普通电导式传感器实现的太阳能热水器监控仪的设计
（一）课题研究的基本内容：
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。
（二）工作原理
1.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。
2.工作原理
（1）电导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。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1—2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2—3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，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。
2．2 方案二
智能太阳能热水器整体结构
1．水位、水温测量电路。这部分用于采集水位水温信号给单片机，是太阳能热水器控制器最关键的部位。
2．水位、温度显示电路。这部分用于系统和人的信息交互，有对太阳能热水器状态的直观显示。
3．驱动电路。主要由上水电磁阀电路组成，是整个系统的执行部分。
系统的整体结构图如图1所示。
图1 太阳能热水器控制系统整体结构图
方案比较：第一方案比较简单和方便设计，此设计实现的是三级水位显示。不能满足本设计的需求。而且使用过程中石墨电极容易过于老化或电极表面附有污物会导致电极导电不良好，影响测量结果。第二方案采用了单片机设计方法，实现了智能化，且现代社会发展迅速，对功能的需求更加广泛，第二方案可以实现功能的扩展，故采用方案二的设计方法。
3 硬件设计
3．1水温测量电路
水温测量电路的设计包括传感器的选择和测量电路的选择。考虑到性价比等原因，市场上大部分太阳能热水器的温度传感器都选用NTC负温度系数热电阻，本系统也选用这种。
3.1.1 方案比较选择
温度测量方案很多，下面通过比较选择合适的测量方法。
A/D转换式水温传感器的原理是，利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性，将随温度变化的电阻信号转化为变化的电压信号，然后将这个电压信号经运放放大处理成0—5V的电压信号，电压信号经A/D转换变成数字信号送给单片机。这种电路测量比较精确，但需用A/D转换器，而A/D转换的价格较贵，会加大成本，另外A/D转换需占用8个数据口和两个片选口及两个控制口共12个I/O口。
2．RC充放电式热电阻水温传感器测量电路
RC充放电式热电阻水温传感器测量电路的原理与前面提到的RC充放电式水位传感器测量电路原理完全相同，只要把水位电阻换成热电阻就可以了。其缺点是不够精确，但成本很低，对于对温度要求不算精确的太阳能热水器系统，完全可以满足我们的需要。另外与A/D转换式温度传感器相比，其优势还是十分突出的：
（1）仅需2个I/O口就能完成对温度的检测，节约了单片机的I/O，有利于降低成本。
（2）实现起来也十分简单。
3.1.2 水温测量电路的设计
1．水温测量电路
图3 水温测量电路原理图
对太阳能热水器中水的温度进行控制及显示，需对热水器水温与出水温度进行检测。对于热水器来说温度控制与显示的精度要求并不高，因此本设计采用负温度系数NTC 热敏电阻作为测温元件，利用NTC 热敏电阻阻值随温度变化而改变的特性实现测温。
