水位自动控制器的设计

电 子 科 技 大 学毕 业 实 践 报 告报告题目：水位自动控制器的设计 学习中心（或办学单位）：电子科技大学南宁函授站指导老师：孔繁镍 职 称： 副教授 学生姓名：宁彤天 学 号: C10244833103专 业：电子信息工程技术电子科技大学继续教育学院制网络教育学院2012年 04月 01日电子科技大学毕业实践报告任务书及进度计划表学习中心（办学单位）电子科技大学南宁函授站姓名宁彤天学号C10244833103专业电子信息工程技术指导教师孔繁镍职称副教授毕业实践题目水位自动控制器的设计主要任务与要求使用CD4011处理芯片设计一个水位自动控制电路。要求：水位低于预定的水位时，能自动启动水泵抽水；而当水箱中的水位达到预定的高水位时，能使水泵停止抽水，始终保持水箱中有一定的水，既不会干，也不会溢。起讫日期及进度安排起讫日期：2011年12月2012年4月，共16周进度安排：12月01日至01月01日：收集材料、调研、选题、开题01月25日：提出整个设计方案、电路、硬件02月25日：完成整个电路制作、调试03月15日：完成整个设计实践论文报告的编写04月01日：进行排板、完成整个设计报告、打印、装订 指导教师签字：孔繁镍 2012年 04 月 01日电子科技大学毕业实践报告 水位自动控制器的设计目 录第一章 摘要02第二章 介绍主要元件CD401103 一.CD4011芯片功能图03 二.CD4011内部保护网络内部图03 三.CD4011逻辑图04 四CD4011引脚图05第三章 设计方案与电路工作原理06第一节 水位自动控制电路原理06第二节 电源电路工作原理07第三节 水泵开关电路08第四章 调试与安装09第一节 安装09第二节 调试09第五章 元器件清单10第六章 总结11第七章 参考文献12水位自动控制器的设计第一章 摘要本水位自动控制器的设计是为了解决在一些农村，普遍使用井水作为日常生活用水，与之相配套的还在屋顶装有水箱，通过水泵将井水抽到高处的水箱中储存起来，平时就用水箱中的水，从而达到如同城市中的自来水一样方便的效果。在使用中经常会将水箱中的水用干后才知道水箱中已没水了，此时才去合上水泵电源向水箱中供水，整个过程都需要人工参与，非常麻烦，有时还会一时疏忽而使水箱中的水满溢，弄得整个屋子都是水。利用本文介绍的这款水箱水位自动控制器，能够实现如下功能：水箱中的水位低于预定的水位时，自动启动水泵抽水；而当水箱中的水位达到预定的高水位时，使水泵停止抽水，始终保持水箱中有一定的水，既不会干，也不会溢，非常的实用而且方便。本电路包括水位检测电路，水位范围测量电路，水泵开关电路，指示电路和电源电路5部分。水位测量电路的功能是利用水的导电性检测水位的变化，水位范围测量电路的功能是利用比较器的原理实现水位范围的确定，应根据水箱来调节低水位探头放置位置和高水位探头放置的位置。水泵开关是用继电器通与断来完成水泵是否工作，指示电路的功能是显示水泵是否在工作。电源电路则为以上电路提供直流电源本水位自动控制器如把水泵换成其它通断器件(如220V电磁阀)也适用于家庭住宅、学校、工厂、宾馆、办公、楼宇的自来水水塔（水池）式控制，以及供水、消防、轻工、印染、化纤、造纸、化工、食品、饮料、酿造、制糖、养殖、工矿、农业、水处理等行业的给排水和其它生产用液体供给排放自动化控制。 关键字：水位控制 自动电路设计 CD4011 水箱电路第二章 介绍主要元件CD4011一.CD4011芯片功能图,图1图1 CD4011芯片功能图二. CD4011内部保护网络内部图,图2图2 CD4011内部保护网络内部图三. CD4011逻辑图,图3图3 CD4011逻辑图逻辑表达式：Y = Q 无表1 CD4011逻辑真值表(1)当X=0、Y=0时，将使两个NAND门之输出均为1，违反触发器之功用，故禁止使用。如真值表第二列。 (2)当X=0、Y=1时，由于X=1导致NAND-A的输出为“1”，使得NAND-B的两个输入均为“1”，因此NAND-B的输出为“0”，如真值表第三列。 (3)当X=1、Y=0时，由于Y=0导致NAND-B的输出为“1”，使得NAND-1的两个输入均为“1”，因此NAND-A的输出为“0”，如真值表第四列。 (4)当X=1、Y=1时，因为一个“1”不影响NAND门的输出，所以两个NAND门的输出均不改变状态，如真值表第五列。四CD4011引脚图，图4图4 CD4011引脚图管脚功能：1A 数据输入端；2A 数据输入端；3A 数据输入端；4A 数据输入端；1B 数据输入端；2B 数据输入端；3B 数据输入端；4B 数据输入端；VDD 电源正；VSS 地；1Y 数据输出端；2Y 数据输出端；3Y 数据输出端；4Y 数据输出端。VDD电压范围：0.5V to 18V。第三章 设计方案与电路工作原理第一节 水位自动控制电路原理水位自动控制电路采用CD4011四与非门作为处理芯片，原理图如图5图5 采用CD4011处理芯片水位自动控制电路原理图12V直流电压经VD1，一路经R7点亮发光管LED1，作为电源指示，另一路作为系统的工作电源。