簡易水塔水位控制課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 概述1</b></p><p>　　1.1方案的提出1</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.1系統(tǒng)的組成框圖2</p><p>　　2.2 各單元電路的工作原理

2、2</p><p>　　2.2.1 電源電路2</p><p>　　2.2.2 水位監(jiān)測(cè)和水位范圍測(cè)量電路3</p><p>　　3 主要元器件的工作原理及參數(shù)7</p><p>　　3.1 元器件的工作原理及參數(shù)7</p><p>　　3.1.1 變壓器7</p><p>　　3.

3、1.2 橋式整流電路7</p><p>　　3.1.3 三端穩(wěn)壓器8</p><p>　　3.1.4 繼電器8</p><p>　　3.1.5 555定時(shí)器8</p><p><b>　　結(jié)論與展望10</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b>

4、</p><p>　　附錄1 電路原理總圖12</p><p>　　附錄2 元器件清單13</p><p><b>　　1概述</b></p><p><b>　　1.1方案的提出</b></p><p>　　該方案電源電路采用電網(wǎng)供電，通過變壓器電路、整流電路、濾波電路

5、和穩(wěn)壓電路將電網(wǎng)中的220V交流電轉(zhuǎn)換成直流5V電壓。穩(wěn)壓電路由三端穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)，用它來組成穩(wěn)壓電源只需很少的外圍元件，電路非常簡單，且安全可靠。水位測(cè)量和水位監(jiān)測(cè)電路主要有電阻型水壓傳感器和遲滯比較器組成。電阻型水壓傳感器是最典型也是最簡單的一種壓力傳感器。遲滯比較器不僅可以測(cè)量水位的范圍，還可以防止跳閘現(xiàn)象的出現(xiàn)，并且通過可變電阻實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)調(diào)節(jié)水位范圍的功能。水泵開關(guān)電路和顯示電路主要由電流放大電路和繼電器組成，是一種比較典型的和簡單

6、的電路。用發(fā)光二極管構(gòu)成顯示電路更容易觀察水泵工作情況。</p><p>　　綜上所述，此方案電路圖構(gòu)成簡單易懂，元器件的價(jià)格便宜，性能較穩(wěn)定，操作簡單，且有經(jīng)濟(jì)前景。</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1系統(tǒng)的組成框圖</p><p>　　圖2-1 建議水塔水位控制電路的總體框圖</p><

7、;p>　　水位自動(dòng)控制組成款圖2-1所示，由電源電路給各個(gè)電路提供直流電源，通過檢測(cè)電路對(duì)水塔水位及范圍的測(cè)量，產(chǎn)生不同的電位通過由555定時(shí)器組成的單穩(wěn)可重復(fù)觸發(fā)電路控制電路，控制繼電器的工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵工作狀態(tài)的自動(dòng)控制，并由紅綠發(fā)光二極管顯示水泵的工作狀態(tài)。</p><p>　　2.2 各單元電路的工作原理 </p><p>　　該電路能夠檢測(cè)出水塔的水位，并且能夠在不

8、同的水位下通過兩個(gè)水泵控制。當(dāng)S<S1時(shí)，兩個(gè)水泵都放水，紅燈亮，當(dāng)S1<S<S2時(shí)，只有一個(gè)水泵工作，紅燈滅且綠燈亮，當(dāng)S>S2時(shí)，兩個(gè)水泵都關(guān)閉，并且通過調(diào)節(jié)觸頭的深度可以改變水位S1，S2的范圍，該電路還能通過發(fā)光二極管顯示水泵放水的各種狀態(tài)。</p><p>　　2.2.1 電源電路 </p><p><b>　　圖2-2 電源電路</b&

9、gt;</p><p>　　電源電路的設(shè)計(jì)采用的方法如圖2-2所示電路，直接從電網(wǎng)供電，通過變壓器電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路將電網(wǎng)中的220V交流電轉(zhuǎn)換成+5V的支流電壓。電路中變壓器采用常規(guī)的鐵心變壓器，整流電路采用二極管橋式整流電路，C1、C2、C3和C4完成濾波功能，穩(wěn)壓電路采用三端集成電路來實(shí)現(xiàn)。穩(wěn)壓管采用MC7805CP可以清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響，保持輸出電壓5V的穩(wěn)定。</p>

10、;<p>　　2.2.2 水位監(jiān)測(cè)和水位范圍測(cè)量電路</p><p>　　水位檢測(cè)原理如圖2-3所示：S1、S2分別為水塔的兩個(gè)水位(S1<S2)，且設(shè)S為實(shí)際水位。S1、S2是水位探頭，一般可用二芯電源線制作，上端分別接上拉電阻，當(dāng)觸頭懸空時(shí)，保證為高電平，若觸頭碰到水或者浸泡在水中即為低電平。水位控制電路根據(jù)探頭S1、S2是否浸入水中作為輸入信號(hào)，由控制電路分析處理后，控制水泵的工作。&l

