简易水塔水位控制课程设计.doc

目录1 概述1 1.1方案的提出12 系统总体方案设计2 2.1系统的组成框图2 2.2 各单元电路的工作原理2 2.2.1 电源电路2 2.2.2 水位监测和水位范围测量电路33 主要元器件的工作原理及参数7 3.1 元器件的工作原理及参数7 3.1.1 变压器7 3.1.2 桥式整流电路7 3.1.3 三端稳压器8 3.1.4 继电器8 3.1.5 555定时器8结论与展望10参考文献11附录1 电路原理总图12附录2 元器件清单131概述1.1方案的提出该方案电源电路采用电网供电，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电转换成直流5V电压。稳压电路由三端稳压器实现，用它来组成稳压电源只需很少的外围元件，电路非常简单，且安全可靠。水位测量和水位监测电路主要有电阻型水压传感器和迟滞比较器组成。电阻型水压传感器是最典型也是最简单的一种压力传感器。迟滞比较器不仅可以测量水位的范围，还可以防止跳闸现象的出现，并且通过可变电阻实现了手动调节水位范围的功能。水泵开关电路和显示电路主要由电流放大电路和继电器组成，是一种比较典型的和简单的电路。用发光二极管构成显示电路更容易观察水泵工作情况。综上所述，此方案电路图构成简单易懂，元器件的价格便宜，性能较稳定，操作简单，且有经济前景。2 系统总体方案设计2.1系统的组成框图 图2-1 建议水塔水位控制电路的总体框图 水位自动控制组成款图2-1所示，由电源电路给各个电路提供直流电源，通过检测电路对水塔水位及范围的测量，产生不同的电位通过由555定时器组成的单稳可重复触发电路控制电路，控制继电器的工作状态，从而实现对水泵工作状态的自动控制，并由红绿发光二极管显示水泵的工作状态。 2.2 各单元电路的工作原理 该电路能够检测出水塔的水位，并且能够在不同的水位下通过两个水泵控制。当SS1时，两个水泵都放水，红灯亮，当S1SS2时，两个水泵都关闭，并且通过调节触头的深度可以改变水位S1，S2的范围，该电路还能通过发光二极管显示水泵放水的各种状态。2.2.1 电源电路 图2-2 电源电路电源电路的设计采用的方法如图2-2所示电路，直接从电网供电，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电转换成+5V的支流电压。电路中变压器采用常规的铁心变压器，整流电路采用二极管桥式整流电路，C1、C2、C3和C4完成滤波功能，稳压电路采用三端集成电路来实现。稳压管采用MC7805CP可以清除电网波动及负载变化的影响，保持输出电压5V的稳定。2.2.2 水位监测和水位范围测量电路 水位检测原理如图2-3所示：S1、S2分别为水塔的两个水位(S1S2)，且设S为实际水位。S1、S2是水位探头，一般可用二芯电源线制作，上端分别接上拉电阻，当触头悬空时，保证为高电平，若触头碰到水或者浸泡在水中即为低电平。水位控制电路根据探头S1、S2是否浸入水中作为输入信号，由控制电路分析处理后，控制水泵的工作。其工作状态可分为以下几种情况：当SS1时，S1、S2输出都为高电平，经过控制电路后，可使水泵B1、B2同时放水；当S1SS2时，S1、S2都输出低电平，经过控制电路后，水泵B1、B2都不工作，水泵工作显示说明将在后面加以说明。另外若想人为的控制水位的范围，只要该改变水位探测触头的深度即可改变水位检测的范围。图2-3 水位监测和水位范围测量电路2.2.3 水泵开关及显示电路 图2-4 水泵自动和显示电路 如下图2-4所示为该电路的工作波形图： 图2-4 电路工作波形图电路自动控制工作原理：如图2-4所示，水泵控制电路主要是由555定时器构成的可重复单稳触发器和继电器组成。如图所示，水泵B1、B2分别由相应的可重复单稳触发器和继电器控制，其工作原理相同。共工作原理如下分析：当SS1时，S1、S2输出都为高电平，分别经过反相器U4、U5后，都变为低电平，然后分别作为触发器1和触发器2的输入信号，由555定时器构成的可重复单稳触发器可知，低电平信号由2端口输入，输出3端口为高电平，且此时接在输出端口的红绿发光二级管都亮，高电平信号经BJT共射极放大电路放大电流后，驱动继电器工作，启动水泵，水泵B1、B2同时放水；当S1SS2时，S1、S2都输出低电平，分别经过反相器 U4、U5后，都转为高电平，由555定时器工作原理可知，输入给高，输出为低电平，红绿发光二级管都灭，继电器D1、D2都不翻转，水泵B1、B2都不工作。电路手动控制工作原理 ：如图所示，开关S1为手动控制开关，当水位检测电路出现故障时，即S1、S2没有输出信号时，控制电路不能自动工作，此时即可以通过手动控制水泵工作，使控制电路更加完善。3 主要元器件的工作原理及参数3.1 元器件的工作原理及参数3.1.1 变压器变压器是电路中用来升压降压的电力变压器。变压器的原理是电磁感应技术，变压器有两个分别独立的共用一个铁芯的线圈。分别叫做变压器的次级线圈和初级线圈。电流的大小和方向随时间变化的，变压器的初级线圈通上交流电时，变压器的铁芯中产生了交变的磁场，在次级就感应出频率相同的交流电压。变压器的初次级线圈的匝数比等于电压比，不能改变直流电压，因为直流电压是不会变化的，电流通过变压器时不会产生交变的磁场，所以次级线圈只能在直接接通的一瞬间产生一个瞬间电流和电压。