接通电源后，如果水箱中没有水，则两个水位探头经R1、R2与正电源相连，即为高电位，IC1的4脚输出低电平，经IC1C处理后，10脚输出高电平，这个高电平一路经R4加在VT1的基极，使VT1饱和导通，继电器得电吸合，启动水泵抽水；另一路经R8接到IC1的2脚，由于高水位探头也为高电平，经与非门处理后，IC1的3脚输出为低电平，将IC1C与非门锁住。随着水泵不断向水箱供水，水箱中的水位逐渐升高，当低水位探头浸到水后IC1的6脚变为低电平，4脚输出高电平，但此时与非门已被锁住，故而不会影响输出，水泵继续抽水；随着水位的进一步升高，当水位碰到高水位探头时，IC1的1脚和6脚都变为低电平，这个变化对IC1的4脚没影响，而3脚却因1脚变为低电平，输出为高电平，这样IC1的8、9脚都是高电平，10脚便输出低电平，继电器失电断开，水泵停止抽水，同时这个低电平又经R8加在2脚上，使3脚保持高电平。直到水位再次低于低水位探头时，又将重前述过程，从而对水箱的水位实现自动控制。第二节 电源电路工作原理电源电路原理图,如图6图6 电源电路原理图电源电路的设计采用的方法如图所示电路，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+12V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MC7812CP来实现。第三节 水泵开关电路水泵开关原理图,如图7220V水泵电机SRD-12VDC继电器 +12图7 水泵开关原理图 当继电器SRD-12VDC的3脚和4脚得到+12V电时，继电器动做1脚和2脚吸合导通，水泵电机得到220V电工作； 相反当继电器SRD-12VDC的3脚和4脚得不到+12V电时，水泵不工作。 第四章 调试与安装第一节 安装电路板制作,用印制电路板(PCB)结构制作。该电路原理简单，只要焊接无误，一般一次就能成功。焊接步骤：先焊电源部分：将二极管和相关元件按线路板上所标的位置焊接好，当焊完发光二极管后，在对一下原理图无误，可以对电源部分进行调试。从电源输入端插入稳压电源，看发光二极管是否点亮，若不亮，仔细查看VD1是否反焊。再焊输出部分：电源部分正常后，接下来焊继电器和输出三极管。焊好后，也要仔细对好原理图无误后，再次通电，用一根导线将正电源和IC1的10脚的位置（此时还没焊上集成电路）碰一下，如果能听到一声清脆的继电器吸合声，同时可看到工作指示灯点亮，断开后又能吸到另一声音同时工作指示灯熄灭，表明输出部分也无误。最后焊处理部分 经过前面两部后，只要焊上IC及相关的电阻后，在对好原于图无误后，就能过入调试工作了。第二节 调试调试：用导线与线路板上的接线端子接好，接上电源，电源指示灯点亮，同时继电器应吸合，然后用手将低水位探头的引出线与地相连，再将高水位探头与地相连，此时断电器断开；接着将高水位探头引出线与地断开，然后再将低水位与地断开，此时继电器再次吸合，反复测试几次，如都是按上述规律变化，则说明电路工作正常。实验室试验时，可用一个一次性水杯，将水位线按高低不同放入杯内，然后往杯中加水，就可以模拟整个抽水过程。实际安装时，水位探头选用16-20的不锈钢管，这种材料不易生锈，可靠性较好。将探头伸入水箱中与水箱盖固定处要注意绝缘处理。安装可选用一种防水接头来完成，把不锈钢管伸入中间，拧紧就行，16-20的不锈钢管配PG21或PG29的防水接头刚好。 用一根两芯屏蔽线作为水位信号的引入线，将屏蔽层与水箱外壳相连，另一头接线路板的地，两根芯线分别连接线路板上的L和H处，其中L与低水位探头相接，H与高水位探头相接。注意水位信号线尽量要短，太长有可能会受到外界干扰，使系统无法正常工作。最后在继电器的输出端子上接上用于控制水泵电源的引出线，系统就算安装完成了。第五章 元器件清单符号类 别数 目R1,R2,R61兆欧3R3,R4,R5,R72.2千欧4C1220nf1C21031Vt1,vt2三极管90132LED1红色1LED2绿色1DBRIDGE11TTRANS11IC1A,ID1B,IC1C.IC1DCD40111VD1,VD2二极管IN40072C1470uf1C2,C40.1uf2C347uf1K1SRD-12VDC继电器1表2 元器件清单第六章 总结通过这次电子课程设计，我学到了很多东西，基本上学会了Protel软件的常用作图方法，对课本上的一些公式及其应用有了进一步的理解，增强了我的动手能力，为以后的毕业设计跟工作后的各种工程设计打下了坚实的基础，而且在一定程度上了解了一些常用元件的使用方法及其特性，而且使我更深刻的明白了理论一定要和实践结合起来，现在所学知识就是为了实践，如果只懂得理论知识，学习效果就会大打折扣。另外还培养了我的思维能力，在设计电路时一定要全盘考虑到各种可能出现的问题，并进行解决。这次课程设计还让我看到了自己平时学习时的很多不足与缺点，以后还要加以改正。另外这次设计还充分体现了团队合作的重要性，能大量的节省时间，群众的力量就是大，在以后的学习中我会注意和同学的探讨和交流，达到事半功倍的效果。第七章 参考文献1何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，20012姚福安，电子电