11、t;/p><p>　　其工作狀態(tài)可分為以下幾種情況：當(dāng)S<S1時(shí)，S1、S2輸出都為高電平，經(jīng)過控制電路后，可使水泵B1、B2同時(shí)放水；當(dāng)S1<S<S2時(shí)，S1輸出低電平，S2輸出為高電平，經(jīng)過控制電路后，此時(shí)水泵B1停止放水，B2放水；當(dāng)S>S2時(shí)，S1、S2都輸出低電平，經(jīng)過控制電路后，水泵B1、B2都不工作，水泵工作顯示說明將在后面加以說明。另外若想人為的控制水位的范圍，只要該改變水位探

12、測(cè)觸頭的深度即可改變水位檢測(cè)的范圍。</p><p>　　圖2-3 水位監(jiān)測(cè)和水位范圍測(cè)量電路</p><p>　　2.2.3 水泵開關(guān)及顯示電路 </p><p>　　圖2-4 水泵自動(dòng)和顯示電路</p><p>　　如下圖2-4所示為該電路的工作波形圖：</p><p>　　圖2-4 電路工作波形圖</p&g

13、t;<p>　　電路自動(dòng)控制工作原理：如圖2-4所示，水泵控制電路主要是由555定時(shí)器構(gòu)成的可重復(fù)單穩(wěn)觸發(fā)器和繼電器組成。如圖所示，水泵B1、B2分別由相應(yīng)的可重復(fù)單穩(wěn)觸發(fā)器和繼電器控制，其工作原理相同。共工作原理如下分析：當(dāng)S<S1時(shí)，S1、S2輸出都為高電平，分別經(jīng)過反相器U4、U5后，都變?yōu)榈碗娖?，然后分別作為觸發(fā)器1和觸發(fā)器2的輸入信號(hào)，由555定時(shí)器構(gòu)成的可重復(fù)單穩(wěn)觸發(fā)器可知，低電平信號(hào)由2端口輸入，輸出3

14、端口為高電平，且此時(shí)接在輸出端口的紅綠發(fā)光二級(jí)管都亮，高電平信號(hào)經(jīng)BJT共射極放大電路放大電流后，驅(qū)動(dòng)繼電器工作，啟動(dòng)水泵，水泵B1、B2同時(shí)放水；當(dāng)S1<S<S2時(shí)，S1輸出低電平，S2輸出為高電平，經(jīng)過反相器 U4、U5后，S1輸出高電平，S2輸出為低電平, 觸發(fā)器1、2分別接到個(gè)水位探測(cè)信號(hào)，觸發(fā)器1接收高電平，輸出信號(hào)為低，D3紅色發(fā)光二極管滅，低電平無法驅(qū)動(dòng)繼電器開關(guān)翻轉(zhuǎn)，水泵不工作，觸發(fā)器2接收低電平，同上即可驅(qū)

15、動(dòng)水泵工作，并且綠色發(fā)光二級(jí)管燈亮；當(dāng)S>S2時(shí)，S1、S2都輸出低電平，分別經(jīng)過反相器 U4、U5后，都轉(zhuǎn)為高電平，由555定時(shí)器工作原理可知，輸入給高，輸出為低電平</p><p>　　電路手動(dòng)控制工作原理 ：如圖所示，開關(guān)S1為手動(dòng)控制開關(guān)，當(dāng)水位檢測(cè)電路出現(xiàn)故障時(shí)，即S1、S2沒有輸出信號(hào)時(shí)，控制電路不能自動(dòng)工作，此時(shí)即可以通過手動(dòng)控制水泵工作，使控制電路更加完善。</p><p

16、>　　3 主要元器件的工作原理及參數(shù)</p><p>　　3.1 元器件的工作原理及參數(shù)</p><p><b>　　3.1.1 變壓器</b></p><p>　　變壓器是電路中用來升壓降壓的電力變壓器。變壓器的原理是電磁感應(yīng)技術(shù)，變壓器有兩個(gè)分別獨(dú)立的共用一個(gè)鐵芯的線圈。分別叫做變壓器的次級(jí)線圈和初級(jí)線圈。</p>&l

17、t;p>　　電流的大小和方向隨時(shí)間變化的，變壓器的初級(jí)線圈通上交流電時(shí)，變壓器的鐵芯中產(chǎn)生了交變的磁場(chǎng)，在次級(jí)就感應(yīng)出頻率相同的交流電壓。變壓器的初次級(jí)線圈的匝數(shù)比等于電壓比，不能改變直流電壓，因?yàn)橹绷麟妷菏遣粫?huì)變化的，電流通過變壓器時(shí)不會(huì)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，所以次級(jí)線圈只能在直接接通的一瞬間產(chǎn)生一個(gè)瞬間電流和電壓。</p><p><b>　　變壓器的主要參數(shù)：</b></p>

