简易水塔水位控制电路电子课程设计

1、简易水塔水位控制电路目 录1概述12系统总体方案设计23主要单元电路设计33.1 电源电路33.2 水位检测电路和水位范围测量电路 33.3 水泵开关电路及显示电路 54元器件选型84.1 水压传感器84.2 比较器84.3 稳压管94.4 稳压芯片104.5 普通二极管104.6 发光二极管114.7 三极管114.8 电磁继电器124.9 变压器144.10 桥式整流电路144.11 cd4011 154.12 迟滞比较器16结论及展望17参考文献18附录19i简易水塔水位控制电路摘 要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

2、成直流12v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 监测电路主要由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。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。继电器可以提供水泵所需要的交流电，而电流放大电路是由三极管组成，是一种比较典型的和 简单的电路。用发光二极管的显示来检测水位状态和水泵的状态。关键词水压传感器继电器比较器1概述本次设计的是一个水塔水位控制电路，电路能够通过控制两个水泵实现对水位的 控制。

3、水位范围在s1s2 (sks2)之间，s为实际水位。当ss1时，两个水泵都 放水；当s1ss2时，两个水泵都关闭。同时本电 路设计了水位检测电路，通过发光二极管的显示来检测水位状态。我们都知道，在日常生活和工业生产中，水位控制装置有着广泛的应用。如水塔、 楼房水箱、锅炉等。水位控制装置的形式有很多种，浮子开关式，电节点式，压力式, 电子式，微机式等。这些装置或多或少的存在着一些缺点：浮子开关式采用机械结构， 维护起来不方便；微机式控制装置，虽然操作方便，但造价较贵。本文从实用型和经 济型出发，设计了一种水位控制装置，该装置结构简单，维护方便，工作可靠性能价 格比优良，而且在不同程度上克服了其他

4、方法的一些缺点。可以在经济上节约资金， 降低损耗，节约资源，有很多场合下均可采用。2系统总体方案设计简易水塔水位控制电路的总体框图如图 2-1所示。它是由水位检测电路、水位范围测量电路、水泵开关电路、显示电路和电源电路5部分组成。图2-1简易水塔水位控制电路的总体框图每部分电路都有其相应功能：首先有水位检测电路产生整个电路的输入信号, 信号传至水位范围测量电路，输出其他电路的控制信号，控制其他电路工作。电机控 制电路部分接收到有信号处理电路输出的有效控制信号后正常工作驱动电机转动抽 水，使水位上升，而水位的变化有直接关系到信号的产生，因此有个循环的过程，即 使水位保持在一定范围内：水位显示电路

5、接收到有效信号后驱动显示器工作， 使其显示该时刻的水位；由“信号产生一信号处理一电机控制一电机一信号产生”这个循环 就能使水塔具有自动控制水位的能力o3主要单元电路设计3.1 电源电路电源电路的原理图如图3-1所示。电路直接从电网供电，通过变压器、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的直流电压。电路中变压 器采用常规的铁心变压器，电源变压器将交流电网电压 220v变为合适的交流电压 12v。整流电路采用二极管桥式整流电路， 整流电路将交流电压12v变为脉动的直流3.2水位检测电路和水位范围测量电路如图3-2所示，水位检测电路由可变电阻 r1和一个电阻型水压传感

6、器构成。电 阻型水压传感器是最简单也最典型的一种水压传感器，它的工作原理是通过阻抗的变 化来表示水压的变化，同时将水压信号转化为电信号vs,即vs代表了实际水位so本电路采用的电阻型水压传感器型号为 pt500-501,是水压传感器，即传感器的阻抗 随水压的增加而增加。可变电阻 r1的作用是通过调节可变电阻的阻值，就可以调节 vs的范围，也就可以调节水位控制范围。水位范围测量电路由两部分构成：1由电阻r2、r4和稳压管d1、d2构成的参考电压产生电路；2由迟滞比较器构成的水位范围测量电路。参考电压产生电路产生两个稳定的电压，分别代表水位范围的上限值s2和下限值s1o由于参考电源产生电路输出端接

7、入比较器的输入，为了防止出现输出电流不稳导致参考电源不稳定的情况，电路采用电阻和稳压管相结合的方式构成。其中稳压 管的稳定电压均为+8v,而输出vref1=+8v vref2=12v 8v =4v水位范围测量电路的功能有两个：1确定实际水位和水位控制范围的大小关系；2防止出现跳闸现象。首先，vref输入到两个运算放大器的同相输入端， 而vs1和vs2则同时分别输 入到这两个运算放大器的正相输入端。这样，当 vsvref2时，v1输出为低电平；当vsvref2 时，v2输出为低电平。由于 vs1、vs1、vref分别代表s1、s2和s,实际水位和 水位控制范围的大小关系就确定了。其次，本电路通过

8、迟滞比较器代替单门限比较器来实现跳闸现象的出现。迟滞比较器ar1的特性表达式为-：-(2-1)v1t-= vt1 = r9* w/(r9+r5)+0 = 73v(2-2)由式(2-1)和式(2-2)可得到回差范围 封t = v1t+ - v1t- =8.4v-7.3v=1.1v ,即v1 从高电平转换为低电平和从低电平转换为高电平的分界点电压值有了1.1v的差别，从而就可以防止跳闸现象的出像。同理，迟滞比较器ar2的特性表达式为-:-(2-3)v2t-= vp2 = rio* vref/(r7+r1q)+ 0 = 3斑(2-4)由式(2-3)和(2-4)可求得迟滞比较器 ar2的v2t+ -v

