光電水位控制儀的設計

摘要：為了解決太陽能熱水器上水過程中嚴重的水資源浪費問題，文中介紹了一款使用便捷、造價低廉、且節(jié)水節(jié)能的水位控制儀的設計方法。
關鍵詞：光電控制；水位；太陽能熱水器；控制儀

0 引言
自太陽能熱水器問世起，上水均采用手動方式。但在太陽能熱水器實際使用過程中發(fā)現(xiàn)，手動上水裝置的水資源浪費現(xiàn)象較為嚴重。隨著科技進步，自動上水儀使這一問題得到了緩解。但同時，目前市場上的自動上水儀要消耗電能，而且最主要的是接入的220 V交流電對用戶安全使用構成了威脅。再者，結構設計上也不大合理，安裝比較復雜，且對太陽能熱水器主體改動較大。因此，本文對以上這些缺點進行了改進，提出了一種新的光電水位控制儀的設計方案。

1 綜合試驗系統(tǒng)的組成
為了達到控制精度高、使用壽命長、操作簡單、安全可靠，節(jié)約用水用電的目的，本文提出了圖1所示的水位控制儀系統(tǒng)方案。此水位儀由四個部分組成，其中電磁閥主要負責自來水水路的通斷(常閉式承壓范圍0．02 Mpa～0．8 Mpa)；控制盒負責對光電能進行儲存，以及水位信號的接收、處理和電磁閥動作控制；太陽能電池板可將太陽能轉化成電能輸送給控制盒中的蓄電瓶；水位探頭則可通過對高、低兩個水位的感應來反饋給系統(tǒng)，從而實現(xiàn)太陽能熱水器的自動上水。

2 系統(tǒng)工作原理
在圖1中，太陽能電池板可先將太陽能轉化成電能儲存在控制盒中的蓄電瓶，蓄電瓶用于給整個系統(tǒng)提供正常工作時所必須的電能，從而使系統(tǒng)能夠不間斷的獲取水位探頭感應的低、高兩個水位信號，該信號經控制和處理后，最終可轉變?yōu)殡姶砰y與控制盒蓄電瓶電路的通、斷，從而達到自動上水的目的。另外，考慮到氣候差異會使太陽能電池板的工作效率降低，本設計還內置了蓄電瓶充電器，以確保系統(tǒng)可靠、絕對的正常運行。
本系統(tǒng)中的控制板電路如圖2所示。該電路利用了三極管的放大、飽和、截止等工作特性。其中采用的三極管為2N5551。2N5551的類型為NPN(UBE=0．6～0．7V)，集電極-發(fā)射集最小雪崩電壓Vceo(V)為160。集電極最大電流Ic(max)為0．600 A，功率(W)為0．31；直流電流增益hFE最小值(dB)為80；直流電流增益hFE最大值(dB)為250；最小電流增益帶寬乘積Ft(MHz)為100，封裝采用T092，溫度范圍為-55～150℃。
根據(jù)已知的蓄電瓶的額定工作電壓Ucc，可以選定額定工作電壓(線圈工作電壓)為Uo=Ucc的繼電器，此繼電器的吸合電壓為U吸，而釋放電壓則為U放。