液位控制器毕业论.doc

18:40:122014届毕业生毕业论文分类号： 学校代码：14245 学 号： 毕业设计（论文）论文题目：液位控制器系别名称： 新乡职业技术学院 专业名称： 电气工程及其自动化 学生姓名： 谢勇斌 2014年12月20日 摘 要 在我国工农业生产中有许多情况需要对液体的液面高度进行自动化控制或者半自动化控制，这就需要一种设备能在液体的液面达到规定高度时发出信号，这种设备我们称之为液位控制器。我们的设计之主要目的在于了解接触器，水泵等器件的工作原理，使我们能熟悉类比式水位控制回路系统，使用三支水位感应测电极棒，来测出水位高低并且将讯号传送到控制器中，再利用继电器接收讯号，并启动光电感应器与继电器，以达成水位控制目的。本设计阐述了水箱水位控制中一种新型的实用电路。它是采用数字电路与模拟电路及具有LED显示水箱液位定点控制相结合、集成电路与分立元件相结合的方法，该电路采用各色LED灯显示的水箱动态液位。适用于城镇居民楼房，特别是农村住宅楼房生活用水水箱的水位自动控制。液位是工业过程生产中经常遇到的控制对象之一，对所需的液位控制对象进行精确的控制，关系到产品的质量，是保障生产效果和安全的重要问题。因而，液位的控制具有重要的现实意义和广泛的应用前景。关键词：水箱水位，自动控制，故障报警 目 录 1绪论1.1 课程设计的意义.41.2 设计的任务和要求.42电路各部分元件检测与分析及电路原理分析2.1电阻、电容的识别与检测.52.2二极管的识别与检测.62.3三极管的识别与检测.63电路的焊接方法及注意事项3.1 焊接的准备工作.53.1.1 电烙铁的握法.73.1.2 手工焊接的要求.73.2 焊接检查.83.1.1 手触检查.83.1.2 通电检查.84 水位控制器设计方案 4.1 自动控制水泵机.94.1.1 电路图及工作原理.94.2 液位控制器.104.2.1 液位控制器的原理图.104.2.2 液位控制器的工作原理.12结束语.15致 谢.16参考文献.17第一章 绪 论在以大量运用现代化的社会中，各种感应(测)器的发明与使用大幅地改变了我们的世界，日常生活中的抽水马桶便是利用浮球开关水位控制的最好例子。浮球式水位控制器的原理不但很简单且材料也很低廉，但利用浮球开关所做的水位控制器也有缺点，其浮球连杆的支点常故障且容易生锈腐蚀，经人们改善后，工业已制作出压力式、直读式、机械式、微波式、重量式、重锤式、辐射线式、电容式、电极式、超音波式等水位控制电路系统；化学工厂，钢铁工厂、面粉工厂、饲料工厂、水泥工厂等工业可用使得生产得以自动化。此次我们组设计的是简单的液位控制器，我们的设计之主要目的在于了解接触器，水泵等器件的工作原理，使我们能熟悉类比式水位控制回路系统，使用三支水位感测电极棒，来感测出水位高低并且将讯号传送到控制器中，再利用继电器接收讯号，并启动光电感应器与继电器，以达成水位控制目的。经由操作本系统后，可以了解到家庭中的浮球式抽水马桶与本系统有何差别，并且可使我们从系统中得知电子组件的特性。 1.1 课程设计的意义 本次课程设计是在我们实习过又一次实践，可增加我们的动手能力，特别是对电路的系统设计有很大帮助。本课程有我们组共同完成，在锻炼了自己的同时也增强了自己的团队意识和团队合作精神。1.2 设计的任务和要求 1. 接通电源后，若水箱中无水，水箱进水，水位上升到正常水位。 2.当用户开始用水时，水箱内水位不断下降，一旦水位低于低水位，继电器开始新一轮供水工作，周而复始。 在上述工作过程中，若出现低水位不能正常供水的情况，电路报警，提醒用户引起注意，在进水过程中，若水位超过了高水位，后级报警电路同样会发出报警讯响。 功能测试：1.先不用插传感的两条线，通电后，此时低水位（红色）LED应发光。2.用镊子把J1短路（模拟水涨到中水位），此时中水位（黄色）LED应发光。 3.保持J1短路的情况下，再用一把镊子将J2短路（模拟水涨到高水位），此时高水位（绿色）LED灯应发光，继电器吸合（继电器指示LED发光）。第二章 电路各部分元件检测与分析2.1 电阻、电容的识别与检测电阻在电路中用“R”加数字表示，如：R1表示编号为1的电阻。电阻在电路中的主要作用为分流、限流、分压、偏置等。参数识别：电阻的单位为欧姆（），倍率单位有：千欧（K），兆欧（M）等。