变压器的主要参数：电压比 n=U1/U2=N1/N2频率 =P2/P1*100%额定功率 PN3.1.2 桥式整流电路桥式整流电路由四个二级管组成，如图3-1所示。 图3-1 桥式整流电路主要参数：输出电压平均值：Ul=0.9U2输出电流平均值：Il=Ul/Rl=0.9U2/Rl流过二极管的平均电流：Id=Il/2二极管承受的最大反向电压：25V-100V3.1.3 三端稳压器该稳压器内部设有电流过流、过热和调整管安全区保护电路，以防止过载而损坏，用它来组成稳压电源只需很少的外围元件，电路简单且安全可靠。3.1.4 继电器继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统和被控制系统，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种自动开关。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流一定电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力下返回原来的位置，使动触点与原来的静触点吸合。这样吸合释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的常开常闭触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为常开触点；处于接通状态的静触点称为常闭触点。3.1.5 555定时器555定时器电路如图3-2所示，当VI输入负向脉冲后，电路进入暂稳态，同时BJT T导通，电容C放电。输入脉冲撤除后，电容C放电，在Vc未达到2/3Vcc之前 ，电路处于暂稳态。如果在此期间，又加入新的触发脉冲，BJT T又导通，电容C再次放电，输出仍然维持在暂稳态。只有在触发器脉冲撤除后且在输出脉宽tw时间间隔内没有新的触发脉冲，电路才返回到稳定状态。这种电路可作为失落脉冲检出电路。由555定时器构成的可重复触发单稳电路如图3-2所示。 图3-2 由555定时器构成的可重复触发单稳电路工作波形图图3-3 由555定时器构成的可重复触发单稳电路 结论与展望通过这次电子课程设计，我学会了许多东西，不仅在理论上对部分知识有了一定深入了了解，最重要的是我尝试到了实践的乐趣，并学到了不少东西。从本次简易水位控制电路的设计开始，由问题的出现，提出设计方案，然后分析问题，得出工作波形图，各单元电路的分析及元器件的选取，画出电路图，最后就是检查和设计的总结了。通过以上的过程，我更加熟悉了对Protel软件的应用，并且对部单元电路有了一定的认识，而且对本次使用的各原件的使用方法有了更深的认识，对以后的设计积累一点点经验。通过这次的课程设计，我又一次体会到了实践和理论结合的重要性，只有把理论知识应用到实践中，才是对知识的真真掌握。另外设计的过程培养了我的思维方式和能力，学会在设计中放眼全局，然后各个突破，抓住细节，一一解决。这次的课程设计我不仅在电子知识和思维培养方面有了一定的提高，意识到了自己知识的不足并且产生了对知识电子设计的浓厚兴趣。另外设计过程充分体现了团队合作的重要性，只有各个队员之间相互配合，相互学习，弥长不短，才能发挥事半功倍的效果。参考文献【1】何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月【2】姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月【3】王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月【4】李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月【5】康华光，电子技术基础，高教出版社，2003【6】刘修文，实用电子电路设计制作，中国电力出版社，2004年10月【7】张庆双，实用电子电路，机械工业出版社，2003年4月【8】陈 忠，电子制作2003年合订本，电子制作杂志社出版发行，2003年附 录1附录2 元器件清单Bill of Materials For Schematic Document 水位控制.SchDocCommentLibRefDesignatorDescriptionQuantity1TO11TO1TF1Transformer1555555U3, U7Timer2反相器反相器U4, U510 Or 01278L0578L05U13-Terminal Positive Voltage Regulator1Res2Res2R1, R3, R4, R5, R6, R8Resistor6Cap Pol3Cap Pol3C1, C3Polarized Capacitor (Surface Mount)2Cap SemiCap SemiC2, C4Capacitor (Semiconductor SIM Model)2Bridge1Bridge1D2Full Wave Diode Bridge1SW-DPSTSW-DPSTS2Double-Pole, Single-Throw Switch1LED0LED0D3, D5Typical INFRARED GaAs LED2CapCapC5, C6, C7, C8Capacitor4MotorMotorB1, B2Motor, Ge