簡易水塔水位控制電路課程設(shè)計(jì)（論文）

1、<p><b>　　鄭州輕工業(yè)學(xué)院</b></p><p>　　本科課程設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題 目 簡易水塔水位控制電路 </p><p>　　專業(yè)班級 電信11-01 </p><p>　　院 （系） 電氣信息工程學(xué)院 </p><

2、p>　　完成時(shí)間 2013年6月25日 </p><p><b>　　鄭州輕工業(yè)學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　題目 簡易水塔水位控制電路 </p><p>　　專業(yè) 電信工程11-01 學(xué)號 5411

3、01030143 姓名 楊二兵 </p><p>　　主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：</p><p><b>　　主要內(nèi)容</b></p><p>　　1．閱讀相關(guān)科技文獻(xiàn)。</p><p>　　2．學(xué)習(xí)protel軟件的使用。</p><p>　　3．學(xué)會整理和總結(jié)設(shè)計(jì)文

4、檔報(bào)告。</p><p>　　4．學(xué)習(xí)如何查找器件手冊及相關(guān)參數(shù)。</p><p><b>　　技術(shù)要求</b></p><p>　　要求電路能夠通過控制兩個(gè)水泵實(shí)現(xiàn)對水位的控制。假定水位范圍是S1～S2（S1＜S2），S為實(shí)際水位。當(dāng)S＜S1時(shí)，兩個(gè)水泵都放水；當(dāng)S1＜S＜S2時(shí)，僅一個(gè)水泵放水；當(dāng)S＞S2時(shí)，兩個(gè)水泵都關(guān)閉。</p&g

5、t;<p>　　要求電路在S1、S2處不能出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，即水泵不能在短時(shí)間內(nèi)反復(fù)在放水和關(guān)閉的狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。</p><p>　　要求電路能夠顯示出水泵的狀態(tài)。</p><p>　　要求電路能夠手動調(diào)節(jié)水位控制的范圍。</p><p><b>　　主要參考資料</b></p><p>　　1．何小艇，電子系

6、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><p>　　5．康華光，電

7、子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，2003</p><p>　　完 成 期 限： 2013年6月30日 </p><p>　　指導(dǎo)教師簽章： </p><p>　　專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章： </p><p>　　2013 年 6 月 22日</p><

8、;p>　　簡易水塔水位控制電路</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科技的發(fā)展人們對水位控制的需求越來越多，它不僅要具有控制水位的功能，而且要能自動控制，從而能解放人力，在不需要人為控制的同時(shí)它還要能夠調(diào)節(jié)控制水位的范圍，我設(shè)計(jì)的這個(gè)電路由電源電路，水位監(jiān)測電路，水位范圍測量電路，水泵開關(guān)電路和顯示電路組成。它采用了水壓傳感

9、器、74LS00、74139、二極管、三極管、穩(wěn)壓管、繼電器、三端穩(wěn)壓電路等多種電子元件來實(shí)現(xiàn)各部分電路。水位范圍測量電路的功能是利用比較器的原理實(shí)現(xiàn)水位范圍的確定，同時(shí)利用遲滯比較器的遲滯特性避免跳閘現(xiàn)象。水泵開關(guān)電路的功能是完成控制電路和水泵是否工作，顯示電路的功能是顯示水泵是否在工作，有三種顏色不同的發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)對水位狀態(tài)的顯示。電源電路則為以上電路提供直流電源。</p><p>　　關(guān)鍵詞 電源/水壓

10、傳感器/比較器/74LS00/繼電器/74139</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　簡易水塔水位控制電路2</p><p><b>　　摘 要2</b></p><p>　　1 電路綜合設(shè)計(jì)方案及原理4</p><p>　　1.1 綜合

11、設(shè)計(jì)圖4</p><p>　　1.2 電路設(shè)計(jì)原理4</p><p>　　1.2.1 電源電路4</p><p>　　1.2.2 水位檢測及范圍測量電路5</p><p>　　1.2.3 水位狀態(tài)顯示電路6</p><p>　　1.2.4 電動機(jī)控制電路8</p><p>　　2 本

12、實(shí)驗(yàn)所用器件清單及說明8</p><p>　　2.1 水壓傳感器8</p><p>　　2.2 遲滯比較器9</p><p>　　2.2.1 電路組成9</p><p>　　2.2.2 門限電壓的估算10</p><p>　　2.2.3 傳輸特性11</p><p>　　2.3 穩(wěn)壓