电阻的色标位置和倍率关系如下表所示： 颜色银色金色黑色棕色红色橙色黄色绿色蓝色紫色灰色白色有效数字/0123456789倍率X0.01X0.1+0X10X100X1000X10000X100000X1000000X10000000X100000000X1000000000有效偏差 (%)105/12/0.50.20.1/表1电容在电路中一般用“C”加数字表示（如C13表示编号为13的电容）。电容是由两片金属膜紧靠，中间用绝缘材料隔开而组成的元件。电容的特性主要是隔直流通交流。 电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小，电容对交流信号的阻碍作用称为容抗，它与交流信号的频率和电容量有关。 容抗XC=1/2f c (f表示交流信号的频率，C表示电容容量)识别方法：电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同，分直标法、色标法和数标法3种。数字表示法：一般用三位数字表示容量大小，前两位表示有效数字，第三位数字是倍率。电容容量误差表： 符 号 FG JKLM允许误差 1%2%5%10% 15%20%表22.2 二极管的识别与检测 晶体二极管在电路中常用“D”加数字表示，如： D5表示编号为5的二极管。作用：二极管的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。识别方法：二极管的识别很简单，小功率二极管的N极（负极），在二极管外表大多采用一种色圈标出来，有些二极管也用二极管专用符号来表示P极（正极）或N极（负极），也有采用符号标志为“P”、“N”来确定二极管极性的。发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长脚为正，短脚为负。 测试注意事项：用数字式万用表去测二极管时，红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极，此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值，这与指针式万用表的表笔接法刚好相反。 0 e/ M1 N3 v4 w3 a10 p2.3 三极管的识别与检测三极管的电极判别用万用表判别晶体三极管的引脚依据：NPN型三极管基极到发射极、基极到集电极均为PN结正向，PNP型三极管基极到发射极、基极到集电极均为PN结反向。第一步，判定基极b。对于功率在1W以下的中、小功率管，用万用表Rx100或尺lk挡测量；对于功率在1W以上的大功率管，用万用表Rxl0或Rxl挡测量。如果用万用表Rx100或Rxlk挡测量三极管3个电极中每两个极之间的正、反向电阻值，当用第一根表笔接某一电极，而第二表笔先后接触另外两个电极，均测得低阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。这时，要注意万用表表笔的极性，如果红表笔接的是基极b，黑表笔分别接在其他两极，测得的阻值都较小，则可判定被测三极管为PNP型管；如果黑表笔接的是基极b，红表笔分别接触其他两极，测得的阻值较小，则被测三极管为NPN型管。第二步，判定集电极c和发射极e（以PNP为例）。将万用表置于Rx100或Rxlk挡，红表笔接基极b，用黑表笔分别接触另外两个引脚时，所测得的两个电阻值会是一个大一些，另一个小一些。在阻值小的一次测量中，黑表笔所接引脚为集电极；在阻值较大的一次测量中，黑表笔所接引脚为发射极。第三章 电路的焊接方法及注意事项3.1焊接的准备工作3.1.1电烙铁的握法 使用电烙铁的目的是为了加热被焊件而进行锡焊，绝不能烫伤、损坏导线和元器件，因此必须正确掌握电烙铁的握法。手工焊接时，电烙铁要拿稳对准，可根据电烙铁的大小、形状和被焊件的要求等不同情况决定电烙铁的握法。电烙铁的握法通常有3种，如图1所示。3.1.2 焊锡丝的拿法 1.连续锡丝拿法:连续锡丝拿法是用拇指和四指握住焊锡丝，三手指配合拇指 和食指把焊锡丝连续向前送进。它适用于成卷（筒）焊锡丝的手工焊接。 2.断续锡丝拿法:断续锡丝拿法是用拇指、食指和中指夹住焊锡丝，采用这种 拿法，焊锡丝不能连续向前送进。它适用于用小段焊锡丝的手工焊接。 焊接操作的注意事项 1.由于焊丝成分中铅占一定比例，众所周知，铅是对人体有害的重金属，因此操作时应戴手套或操作后洗手，避免食入。 2.焊剂加热时挥发出来的化学物质对人体是有害的，如果在操作时人的鼻子 距离烙铁头太近，则很容易将有害气体吸入。