自制数字式水位水温计

　　本水位计以厘米为单位，用数字显示方式比较详细地记录了容器中水的具体位置。我们将其和自制的数字温度计一起应用于太阳能热水器的储水桶上。储水桶直径58厘米，设置了58个水位检测点和一个测温点，在54厘米处引出水满报警信号。水位水温计中水位采样板和温度传感器安装在太阳能热水器上，水位水温显示板安装在浴室，一边洗浴可一边观察水位水温的变化，十分方便。

　　一、工作原理
　　
　　水位计电路见上图，采样电路使用16选1模拟开关CC4067四片，即ICI-IC4共计64点，其中仅使用58点，第59点—64点为空点。将水位传感器插入桶内并加水，水面最先接触传感器中的地线（10平方铜线制成），当水面上升至第1个检测点时此点就通过水与地线接通，水位上升，各检测点相继与地线接通，反之水位下降各检测点至上而下依次与地线断开。工作时各点至下而一一被检测，水面以下的检测点是低电平，水面以上的检测点是高电平。工作过程如下：

　　由水位采样板上IC6A、IC6B两只反向器构成环形多谐振荡器，其脉冲输出送给十二位二进制串行计数器IC5的⑩脚，IC5的Q3端输出CP脉冲送给水位显示板上ICIOA的①脚计数，并与IC5的Q4以后各输出端同步计数，IC5的Q4～Q7端为并行输出的BCD码给ICI～IC4的AO~A3端用作选．点，同时Q7的下降沿正好是第16个选点脉冲的结束，将此负脉冲给IC7的(13)脚INH端进行计数译码，并经IC6C~IC6F倒相后分别为ICI～lC4选片。当第64个选点脉冲到来时一个检测周期结束，IC5的(14)脚Q10输出高电平，将此信号用作CR把所有的计数器清零，接下来是又一个检测周期的开始。一个检测周期大约需要2秒，检测到的VO高低电平信号通过ICI～IC4的①脚I/O端输出，送给水位显示板上IC11A和IC11B构成的积分式单稳态电路，当v0由低电平向高电平跳变时，即检测点越出水面的那一刻．IC11B的⑨脚输出一个负脉冲，将IC8、IC9七段译码器的④脚Bl灭灯、⑤脚ST解锁，这时IC10A、IC10B将记录的水位数据分别送入IC9、IC8，经过一段时间T后IC11B的⑨脚回到高电平，这时IC9、IC8就将水位数据锁存，开灯并由共阴极LED显示器LTS547R显示出来。这里单稳时间T远小于一个时钟周期CP的时间，所以只有数据显示无灭灯的感觉，在一个检测周期内也只有一次水位数据显示。当桶内无水时将第64点（即O点）对地接一只27k电阻Rl，使水位数据显示为零。高水位报警信号设在54厘米处，它有两个条件：一是54厘米，二是vo低电平，即第54点在水面下，IC11C是报警用的与非门，由V2~V4构成54厘米的与门条件．IC11A的⑩脚是vo的反。这两个条件满足时IC11C的⑥脚输出一低电平使V7打开音乐报警器。我们使用的报警器是一只电子音乐门铃，V7相当于门铃的按钮，S是一个报警开关，太阳能热水器加水时将其合闸用后关闭。图中R3、C4是计数器清除端CR的滤波网络，有效地防止了各种干扰影响计数器的正常工作。R6为IC11A(13)脚的上偏置电阻，其下偏置通过1C1～1C4经传感器检测点与水的电阻和地接通，用指针式万用表两表笔相距1 0厘米测量本地区自来水的电阻是20k左右，这个数值可能因地区水质差异而不同。在本地R6选用330k使得在12V电源的情况下高电平在11V以上，低电平在0.8V以下满足逻辑电平的需要。利用ICIO输出的BCD码可对水位的任一点提供自动控制信号。

　　数字式水温计见下图．它以早年MOTOROLA公司生产的3 1/2位双积分式A/D转换器MC14433为核心，配以CC4511 MC1413等构成典型的数字仪表电路，由于手头没有MC1413所以用CC4050外加三极管倒相驱动代之。

　　由RT、R10、R11、R12组成测温电桥，用2.5V高精度低漂移基准电源MCI403申独供电。RT是MF51型负温度系数热敏电阻，电桥经过精心计算，其测温范围是-30~+100℃并使之在+1 0叫-80CC范围内最大测温误差不超过±1℃，电桥输出电压以19,26mV／qC的变化送给IC15的③脚Vx端和①脚VAG端，基准电压用7805经RPI调整后得到3.85V电压（对①脚VAG端）送入IC15的②脚VR(输出读数=VXNRx2000)，VAG端是vx和VR的公共端将其与地之间加了V16、V17，使得VAG端直流电位抬高1.3V左右有效地防止了地线对VAG的干扰，使得A/D转换准确而稳定．R16:C16是IC15(24)脚VDD的滤波电路，R15、R18用金属膜电阻RJ型，C14、C15用CBB22型或其它低损耗高绝缘电容。

　　二、水位水温传感器的制作
　　
　　取30对(60芯)电话电缆0，9米，从上部15厘米处向下保留10厘米电缆护套，其余剥去（如上图所示）。

　　取BV-10平方单芯塑料线1米剥去外皮从电话电缆护套中心穿过，用作地线和传感器骨架，将话缆下部65厘米的导线按颜色分组，用色标顺序将第一根导线横向缠绕1 1匝其高度约10毫米，用收音机磁棒线圈的绑扎方法绑扎，距绑扎点4毫米处剪断将线头剥皮3毫米向上或向下弯曲90度就成了一个检测点，其余各点同此。注意检测点鼓包要小，防止水珠滞留，各检测点引出位置应成螺旋上升状，传感器做完后成锥子形并具一定强度。

　　测温传感器RT用两根一米长细导线焊好，穿入医用一次性输液器的塑料管内，用火将端头封好严防漏水，然后和一根适当长度的硬线捆绑在一起作为加强筋。注意水位水温传感器的直径应小于储水桶上排气孔的直径，插入传感器后还要有排气空间，否则要作相应处理。

　　三、安装与调试
　　
　　印刷板我们用了两块12x12厘米单面万能电路板，IC使用插座，话缆导线作连线，走线贴底板布线有条不紊，元件排列有序，焊点光滑无毛刺，焊完后认真检查两遍然后用酒精将底板清洗一遍，水位传感器与采样板焊接时要各点至下而上一一对应千万不可错位，采样板注意防风防雨。

　　调试数字温度计要取一只O—1000C标准水银温度计和RT -起插入45。C左右的水槽内，调整显示板内RPI使数显温度与水银温度计一致，然后再取几点温度细调RP1以使误差不超范围。

　　调试完成后将采样板与显示板用细塑料导线连接起来即可通电，加水时注意观察水位显示是否顺序上升，放水时是否依次下降以检查焊线是否正确。如有乱跳字现象发生可适当调整R6。

　　本水位水温计经过两年的使用，表现准确稳定。

　　附IC15 MC14433引脚功能表