13、二極管11</p><p>　　2.4 發(fā)光二極管12</p><p>　　2.5 三極管13</p><p>　　2.6 電磁繼電器15</p><p>　　2.7 74LS20016</p><p><b>　　致 謝17</b></p><p><

14、b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p>　　附錄1:元器件清單19</p><p><b>　　繼電器19</b></p><p>　　附錄2:總設(shè)計(jì)原理圖20</p><p>　　1 電路綜合設(shè)計(jì)方案及原理</p><p>　　1.1 綜合設(shè)計(jì)圖 </

15、p><p><b>　　圖1.1綜合構(gòu)架圖</b></p><p>　　如圖1.1所示，該電路每部分相應(yīng)的功能：首先有水位檢測電路產(chǎn)生整個(gè)電路的輸入信號，該信號傳至范圍測量電路，輸出其他電路的控制信號，控制其他電路的工作，電機(jī)控制電路部分接收到有信號處理電路輸出的有效控制信號后正常工作驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動抽水，使水位上升，而水位的變化直接關(guān)系到信號的產(chǎn)生，水位顯示電路接收到有效信

16、號后驅(qū)動顯示器工作，使其顯示該時(shí)刻的水位狀態(tài)，因此有個(gè)循環(huán)過程：由“信號產(chǎn)生→信號處理→電機(jī)控制→電機(jī)→信號處理”這個(gè)循環(huán)就能使該水塔具有自動控制水位的能力。本設(shè)計(jì)圖由電源電路給各個(gè)電路提供直流電源。 </p><p>　　1.2 電路設(shè)計(jì)原理</p><p>　　1.2.1 電源電路</p><p>　　圖1.2.1 電源電路</p><p&g

17、t;　　如圖1.2.1為電源電路直接可以從電網(wǎng)供電，通過變壓器電路，整流電路，濾波電路，和穩(wěn)壓電路直接將電網(wǎng)中的220V交流電轉(zhuǎn)換成+12V的支流電壓。采用常規(guī)的鐵心變壓器，將高壓轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪?。二極管橋式電路，任務(wù)是將交流電換成直流電。由C1，C2，C3，C4構(gòu)成，用于濾去整流輸出電壓中的紋波，本電路采用電容輸入式，電容具有平波作用。使紋波較小，適用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動不大的電路。采用三端穩(wěn)壓集成電路，有輸入，輸出和接地端，內(nèi)部由啟動

18、電路，基準(zhǔn)電壓電路，取樣比較放大電路，調(diào)整電路和保護(hù)電路組成。電路中接入電容用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償防止穩(wěn)壓器自激振蕩和抑制電路引入的高頻干擾，另一方面以減少穩(wěn)壓電源輸出端由輸出電源引入的低干擾。</p><p>　　1.2.2 水位檢測及范圍測量電路</p><p>　　圖1.2.2 水位檢測電路及范圍測量電路</p><p>　　水位監(jiān)測電路由可變電阻R3﹑R4和一個(gè)電

19、阻型水壓傳感器構(gòu)成。電阻型水壓傳感器是最簡單也最典型的一種水壓傳感器，它的工作原理是通過阻抗的變化來表示水壓的變化，同時(shí)將水壓信號轉(zhuǎn)化為電信號Vs，即Vs代表了實(shí)際水位S。本電路采用的電阻型水壓傳感器型號為PT500-501，是水壓傳感器，即傳感器的阻抗隨水壓的增加而增加。可變電阻R3和R4的作用是通過調(diào)節(jié)可變電阻的阻值，就可以調(diào)Vs的范圍，也就可以調(diào)節(jié)水位控制范圍。</p><p>　　水位范圍測量電路由兩部分

20、構(gòu)成：</p><p>　　第一部分是由電阻R1、R2和穩(wěn)壓管D1、D2構(gòu)成的參考電壓產(chǎn)生電路；</p><p>　　第二部分是由遲滯比較器構(gòu)成的水位范圍測量電路。</p><p>　　參考電源產(chǎn)生電路的功能是產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的電壓，由于參考電源產(chǎn)生電路輸出端介入比較器的輸入，為了防止出現(xiàn)輸出電流導(dǎo)致參考電源不穩(wěn)定的情況，電路采用電阻和穩(wěn)壓管相結(jié)合的方式構(gòu)成。其中穩(wěn)壓管