一般鼻子距烙铁的距离不小于30cm，通常以40cm为宜。 3.使用电烙铁要配置烙铁架，一般放置在工作台右前方，电烙铁用后一定要 稳妥地放于烙铁架上，并注意导线等物不要碰烙铁头。3.1.3手工焊接的要求 通常可以看到这样一种焊接操作法，即先用烙铁头沾上一些焊锡，然后将烙铁放到焊点上停留等待加热后焊锡润湿焊件。应注意，这不是正确的操作方法。虽然这样也可以将焊件焊起来，但却不能保证质量。当把焊锡熔化到烙铁头上时，焊锡丝中的焊剂附在焊料表面，由于烙铁头温度一般都在250350，在电烙铁放到焊点上之前，松香焊剂不断挥发，而当电烙铁放到焊点上时，由于焊件温度低，加热还需一段时间，在此期间焊剂很可能挥发大半甚至完全挥发，因而在润湿过程中会由于缺少焊剂而润湿不良。同时，由于焊料和焊件温度差得多，结合层不容易形成，很容易虚焊。而且由于焊剂的保护作用丧失后焊料容易氧化，焊接质量也得不到保证。不能移动被焊件之间的位置，因为焊料未凝固时，如果相对位置被改变，就会产生假焊现象。 上述过程对一般焊点而言，大约需要两三秒钟。对于热容量较小的焊点，例如印制电路板上的小焊盘，有时用三步法概括操作方法，所以五步法有普遍性，是掌握手工焊接的基本方法。各步骤之间停留的时间对保证焊接质量至关重要，只有通过实践才能逐步掌握。3.2焊接检查3.1.1手触检查 手触检查主要有以下内容： 1.用手指触摸元器件时，有无松动、焊接不牢的现象。2.用镊子夹住元器件引线轻轻拉动时，有无松动现象。 3.焊点在摇动时，上面的焊锡是否有脱落现象。 3.1.2通电检查 通电检查必须在外观检查及连线检查无误后才可进行，它是检验电路性能的关键步骤。如果不经过严格的外观检查，通电检查不仅困难较多，而且有损坏设备仪器、造成安全事故的危险。例如电源连线虚焊，那么通电时就会发现设备加不上电，当然也就无法检查。通电检查可以发现许多微小的缺陷，例如用目测观察不到的电路桥接，但对于内部虚焊的隐患就不容易觉察。所以根本的问题还是要提高焊接操作的技术水平，不能把问题留给检查工作。第四章 水位控制器的方案4.1自动控制水泵机4.1.1电路图及工作原理图3如图：图中继电器J是用来控制水泵的电源，电容C1是为了消除信号线上的干扰。 IC:NE555接成施密特触发电路，利用其回差特性而达到保持的目的。自动抽水：当水位下降低于C点时，C点悬空。IC的2脚低于1/3Vcc，其3脚输出高电平，继电器得电吸合，启动水泵抽水，水位逐渐上升。中间保持：当水位上升到点到点之间时，电阻R4被串接入电路，此时P点电位控制在12左右，触发器保持原来的状态不变。抽水自停：当水位上升至点时，由于水电阻较小,P点电位高于2/3Vcc，1C的3脚输出低电平，继电器断电，水泵停止抽水。这样可以达到自动抽水的目的。该电路简单、制作容易，一般不需调试就可以工作。说明: 水位探测线A B C可直接用胶皮铝线做成，插到水池里，BC要求靠得很近但不能直接接触.A是最高水位探测线，C是最低水位探测线。4.2 液位控制器 4.2.1电气控制原理电路，如图所示:图4图5所需原器件：名称型号/规格编号数量名称型号/规格编号数量电阻220RR71LEDF5红发红D6 D82680RR5 R92F5黄发黄D712.2KR11 R17 R203F5绿发绿D314.7KR10 1集成电路LM324U1110KR21 R222IC插座14PINU1147KR1-3 8 12 14 16 18 199按键开关5.8*5.8S11100KR6 R15 2继电器5V 1P2TK111MR4 R132接线端子2.54 2P立J1 J1 J33电容104C2-C5 C7-C97201-3PJ41223C11端子线单头1503310uF/25VC101控制PCB45*71mm11100uF/16C61传感PCB86*24mm11二极管1IN4148D1 D2 D4 D54红色导线65mm长221IN4007D91黑色导线65mm长22三极管S8050QI Q22热缩导管F2*21MM44表34.2.2液位控制器的工作原理：整个系统由振荡电路、LED指示电路、继电器驱动电路、基准电压、电源电路及传感器电路构成。1.振荡电路：U1A及外围元个组成一个多谐振荡器，工作在震荡放大器状态。R1和R12对5V进行分压，R3为正反馈电阻，共同输入3脚的基准电压V+，反向输入端2脚V-取自R2、C1组成的积分电路C1两端。