1 引言現在生活好了，很多家庭都用上了太陽能熱水器，其應用太陽能，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，而現在卻出現了水滿報警裝置采用了水滿自動報警。這種“水滿信號”容易被發現，如文中圖1報警電路所示，它代替回水管的使用，當太陽能水滿時，報警器發出柔和的報警音以提醒水滿，關閉閥門后，報警音自動停止。它克服了傳統回水管易老化，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用于太陽能熱水器、水箱及儲水池等。
結合以上所述，太陽能熱水器以節能、無污染等優點，逐漸為企事業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，有時突然出現中途斷水情況，會給使用者帶來諸多不便。為此我設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，自動發出約30秒鐘的音樂報警，同時配以下燈光指示。
2電路原理圖 
圖1 自動水滿報警電路原理圖
3工作原理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基極相當于懸空，BG1截止，高水位指示燈LED2不發光。電極2、3都浸在水中，相當于接有一電阻（約10k）。BG3的ed結、R7和電極2、3構成偏置電路，使BG3飽和導通。這時ec間電壓約0.3V，`使D6和BG2的eb結上電壓箝位于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不發光，整個報警系統處于待命狀態。
熱水器使用時，水箱內的水位將逐漸下，當水位低于電極2時，電極2、3斷開，BG3因其偏置電路不通而截止。BG2因其eb結和R6構成偏置電路而導通。由C3和R4構成的微分電路在BG2基極電位突變的同時在C2、C3結點處得到一正向脈沖，該脈沖輸入到音樂塊IC的2端，觸發IC工作，IC內存樂曲放完一次（約30秒鐘）后，因IC 2端無觸發脈沖而自行停止報警。
同理，當水箱中加冷水超過電極1時，BG1導通，BG1集電極由零電位升到高電位，高水位指示燈LED2發光。同時C2和R4構成的微分電路使C2、C3結點得到一正向脈沖，該脈沖觸發IC工作，報警器發出報警信號，音樂塊內存樂曲放完一次后報警自動結束[3]。
4 元件參數選擇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穩壓管。揚聲器用8/1W的。音樂塊可根據自己愛好選定。電極3應低于電極1和2，電極間應互相絕緣，電極其1和2的位置決定高、低水位報警范圍，可根據實際情況調整確定。以下為Protel 99 SE軟件對電路元件做的一個清單。
圖2 網絡報表
5 PCB設計流程PCB（印制線路板）設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。在設計電路原理圖時，比較著重于電路的電氣性質。而在設計印制線路板時，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
圖3 PCB設計流程圖
（1） PCB圖紙基本設置。進入PCB設計的第一步是，根據所設計的項目確定將要設計的PCB板的尺寸、形狀、安裝方式及PCB板的工作層數量。這一步需要綜全考慮到各方面因素，以達到系統最佳工作性能為目的。
（2） 加載網絡列表信息。通過加載在電路原理圖中生成的網絡列表文件，將電路理圖中的信息傳輸到PCB設計中，如果加載有錯誤發生，需要修改電路原理圖中的元件符號與元件封裝間的對應關系，直到成功導入為止。
（3） PCB元件布局。所有的元件PCB封裝被正確導入到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，然后進行手工調整布局；反之，最好使用手動布局。
（4）布線規則設置。根據系統的要求進行布線前的布線規則約束設定，使自動布線器能夠按照預定的布線規則要求進行自動相結合方式。以及為手工布線過程中的在線規則檢查提供依據，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合方式。布線的時候為了方便布線和設計使用，可根據需要再次調整元件PCB封裝符號的布局和元件PCB封裝類型，利用Protel的同步器設計工具可以很好地配合這樣的修改工作。
（6）設計規則檢查。布線完成后，和電路原理圖設計一樣，需要對所完成的PCB設計進行設計規則檢查，以確定設計能完全符合布線布局要求。正確無誤后，就可對所設計的PCB板添加標注和注釋等信息。
（7）設計文件輸出。包括設計中的詳細材料如報表文件、光繪（Gerber）文件等的輸出[8] 。
通過以上的步驟，我們可以設計出上述水滿報警電路原理圖的PCB電路板為如圖3所示：
圖4 自動水滿報警電路PCB板
6 PCB板的3D顯示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、銅箔均可以被隱藏。并且用戶可以隨意旋轉、縮放、改變背景顏色等。圖5即為PCB板的三維效果圖[4]。
7安裝與調試7.1 理論分析當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印紙上，并把它轉印于敷銅板上，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。并注意有些元件應防止靜電對它的損害，所以在焊接時應將電烙鐵接地；對于那些對靜電特別靈敏的元件我們應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。
當把電極按要求放入水中相應的位置后，我們再來觀測電路工作的情況。當水位低于電極1時高于電極2末端時，BG1的基極相當于被懸空， LED1（高水位指示）也就不會發亮；電極2、3極都浸于水中，相當于接有一電阻（約10k）。BG3的ed結、R7和電極2、3構成偏置電路，使BG3飽和導通，低水位指示燈LED3也不發光，整個報警系統處于待命狀態。當水位低于電極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，IC內存的樂曲放完一次（約30秒鐘）后就停止了音樂響聲。這是正是由于IC的2端無觸發脈沖而自行停止報警。當水位超過電極1時，高水位指示燈LED2發光。同時報警器發出報警信號，音樂芯片內存樂曲放完一次后報警自動結束。
值得注意的一點：在調試時電路也很有可能不能正常工作，表現為水位的高低對電路沒有任何反應。這主要是由于水的阻值太大，不能讓電路中的三極管導通。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）。
7.2 實際調試過程1、現象一：報警聲不停止。
故障原因：R4=430Ω，取值過大，導致時間常數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、現象二：穩壓管BG6不能正常工作。
故障原因：限流電阻R8=10k過大，BG6驅動電流小，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（包括熱態和冷態）元件。所以對于R8的取值要逐漸降低，直到BG6達到穩壓作用，且穩定的是電壓是4V。
3、現象三：BG5 發燙。
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，才不會出現發燙的現象
8 結論自動水滿報警器的設計制作中，對元件參數的選擇必須詳細地從各個方面（模擬電子技術中可以清楚）進行理論上的分析。保證其參數的準確性，電路的可操作性。電路經過理論分析，即可制作印制電路板。在電路板上進行調試工作也是一關鍵步驟。通過調試，可能出現一些理論上無法判斷的故障，采用假設故障法，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：在電路的實現上可能性要高，首先，要分析出各元件的參數；其次，采用PCB印制電路板，焊接元件。最后，調試電路，逐級找出故障，并進行分析故障原因。