21、的穩(wěn)壓電壓為8V，而輸出VREF1=+8V，VREF2=+4V。</p><p>　　水位范圍測量電路的功能有兩個(gè)：</p><p>　　第一是確定實(shí)際水位和水位控制范圍的大小關(guān)系；</p><p>　　第二是防止出現(xiàn)跳閘的現(xiàn)象。</p><p>　　首先，Vs1和Vs2分別輸入到運(yùn)算放大器的同相輸入端，而Vs則同時(shí)輸入到這兩個(gè)運(yùn)算放大器的反

22、相輸入端。當(dāng)水位低于S1時(shí)，Vs< VREF2，Vo1和Vo2輸出都為高電平；當(dāng)水位高于S1低于S2時(shí)，VREF2<Vs< VREF1，Vo2輸出為高電平，Vo1輸出為低電平；當(dāng)水位高于S2時(shí)，Vs> VREF1，Vo1和Vo2輸出都為低電平。本電路通過遲滯比較器代替單門限比較器來防止跳閘現(xiàn)象的出現(xiàn)。遲滯比較器U1的特性表達(dá)式為</p><p>　　遲滯比較器U1B的特性表達(dá)式為：<

23、/p><p>　　=R10*Vs1/(R10+R8)+R8*V1/(R10+R8)=(7.3+1.1)V=8.4(V)</p><p>　　= R10*Vs1/(R10+R8)+0=7.3(V)</p><p>　　由此可得到回差范圍=()-()=1.1（V）</p><p>　　從高電平轉(zhuǎn)換為低電平和從低電平轉(zhuǎn)換為高電平的分界點(diǎn)電壓值有1.1V

24、的回差范圍，從而就可以防止跳閘現(xiàn)象的出現(xiàn)。同理遲滯比較器U2的特性表達(dá)式為=()-()=1.1（v）</p><p>　　1.2.3 水位狀態(tài)顯示電路</p><p>　　本原理圖用三個(gè)發(fā)光二極管表示水位的狀態(tài)，紅色二極管表示正常水位低于S1水位，即缺水狀態(tài)，黃色二極管亮表明水位在S1和S2之間，綠色二極管亮表明水滿狀態(tài)。</p><p>　　圖1.2.3 顯示電路

25、</p><p>　　本原理圖用三個(gè)發(fā)光二極管表示水位的狀態(tài)。由電路輸出可列出二極管驅(qū)動真值表：</p><p>　　表1.2.3 二極管驅(qū)動真值表</p><p>　　有真值表可以得出D7=A”B”,D8=A”B,D9=AB,(注：A”表示A非)</p><p>　　此電路有74LS00來實(shí)現(xiàn)，其擁有四個(gè)兩輸入端與非門，再配合</p&

26、gt;<p>　　反相器，就能實(shí)現(xiàn)這個(gè)電路。</p><p>　　1.2.4 電動機(jī)控制電路</p><p>　　圖1.2.4 電動機(jī)控制電路及水泵狀態(tài)電路</p><p>　　水泵開關(guān)電路時(shí)由三極管電路和繼電器電路構(gòu)成的。由于水泵中通過的都是大電流，產(chǎn)生大功率，而直流電源無法提供大電流和大功率，因此水泵需要交流供電，這樣一來，電路中的開關(guān)必須采用繼電

27、器電路。而一般運(yùn)算放大器的輸出電流無法驅(qū)動繼電器，因此需要加入電流放大電路。三極管接為共射極電路，當(dāng)輸入電壓為高電平時(shí)，三機(jī)管導(dǎo)通飽和，可以將輸入電流放大β倍；當(dāng)輸入電壓為低電平時(shí)，三極管截止，無電流通過。繼電器連接三極管的集電極，當(dāng)有電流驅(qū)動時(shí)，開關(guān)吸合，對應(yīng)的水泵通電；當(dāng)無電流啟動時(shí)，開關(guān)斷開，對應(yīng)的水泵不通電，同時(shí)在繼電器兩端并聯(lián)入二極管進(jìn)行保護(hù)。顯示電路由發(fā)光二極管構(gòu)成。通過發(fā)光二極管亮滅來表示水泵是否通電，同時(shí)由于繼電器的驅(qū)動

