警音自動停止。它克服了傳統(tǒng)回水管易老化，易斷，易堵，易凍，費水和水滿無聲容易遺忘而漫水的缺點等等。因效果好能發(fā)聲報警并且在市場上價格也較低，所以自動水滿報警器廣泛應(yīng)用于太陽能熱水器、水箱及儲水池等。

結(jié)合以上所述，太陽能熱水器以節(jié)能、無污染等優(yōu)點，逐漸為企事業(yè)單位和家庭廣泛使用，但熱水器水箱水位在使用時不易觀測，有時突然出現(xiàn)中途斷水情況，會給使用者帶來諸多不便。為此我設(shè)計了太陽能熱水器水位自動水滿報警器，它能在水箱里儲水不多，或加入冷水過多時，自動發(fā)出約30秒鐘的音樂報警，同時配以下燈光指示。

該報警器電路原理如圖所示。圖中D1~D4為全波整流器，為電路提供12V直流工作電壓，LED1為電源指示燈，R8、BG6和C4為音樂塊IC（BXW9300）提供3.6V的工作電壓。IC的1端接正電源，4端接地，2端接觸發(fā)輸入端，3端為音樂信號輸出端。BG4和BG5將輸出信號進行功率放大，以推動揚聲器發(fā)出報警聲。

水位信號由電極1、2、3測得，電極3為公共信號電極。正常情況下，水位低于電極1高于電極2（末端），BG1基極相當(dāng)于懸空，BG1截止，高水位指示燈LED2不發(fā)光。電極2、3都浸在水中，相當(dāng)于接有一電阻（約10k）。BG3的ed結(jié)、R7和電極2、3構(gòu)成偏置電路，使BG3飽和導(dǎo)通。這時ec間電壓約0.3V，`使D6和BG2的eb結(jié)上電壓箝位于0.3V，BG2因得不到足夠的偏壓而截止，BG2基極電壓為零，低水位指示燈LED3不發(fā)光，整個報警系統(tǒng)處于待命狀態(tài)。

熱水器使用時，水箱內(nèi)的水位將逐漸下，當(dāng)水位低于電極2時，電極2、3斷開，BG3因其偏置電路不通而截止。BG2因其eb結(jié)和R6構(gòu)成偏置電路而導(dǎo)通。由C3和R4構(gòu)成的微分電路在BG2基極電位突變的同時在C2、C3結(jié)點處得到一正向脈沖，該脈沖輸入到音樂塊IC的2端，觸發(fā)IC工作，IC內(nèi)存樂曲放完一次（約30秒鐘）后，因IC 2端無觸發(fā)脈沖而自行停止報警。

同理，當(dāng)水箱中加冷水超過電極1時，BG1導(dǎo)通，BG1集電極由零電位升到高電位，高水位指示燈LED2發(fā)光。同時C2和R4構(gòu)成的微分電路使C2、C3結(jié)點得到一正向脈沖，該脈沖觸發(fā)IC工作，報警器發(fā)出報警信號，音樂塊內(nèi)存樂曲放完一次后報警自動結(jié)束[3]。

該報警器所用元件無特殊要求。D1~D4選用反向耐壓較高的1N4007。電阻R9選用1/2W碳臘電阻外，其余均用1/8W碳臘電阻。BG6為3.6V穩(wěn)壓管。揚聲器用8/1W的。音樂塊可根據(jù)自己愛好選定。電極3應(yīng)低于電極1和2，電極間應(yīng)互相絕緣，電極其1和2的位置決定高、低水位報警范圍，可根據(jù)實際情況調(diào)整確定。以下為Protel 99 SE軟件對電路元件做的一個清單。

PCB（印制線路板）設(shè)計與電路原理圖稍有不同，印制線路板屬于比較實體化的東西，而電路原理圖屬于比較抽象化的東西。在設(shè)計電路原理圖時，比較著重于電路的電氣性質(zhì)。而在設(shè)計印制線路板時，比較著重于電路的實際尺寸與空間配置。具體操作流程如圖致  謝

