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广西第二届电子设计竞赛水位监测报警系统（A题）摘要本系统以数字电路与模拟电路结合组成，通过主控电路把模拟信号转化为数字信号，然后把数字信号传输给各个部分分别处理后进行显示与警报。该系统设计新颖、简易，灵敏度高，工作稳定，能够自动检测与显示当前水位、高低水位报警等功能。关键字：水位报警系统 数字模拟电路 编码译码驱动前言本系统是以双向模拟开关CD4066芯片为主导，辅以编码驱动、译码驱动等等一系列COMS芯片组成主控电路。在这里我们选用的编码驱动跟译码驱动分别是74LS147和4511BD，门电路芯片有非门74LS04，与非门4011。 该电路具有兼顾多种功能的特点，其能给出高低水位声光提示、能显示当前水位的高度等。并且该电路工作稳定性强，效率高，具有可动性，在现实生活中也能够得到灵活运用，例如在水库，家庭水塔等方面都可以应用。在设计本电路过程中，我们主要往生活实用的方向来设计，该电路结构简易，避免引入多种集成复杂电路模块，使人一看就不会觉得复杂难懂而感到头痛。由于作者水平有限，错误难免，敬祈专家和老师指正。51、总体方案设计1.1 主控制系统设计方案一、利用61单片机设计。根据接收单元接收到的信号通过IO口传输给单片机主控芯片，经过程序处理后输出数字信号，经过译码电路处理后显示水位。逻辑如图1.1所示：图1.1单片机设计框图方案二、利用数模组合电路设计。根据水的导电性给双向模拟开关集成电路CD4066芯片的控制端输入高电平以达到模拟开关的闭合，使整个电路通电与正常工作。其特征是：数模电路与接收单元直接相连，电路接有显示和报警系统。逻辑如图1.2所示：图1.2信号处理系统框图由于在单片机学习和程序编程上能力有限，而对比方案二而言，电路设计简单，原件常见，所要求的功能及发挥部分都较容易实现，经过比较及考虑，我们决定选用方案二来实现要求。1.2 报警系统设计，方案一、单片机语音系统。 基于61单片机语音控制系统的实现，本语音控制系统由单片机及其外围系统组成，通过软件编程给本系统加入语音报警功能。方案二、蜂鸣器报警系统。蜂鸣器报警系统由蜂鸣器、一个三极管和一个电阻，三极管起到开关作用。系统设计起来简单，经济又实用。逻辑如图1.3：.图1.3报警系统框图单片机结合软件编程能实现语音播报功能，但我们程序编程上能力有限，而方案二电路设计简单，元件廉价，而且能够声音警报，基于能力上的限制，我们决定选用方案二来实现要求。2、单元模块设计2.1 水位监测模块设计我们选用一块简易带有探针覆铜板制成，该模块在结构设计上较为简单。电路设计如图2.1所示:图2.1探测模块设计2.2 数模主控模块设计主板上主要是由双向模拟开关CD4066芯片作为信号处理器，把接收到的信号转化为数字信号传输给各个部分。包括发光二极管、数码显示以及报警系统。图2.2给出的是一部分的电路图，其他部分原理相同。 图2.2 数模主控电路设计2.3 显示模块设计显示模块是由主板上给出的信号经过编码驱动以及译码驱动处理后输送到数码显示器显示出来。该模块主要元件选用74LS147、4511BD，门电路74LS04、与非门4011等芯片集成电路组合，信号经过门电路的处理传输给编码器，在用门电路处理后译码显示出来。电路如图2.3所示， 图2.3 数码显示模块电路设计2.4 电路总框图接收模块把接收到的信号传输给数模电路，电路把模拟信号转化为数字信号，然后把数字信号传输给显示部分以及声光报警部分，分别处理后进行显示与警报。整体电路逻辑如图2.4所示：图2.4 电路总框图3、系统调试3.1 测试仪器万用表、刻度尺、电路软件仿真系统万用表主要用来测量电阻值和检查电路是否正常导通，刻度尺用来测量水位的精确度，电路软件仿真系统用来检验电路的可行性。3.2 系统调试每个电路内部有11个独立的模拟信号传送开关，当容器里无水或水位低于5厘米时，由于180K电阻的作用，使11个开关的控制端为低电平。开关断开LED不发光，第一块IC的1脚为高电平，三极管导通，峰鸣器发出警报。随着水位的增加，由于水的导电性，故使得第一块IC的13脚为高点平，第一个开关接通，1脚变为低电平，LED1发光，蜂鸣器停止警报，同时，数码显示部分显示当前水位为5cm。当水位逐渐增高时，由数模电路内部自动控制作用，发光二极管依次指示当前水位，同时数码管也会显示当前水位值。水满时，第三块IC的6脚为高电平，三极管再次导通，蜂鸣器发出警报，同时LED11发光，数码管显示水位为15cm。软件仿真如图3.1所示：图3.1 显示模块软件仿真4、系统功能以及参数 本系统在通电后无人的情况下能够自动的检测水位以及高低水位警报，在低水位（5cm以下）的时候，警报系统蜂鸣器发出“滴、滴”的声音提示，发光管全灭，数码管没有显示；在水位逐渐增加以后（达到5cm以上），蜂鸣器停止警报，发光管随着水位的增加逐个点亮，数码管显示当前水位高度。当水位达到15cm以上（包括15cm）时，发光管全部点亮，蜂鸣器再度发出警报，数码管显示为15。 功能参数记录表水位高度小于5cm5cm515cm15cm二极管发光情况不发光发光逐次发光发光蜂鸣器是否报警是否否是数码管显示05当前水位15 74LS147真值表 4、结论对于此次竞赛我们选用双向模拟开关集成电路CD4066为核心部分，采用水的导电性给控制端提供电平输入，实现声光警报与数字显示两大板块。系统的基本功能达到基本要求，其中分辨率指标达到发挥要求。在当今越来越趋向于自动化的社会，该系统的可用性及简易性更加能取得广泛的应用。通过这次竞赛我们从中学到了许