9、2t-之差(4.7v3.6v)同样具有1.1v的回差范围，由此可以防止跳闸现象的出现。3.3 水泵开关电路及显示电路水泵开关及显示电路如图3-3所示，水泵开关电路是由三极管电路和继电器电路 构成的。电路的输入即为图 3-2电路中的输出，即当 vs vref1且vs vref2而vs vref且vs2 vref时，vi和v2输出者b为低电平。由于水泵中通过的都是大电流，产生大功率，而直流电源无法提供大电流和大功 率，因此水泵需要交流供电，这样一来，电路中的开关必须采用继电器电路。而一般运算放大器的输出电流无法驱动继电器，因此需要加入电流放大电路。由三极管电路构成的电流放大电路是一种比较典型的和简

10、单的电路。其中r9和r10为限流电阻，防止输入电流过大烧毁三极管。三极管接为共集电极电路，当输入电压为 高电平时，三极管导通饱和，可以将输入电流放大b倍；当输入电压为低电平时，三极管截止，无电流通过。继电器连接三极管的集电极，当有电流驱动时，开关吸合， 对应的水泵通电；当无电流启动时，开关断开，对应的水泵不通电，同时在继电器两 端并联入二极管进行保护。显示电路分两部分，由发光二极管构成。一部分通过发光二极管亮灭来表示水泵是否通电，同时由于继电器的驱动电流过大，需要加入限流电阻保护发光二极管。另一部分用三个发光二极管表示水位的状态。可知当水位是低水位，即水位在范围之下时 （ss1）, u1, u

11、2（两个比较器）都输 出高电平（1 1）,当水位在范围之内时（s1ss2）,都输出低电平（0 0）。本原理图用三个发光二极管表示水位的状态。 由电路输出可列出二极管驱动真值表如表3-1: a为u1控制电机的逻辑值，为1则电机转动；b为u2控制电机的逻辑 值，为1则电机转动；led灯逻辑值为1则点亮。本电路采用不同的红黄绿三个发 光二极管来显示。表3-1二极管驱动真值表水位ab绿q3黄q2红q1ss111001s1ss201010s2s00100当水位ss1, ss2),两个水泵都关闭，此时水 位为水满状态，发光二极管绿灯亮。当水位在范围之内时(s1s图4-11迟滞比较器符号迟滞比较器是一个具有

12、迟滞回环传输特性的比较器。在反相输入单门限电 压比较器的基础上引入正反馈网络，就组成了具有双门限值的反相输入迟滞比 较器。由于反馈的作用这种比较器的门限电压是随输出电压的变化而变化的。 它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高。结论及展望通过本周的课程设计，我掌握了有关水位控制电路方面的知识， 我认识到课本上 的知识的实际应用，激发了学习兴趣，培养了我认真思考的能力。在这次课程设计的 撰写过程中，遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找 出了原因所在，也暴露出了在前期学习中我这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。在此过程

13、中，我得到了 许多人的帮助。首先，我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助。 还有,我要感谢帮助过我的同学，他们帮我解决了很多我不太清楚的问题。使我的记 忆力更加深刻，认识问题清晰，这次课程设计让我认识到了知识和实践的重要性。只有牢固掌握了所学的知识，才能有清晰的思路，知道每一步该怎样走。才能顺利的解 决每一个问题。刚开始听到这个课题的时候，感觉心里很没有底气，因为我们没有接触到过这样 的东西，但真正深入了解的时候。其实并没有那么难，并且它会使得你激发出你的好 奇心，使你一步一步地喜欢上它，在实际生活中你会发现它的影子， 这会更加激发我 们的热情，让我们深入探索，逐步了解

14、。所以我要努力学好基础知识，牢固掌握了所 学知识，把自己所学的知识充分发挥出来。不知不觉地一周的课程设计结束了，但是在这期间所学的知识和老师的指导却让 我难以忘记。同时，让我感受到了集体的力量，同学的帮助，集体的温暖，深深印在 了我的心里。此次设计也让我明白了思路即出路， 有什么不懂不明白的地方要及时请 教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，受益良 多。参考文献1石磊，张国强.altium designer8.0电路设计m.北京：清华大学出版社，2009.11.2康华光，电子技术基础（数电部分）m.北京：高等教育出版社，2000.7.3康华光，电子技术基础（模拟部

15、分）m.北京：高等教育出版社，1999.6.4门宏,555时基实用电路解读m.北京：化学工业出版社，2012.3.5陈友卿,555时基实用电路原理、设计与应用m.北京：电子工业出版社，2007.9.6姚福安，电子电路设计与实践m.山东：山东科学技术出版社，2001.10.7何小艇，电子系统设计m.浙江：浙江大学出版社，2001.68李银华，电子线路设计指导m.北京：北京航空航天大学出版社，2005.6.9王澄非，电路与数学逻辑设计实践m,东南：东南大学出版社，1999.1010户川治郎，使用电源电路设计m.北京：科学出版社，2005.6.附录符号类别数目r1口变电阻1r5, r7, r13, r1