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个低通滤波器就能得到直流信号，对矩形波的纯度要求不高，也不需要相敏检波器，从而避免了伴随而来的线性问题。虽然对直流电源的电压稳定度要求比较高，但对高稳定度的稳频稳幅交流电源易于做到。
本设计前期就是采用差动脉冲调宽电路作为电容传感器的转换电路来检测水位。在太阳能热水器的溢出管外安装两个耐腐蚀的金属极片，使其形成极板式电容器，然后在溢出管旁边另设置一个参考电容与其相对应。根据C=εA/d，ε为介电常数，A为平行板电容器极板覆盖的面积，d为两极板间的距离，水的介电常数大概是空气的80倍，因此电容的瞬间变化量是很明显的。
将两个电容置于脉冲调制电路中，设参考电容为固定值C1，溢出管上的电容为可变电容C2，当水没有满时，即溢出管电容和C1的电容值相等，根据计算公式可以知道电路输出电压为0；当水满，有水从溢出管流出时，溢出管上的电容值就会改变，根据计算公式可以得出输出的直流电压与传感器两电容差值成正比，因此，根据电压的改变可以判断出是否有水溢出，进而得到太阳能热水器上水已满的结论。
但是由于制作的电容容量太小，振荡频率较高，所选用的比较器LM324N达不到要求，而且电路调试的时候干扰信号比较大，达不到毕业设计的要求，因此此方案放弃。
3.2 电阻式水位传感器
3.2.1 电阻式水位传感器原理
目前很多太阳能热水器中所采用的水位传感器，一般都是如图3.8所示的排阻式水位传感器。这样的传感器实际上是利用类似于键盘的工作原理，将4个电阻分别接上一定长度的探针，探针的顶端将水箱的深度分为4等分，然后将4个电阻的另一端并联接至5V电源，在水箱中有水注入时，探针分别接触到不同深度的水，将探针用引线引出接到CD4069，利用电子开关CD4069反向输出，当有水的时候输出高电平，无水输出低电平，将4个输出端接到AT89C52单片机上，单片机分别对这些引脚进行判断，将水位显示出来，显示共分为4档，每档为25%。
在反向器后面接入4个发光二极管显示电路，当有水没过水位电阻的时候，经CD4069反向输出高电平驱动发光二极管点亮，就可以显示所到水位。利用这种排阻式水位传感器方法可以省去A/D转换器，费用很低。
但是这种水位检测方案测量精度不够高，所以我们要根据这种方法去积极研究和
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探索，进而研究出新的水位检测方法和控制电路。
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图3.8排阻式水位传感器水位检测原理
由排阻式水位传感器可知，基于设计任务书的要求，我们可以制作一个简易的上水控制器，只需要判断水满，电磁阀能够自动关闭即可，因此研究出了图3.9所示的传感器：
图3.9 自制电阻式传感器
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如图3.9所示，左边的是制作的传感器，右边为自制电极的俯视图，其是用一段10cm左右管子的外径等于太阳能热水器溢出管内径的PVC管子，在管子中部左右对称的位置分别开一个2mm直径的小孔，并按图所示插入两根近似于小孔直径的铜丝，铜丝插入后不要接触，尽量保持在同一平面上。用胶将其固定好，然后将管外铜丝用导线焊接，接到右边的电路中。在太阳能热水器的溢出管上截开一段，将自制的管子插到中间，用胶封好。在给传感器接入12V电源，A、B在没有水流过时，电阻为无穷大，其中R1取R1=22MΩ，因此RAB >>R1,所以U1和UAB比较输出高电平；当有水流过管子，A、B被水淹没，其电阻在几百千欧，相当于和R1串联分压，由于R1>RAB，则U1> UAB，输出低电平。因此可以通过判断电平间接地得出管内是否有水，从而判断是否水满。 3.2.2 测量电路
图3.10 水位传感器测量电路
如图3.10所示为自制式电阻式水位传感器测量电路，R2和LED构成电源上水指示，在通电电磁阀打开上水的时候指示灯亮，表示电源接通，电磁阀打开正在上水；指示灯灭，表示水满，电磁阀关闭，电路失电，上水结束。
该电路中利用CD4011构成了RS双稳态触发器，RS触发器如图3.11所示，当接通电源由RS触发器给三极管8050的基极输入高电平，三极管导通，驱动电磁阀打开。R3与C1 构成一个延迟1ms，电平从0→1变化的信号输入，与传感器电平输入构成RS双稳态触发器的两个输入。如图3.12所示为双稳态RS触发器的真值表：
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图3.11双稳态RS触发器
R 1 1 0 S 0 1 1 Q Q 1 1 0 状态 置位 保持 复位 0 0 1 图3.12 RS触发器真值表
设计中使用了CMOS与非门CD4011芯片，图3.13为CD4011的引脚和封装,CD4011是CMOS与非门，内置4个与非门，7脚接地，14脚接电源，CD4011的电压范围为5V～18V，双列普通封装的功耗为700mW，小型封装为500mW，工作温度范围在-55℃～+125℃之间。由于电路所用电压为12V左右，所以选择了电压范围较宽的CMOS系列CD4011，而不选用74LS00。
图3.13 CD4011内部结构和外部引脚
如图3.12真值表所示，当电源接通时，R端输入高电平，RS触发器给驱动电路的三极管基极输出一个高电平，使得8050三极管导通，驱动电磁阀打开上水；当电极有水淹没时，R端输入低电平，驱动电路中的三极管由导通变为截止，继电器线圈失电，电磁阀和电源自锁开关所接的两组触点断开，上水结束。
3.3 方案比较
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电容传感器中调频电路的频率受温度和电缆电容影响较大，需采取稳频措施，电路较为复杂，频率稳定度也不可能很高，因此实现比较困难；双T型充放电网络中电源周期、幅值直接影响灵敏度，要求它们高度稳定，因此相对实际电路制作会比较麻烦；交流电桥电路比较复杂，能力有限；所以选择了差动脉冲调宽电路，但是在电路调试的时候，电路不能起振，究其原因，所制作的电容传感器电容值太小，加上LM324N的最高比较频率小于1MHz，如果换用高速比较器，成本就比较大了，所以考虑使用电阻传感器电路。
经过对排阻式水位传感器的研究，制作出了更为简单的水位传感器，制作起来相对比较简单，满足设计要求。最后，我和指导老师研究决定使用自己制作电阻式传感器做成上水控制电路的方案。
3.4 电磁阀驱动电路
图3.14 电磁阀驱动电路
图3.14为电磁阀驱动电路，J1为电磁的线圈，将电磁阀接继电器的一组常开触点J1-1，手动接通电源，8050三极管获得高电平的时候，导通，J1得电，J1-1吸合，电磁阀打开上水，水满后，8050三极管基极失电截止，J1失电，J1-1断开，电磁阀关闭。
4 控制器电源设计