V+与V-进行比较决定输出SIG电压的高低，由于不断在正反两个方向充电盒放电，使V-的电压不断大于V+和小于V+，输出的SIG电压也就不断在高低电平间翻转，这样就产生了系统所需的振荡信号SIG。2.LED指示电路：此电路包括整流滤波和电压比较两部分。C2为耦合电容，D1、D2整流，C4滤波，在R4上形成整流滤波后的电压作为U1B反向输入端电压。同向输入端电压由基准电压VREF提供，同向输入端电压和反相输入端电压进行比较，若同向输入端电压大于反向输入端电压则输出高电平；反之输出低电平。J1和J2外接水位传感器，相当于是水位控制的两个开关，低水位时J1和J2均为开路状态，R4和R13上无电压。此时U1的7脚和8脚均输出高电平，故只有红色D6（低水位指示）发光。中水位时，水位传感器使J1短路，SIG信号经C8藕合、经导电液体到C7藕合、D4和D5整流、C9滤波在R13上形成电压作为U1C反相输入端电压；此电压大于U1C同向输入端电压，所以8脚输出低电平，红色D6（低水位指示）熄灭，D7黄色（低水位指示）发光。高水位时，水位传感器使J2也短路，SIG信号经C3藕合、经导电液体到C2藕合、D1和D2整流、C4滤波在R4上形成电压作为反向输入端电压；此电压大于U1B同向输入端电压，所以7脚输出低电平，红色D7（中水位指示）熄灭，D3绿色（高水位指示）发光。3.继电器驱动电路：LED指示电路中的两个输出端7脚和8脚经R8和R16分压后得到VIN电压作为U1D电压比较器的反向输入端电压；同向输入端电压由基准电压VREF大于VIN时，14脚输出高电平，反之则输出低电平。S1为功能切换开关，以14脚输出低电平为例来说明功能切换开关的工作原理，功能1（原理图上开关向上拨动）低电平经R21限流到Q2的基极，Q2截止，继电器不工作。功能2（原理图上开关向下拨动）低电平经R21限流到Q1的基极，Q1截止，5V电压（高电平）经R22再经开关到Q2的基极，Q2导通，继电器得电工作。4.基准电压：由R10和R11串联分压获得基准电压，C10起到进一步稳定基准电压的作用。电阻分压计算公式为：VREF=5*R11/(R10+R11)。5.电源电路：J3外接5V电源，C5、C6滤波。6.传感器电路：由两组镀锡走线构成，较长一组为中水位感应线，较短一组为高水位感应线。如果在实际应用中感觉中水位和高水位距离不够，可用两条导电铜丝分别焊接在中水位感应线上。功能测试：1.先不用插传感的两条线，通电后，此时低水位（红色）LED应发光。2.用镊子把J1短路（模拟水涨到中水位），此时中水位（黄色）LED应发光。3.保持J1短路的情况下，再用一把镊子将J2短路（模拟水涨到高水位），此时高水位（绿色）LED灯应发光，继电器吸合（继电器指示LED发光）。注：通电前请先检查电源极性是否正确，一单接反U1会发烫，可能损坏U1。 LCT-1液位控制器可实现以下两种功能：（功能1和2通过按键S1切换）1.三种颜色LED分别指示低（红色）、中（黄色）、高（绿色）液位，低液位时继电器吸合（外接水泵工作），开始加水，液位升高到高液位时继电器断开（水泵停止工作），待液位再次降到低液位时继电器再次吸合，上述过程循环。此功能应用在自动加水设备中，可让液位维持在低液位和高液位之间。2.三种颜色LED分别指示低（红色）、中（黄色）、高（绿色）液位，高液位时继电器吸合（外接电磁阀工作），开始排水，液位降到低液位时继电器断开（电磁阀停止工作），待液位再次升高到高液位时继电器再次吸合，上述过程循环。此功能应用在自动排水设备中，可让液位维持在低液位和高液位之间。3.接通电源后，若水箱中无水，水箱进水，液位上升到正常液位。 4.当用户开始用水时，水箱内液位不断下降，一旦液位低于低液位，电磁阀开始新一轮供水工作，周而复始。 在上述工作过程中，若出现低液位不能正常供水的情况，电路报警，提醒用户引起注意，在进水过程中，若液位超过了高液位，后级报警电路同样会发出报警讯响。 综上所述由于条件有限，故第二套方案具有可行性，因此此次毕业设计采用第二套方案。 结束语通过这次对带LED灯显示的水箱液位定点控制系统的设计与制作。让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于系统的原理与设计理念。要设计一个电路要先用仿真尝试验证可行后才实际接线的。但最后的成品却不一定是我们想象的样子，让我们懂得了实际操作与课本上的不同。在实际接线中有着各种各样的条件制约着。即使有的在仿真中工作良好，但实际中却不能成功运行。所以，在实际中充分考虑两者之间的差异。其中，找出