（1） PCB圖紙基本設(shè)置。進入PCB設(shè)計的第一步是，根據(jù)所設(shè)計的項目確定將要設(shè)計的PCB板的尺寸、形狀、安裝方式及PCB板的工作層數(shù)量。這一步需要綜全考慮到各方面因素，以達到系統(tǒng)最佳工作性能為目的。

（2） 加載網(wǎng)絡(luò)列表信息。通過加載在電路原理圖中生成的網(wǎng)絡(luò)列表文件，將電路理圖中的信息傳輸?shù)絇CB設(shè)計中，如果加載有錯誤發(fā)生，需要修改電路原理圖中的元件符號與元件封裝間的對應(yīng)關(guān)系，直到成功導(dǎo)入為止。

（3） PCB元件布局。所有的元件PCB封裝被正確導(dǎo)入到PCB文件后，接下來需要做的工作是對所有的元件PCB封裝按照一定的規(guī)則和要求進行布局，布局有自動布局和手動布局兩種方式，如果元件PCB封裝符號較多，一般先選自動布局，然后進行手工調(diào)整布局；反之，最好使用手動布局。

（4）布線規(guī)則設(shè)置。根據(jù)系統(tǒng)的要求進行布線前的布線規(guī)則約束設(shè)定，使自動布線器能夠按照預(yù)定的布線規(guī)則要求進行自動相結(jié)合方式。以及為手工布線過程中的在線規(guī)則檢查提供依據(jù)，以實時提示走線方式的正確性。

（5）布線。布線分為手動布線和自動布線，一般如果PCB板不是很大，最好使用純手式布線或者利用手式布線和自動布線相結(jié)合方式。布線的時候為了方便布線和設(shè)計使用，可根據(jù)需要再次調(diào)整元件PCB封裝符號的布局和元件PCB封裝類型，利用Protel的同步器設(shè)計工具可以很好地配合這樣的修改工作。

（6）設(shè)計規(guī)則檢查。布線完成后，和電路原理圖設(shè)計一樣，需要對所完成的PCB設(shè)計進行設(shè)計規(guī)則檢查，以確定設(shè)計能完全符合布線布局要求。正確無誤后，就可對所設(shè)計的PCB板添加標注和注釋等信息。

通過以上的步驟，我們可以設(shè)計出上述水滿報警電路原理圖的PCB電路板為如圖3所示：

Protel 99 SE增加了3D顯示。使用該功能可以顯示清晰的PCB板的三維立體效果，不用附加高度信息，元件、絲網(wǎng)、銅箔均可以被隱藏。并且用戶可以隨意旋轉(zhuǎn)、縮放、改變背景顏色等。圖5即為PCB板的三維效果圖[4]。

當(dāng)PCB板在電腦上用Protel做好之后，將其用激光打印機打印在熱轉(zhuǎn)印紙上，并把它轉(zhuǎn)印于敷銅板上，然后再將印好電路圖形的敷銅板投入于用水稀釋的三氯化鐵藥水中進行腐蝕，將其不需要的部分去除。這樣實際的電路板就做好了；接下來的工作就是對電路板鉆孔和元件的焊接安裝。安裝過程中應(yīng)先安電阻和電容等小元件，然后再焊接二極管和三極管，其次就是體積較大的器件，最后焊接集成電路。并注意有些元件應(yīng)防止靜電對它的損害，所以在焊接時應(yīng)將電烙鐵接地；對于那些對靜電特別靈敏的元件我們應(yīng)把溫度適宜電烙鐵的電源斷開之后再進行焊接。元件安裝完成后進入調(diào)試階段，接上變壓器輸出的9V交流電源（測電極暫且不放入水中），經(jīng)二極管D1-D4整流之后，測得整流之后的電壓為10.8V的直流電，同時LED1發(fā)亮，這表明整流濾波工作正常。測得BG1、BG2的集電極電壓均為0V ，LED2、LED3均不發(fā)光；再測得BG6的負極電壓為3.6V，說明電路工