28、電流過大，需要加入限流電阻。</p><p>　　2 本實(shí)驗(yàn)所用器件清單及說明</p><p><b>　　2.1 水壓傳感器</b></p><p>　　本電路采用的電阻型水壓傳感器型號為PT500-501，是水壓傳感器，即傳感器的阻抗隨水壓的增加而增加。如圖：</p><p>　　圖2.1 水壓傳感器</p&g

29、t;<p>　　產(chǎn)品基本特性：PT500-500系列壓力變送器采用高精度高穩(wěn)定性電阻應(yīng)變計(jì)/擴(kuò)散硅晶體/陶瓷晶體等做為變壓器的感壓芯片，選進(jìn)的貼片工藝，配套帶有零點(diǎn)、滿量程補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償?shù)母呔群透叻€(wěn)定性放大集成電路，將被測量介質(zhì)的壓力轉(zhuǎn)換成4～20mA、0～5VDC、0～10VDC、0.5～4.5VDC等標(biāo)準(zhǔn)電信號。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)采用全封焊結(jié)構(gòu)，使之產(chǎn)品的抗沖擊能力、過載能力、產(chǎn)品密封性等性能有了較大提高，產(chǎn)品最高壓力可達(dá)15

30、0MPa。產(chǎn)品過程連接部分和電氣連接部分有多種方式，能夠最大限度的滿足用戶的需求。</p><p><b>　　2.2 遲滯比較器</b></p><p>　　2.2.1 電路組成</p><p>　　遲滯比較器是一個(gè)具有遲滯回環(huán)傳輸特性的比較器。在反相輸入單門限電壓比較器的基礎(chǔ)上引入正反饋網(wǎng)絡(luò)，就組成了具有雙門限值的反相輸入遲滯比較器。由于反

31、饋的作用這種比較器的門限電壓是隨輸出電壓的變化而變化的。它的靈敏度低一些，但抗干擾能力卻大大提高。</p><p>　　圖2.2.1遲滯比較器電路 圖2.2.3傳輸特性</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)的過程中，我得到了許多人的幫助。</p><p>　　首先我要感

32、謝我的老師在課程設(shè)計(jì)上給予我的指導(dǎo)、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次報(bào)告的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術(shù)上的難題，讓我能把系統(tǒng)做得更加完善。在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識，而且也開闊了視野，提高了自己的設(shè)計(jì)能力。</p><p>　　其次，我要感謝幫助過我的同學(xué)。同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境。</p><p>　　最后再一次感謝所有在設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助

33、過我的良師益友和同學(xué)</p><p>　　通過本周的課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識到課本上的知識的實(shí)際應(yīng)用，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了思考和解決實(shí)際問題的能力。這是我第一次做課程設(shè)計(jì)，給我留下了很深的印象。雖然只是短暫的一周，但在這期間，卻讓我受益匪淺。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)讓我認(rèn)識到了知識和實(shí)踐的重要性。只有牢固掌握了所學(xué)的知識，才能有清晰的思路，知道每一步該怎樣走。才能順利的解決每一個(gè)問題。

34、就以這次課程設(shè)計(jì)為例，剛拿到題目的時(shí)候，大致看一下要求，根據(jù)平時(shí)所學(xué)的知識，腦海中就立刻會想到應(yīng)該用到的元器件，然后再去圖書館去查這些元器件的資料，很快地初步方案以及大概的電路原理圖就出來了。但是，在具體的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，我卻不知道為什么，從而明白了自己基礎(chǔ)知識掌握得不牢固。所以，這次課程設(shè)計(jì)在讓我認(rèn)識了知識的重要性之外，更讓我明白了自己理論知識和實(shí)踐知識的欠缺，讓我堅(jiān)定了以后努力學(xué)習(xí)知識的決心。</p><p>　

35、　一周的課程設(shè)計(jì)雖然結(jié)束了，但是在這期間所學(xué)的知識和老師的指導(dǎo)卻讓我難以忘記。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　主要參考資料</b></p><p>　　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

36、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><p>　　5．康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，2003</p><p><b>　　附錄1:元器件