18、;<p>　　電壓比 n=U1/U2=N1/N2</p><p>　　頻率 η=P2/P1*100%</p><p><b>　　額定功率 PN</b></p><p>　　3.1.2 橋式整流電路</p><p>　　橋式整流電路由四個(gè)二級(jí)管組成，如圖3-1所示。</p><p>

19、　　圖3-1 橋式整流電路</p><p><b>　　主要參數(shù)：</b></p><p>　　輸出電壓平均值：Ul=0.9U2</p><p>　　輸出電流平均值：Il=Ul/Rl=0.9U2/Rl</p><p>　　流過二極管的平均電流：Id=Il/2</p><p>　　二極管承受的最大反

20、向電壓：25V-100V</p><p>　　3.1.3 三端穩(wěn)壓器</p><p>　　該穩(wěn)壓器內(nèi)部設(shè)有電流過流、過熱和調(diào)整管安全區(qū)保護(hù)電路，以防止過載而損壞，用它來組成穩(wěn)壓電源只需很少的外圍元件，電路簡單且安全可靠。</p><p>　　3.1.4 繼電器</p><p>　　繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)，通常應(yīng)

21、用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種自動(dòng)開關(guān)。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。</p><p>　　電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流一定電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力

22、下返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)吸合。這樣吸合釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的常開常閉觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為常開觸點(diǎn)；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為常閉觸點(diǎn)。</p><p>　　3.1.5 555定時(shí)器</p><p>　　555定時(shí)器電路如圖3-2所示，當(dāng)VI輸入負(fù)向脈沖后，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，同時(shí)BJT T導(dǎo)通，電容

23、C放電。輸入脈沖撤除后，電容C放電，在Vc未達(dá)到2/3Vcc之前 ，電路處于暫穩(wěn)態(tài)。如果在此期間，又加入新的觸發(fā)脈沖，BJT T又導(dǎo)通，電容C再次放電，輸出仍然維持在暫穩(wěn)態(tài)。只有在觸發(fā)器脈沖撤除后且在輸出脈寬tw時(shí)間間隔內(nèi)沒有新的觸發(fā)脈沖，電路才返回到穩(wěn)定狀態(tài)。這種電路可作為失落脈沖檢出電路。由555定時(shí)器構(gòu)成的可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)電路如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 由555定時(shí)器構(gòu)成的可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)

24、電路工作波形圖</p><p>　　圖3-3 由555定時(shí)器構(gòu)成的可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)電路 </p><p><b>　　結(jié)論與展望</b></p><p>　　通過這次電子課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了許多東西，不僅在理論上對(duì)部分知識(shí)有了一定深入了了解，最重要的是我嘗試到了實(shí)踐的樂趣，并學(xué)到了不少東西。從本次簡易水位控制電路的設(shè)計(jì)開始，由問題的出現(xiàn)，提出設(shè)計(jì)

25、方案，然后分析問題，得出工作波形圖，各單元電路的分析及元器件的選取，畫出電路圖，最后就是檢查和設(shè)計(jì)的總結(jié)了。通過以上的過程，我更加熟悉了對(duì)Protel軟件的應(yīng)用，并且對(duì)部單元電路有了一定的認(rèn)識(shí)，而且對(duì)本次使用的各原件的使用方法有了更深的認(rèn)識(shí)，對(duì)以后的設(shè)計(jì)積累一點(diǎn)點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。通過這次的課程設(shè)計(jì)，我又一次體會(huì)到了實(shí)踐和理論結(jié)合的重要性，只有把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中，才是對(duì)知識(shí)的真真掌握。另外設(shè)計(jì)的過程培養(yǎng)了我的思維方式和能力，學(xué)會(huì)在設(shè)計(jì)中放眼全局

26、，然后各個(gè)突破，抓住細(xì)節(jié)，一一解決。</p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)我不僅在電子知識(shí)和思維培養(yǎng)方面有了一定的提高，意識(shí)到了自己知識(shí)的不足并且產(chǎn)生了對(duì)知識(shí)電子設(shè)計(jì)的濃厚興趣。另外設(shè)計(jì)過程充分體現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，只有各個(gè)隊(duì)員之間相互配合，相互學(xué)習(xí)，彌長不短，才能發(fā)揮事半功倍的效果。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p&g

27、t;　　【1】何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，浙江大學(xué)出版社，2001年6月</p><p>　　【2】姚福安，電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐，山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001年10月</p><p>　　【3】王澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)實(shí)踐，東南大學(xué)出版社，1999年10月</p><p>　　【4】李銀華，電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005年6月</p>&

28、lt;p>　　【5】康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，2003</p><p>　　【6】劉修文，實(shí)用電子電路設(shè)計(jì)制作，中國電力出版社，2004年10月</p><p>　　【7】張慶雙，實(shí)用電子電路，機(jī)械工業(yè)出版社，2003年4月</p><p>　　【8】陳 忠，電子制作2003年合訂本，電子制作雜志社出版發(fā)行，2003年</p><