圖5 自動水滿報警電路印制電路板

圖6 自動水滿報警電路三維效果顯示

作正常。

當(dāng)把電極按要求放入水中相應(yīng)的位置后，我們再來觀測電路工作的情況。當(dāng)水位低于電極1時高于電極2末端時，BG1的基極相當(dāng)于被懸空， LED1（高水位指示）也就不會發(fā)亮；電極2、3極都浸于水中，相當(dāng)于接有一電阻（約10k）。BG3的ed結(jié)、R7和電極2、3構(gòu)成偏置電路，使BG3飽和導(dǎo)通，低水位指示燈LED3也不發(fā)光，整個報警系統(tǒng)處于待命狀態(tài)。當(dāng)水位低于電極2末端時，電極2、3被斷開，與此同時揚聲器響起音樂，即音樂芯片IC被觸發(fā)，IC內(nèi)存的樂曲放完一次（約30秒鐘）后就停止了音樂響聲。這是正是由于IC的2端無觸發(fā)脈沖而自行停止報警。當(dāng)水位超過電極1時，高水位指示燈LED2發(fā)光。同時報警器發(fā)出報警信號，音樂芯片內(nèi)存樂曲放完一次后報警自動結(jié)束。

值得注意的一點：在調(diào)試時電路也很有可能不能正常工作，表現(xiàn)為水位的高低對電路沒有任何反應(yīng)。這主要是由于水的阻值太大，不能讓電路中的三極管導(dǎo)通。解決的辦法是將電路中的電阻R2和R7的阻值減小就行了。但前提是必須確定電路電極在沒有放入水中時電路工作正常（即電路中的各點電位正常）。

1、現(xiàn)象一：報警聲不停止。

故障原因：R4=430Ω，取值過大，導(dǎo)致時間常數(shù)τ=RC也過大。這對C充放電的時間就長。所以就一直報警。

措施：將R4的取值改為180Ω。

2、現(xiàn)象二：穩(wěn)壓管BG6不能正常工作。

故障原因：限流電阻R8=10k過大，BG6驅(qū)動電流小，電壓低。

措施：因為音樂集成IC即作為負載電阻這是無法確定的，其屬于動態(tài)（包括熱態(tài)和冷態(tài)）元件。所以對于R8的取值要逐漸降低，直到BG6達到穩(wěn)壓作用，且穩(wěn)定的是電壓是4V。

3、現(xiàn)象三：BG5 發(fā)燙。

故障原因：BG5采用9013系列，功率過小。

措施：采用3DD系列，大功率三極管，才不會出現(xiàn)發(fā)燙的現(xiàn)象

自動水滿報警器的設(shè)計制作中，對元件參數(shù)的選擇必須詳細地從各個方面（模擬電子技術(shù)中可以清楚）進行理論上的分析。保證其參數(shù)的準確性，電路的可操作性。電路經(jīng)過理論分析，即可制作印制電路板。在電路板上進行調(diào)試工作也是一關(guān)鍵步驟。通過調(diào)試，可能出現(xiàn)一些理論上無法判斷的故障，采用假設(shè)故障法，逐漸找出故障原因。確保電路的準確度。在尋找故障時也要對存在的故障進行分析。從本文中對自動水滿報警電路的一系列過程中，我們可以看出：在電路的實現(xiàn)上可能性要高，首先，要分析出各元件的參數(shù)；其次，采用PCB印制電路板，焊接元件。最后，調(diào)試電路，逐級找出故障，并進行分析故障原因。

本文的研究工作是在我的指導(dǎo)老師鄧老師的精心和悉心關(guān)懷下完成的,在我的學(xué)業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著鄧老師辛勤的汗水和心血.導(dǎo)師的嚴謹治學(xué)態(tài)度,淵博的知識,無私的奉獻精神使我深受啟迪。從尊敬的指導(dǎo)老師身上，我不僅學(xué)到了扎實，寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的指導(dǎo)老師致以最衷心的感謝和深深的敬意。

在多年的學(xué)習(xí)生活中，還得到了許多領(lǐng)導(dǎo)和老師的熱情關(guān)心和幫助。

在日常學(xué)習(xí)和生活中，我的同學(xué)們也給予了我很大幫助。

在此，向所有關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意！