数电课设 水位自动控制

1、 本科生课程设计（论文）辽 宁 工 业 大 学 数字电子技术基础 课程设计（论文）题目：水位自动控制装置院（系）： 电子与信息工程学院 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字）起止时间： 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室： 电子信息工程学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目水位自动控制装置课程设计（论文）任务设计参数：（1）水位自动控制在一定范围内（如 2 -6 米 ），当水位低至 2 米 时使电机启动，带动水泵上水；当水位升至 6 米 时，使电机停转；（2）因特殊情况水位超限（如高至 7 米 、低至 1 米 ）报警器报警；（3）设有手动按键，便

2、于随机控制；（4）由数码管直观显示当前水位。设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4 .组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。进度计划第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：方案审查；第5天

3、：选择器件；第6天：单元电路设计；第7天：参数计算；第8天：整体电路设计；第9天：EWB仿真、完善设计；第10天：答辩。指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要本设计的是一个水位自动控制装置，方案电路能够根据实际情况控制两个水泵实现对水位的自动控制,水位的实时显示,手动的开关和水位报警功能，本设计可以广泛用于各个供水公司和水塔。本设计包括水位检测电路，水位显示电路，电机驱动电路，水位报警电路。在水位检测电路使用电阻串联，8个探头和AD0809芯片把水位的电压模拟量转化为数字量，电机驱

4、动电路使用74LS138把各个水位的信号输送给电机，驱动电机开关,当水位0<S<2米,两个水泵上水；当水位2<S<6米时,小水泵MS上水；S=6米，两个水泵关闭。水位显示电路使用74LS48和数码管对水位进行实时显示。同时当水位为1米，7米时还可以通过74LS138的信号使蜂鸣器报警。本设计利用Proteus软件画出各部分电路图，并且仿真。数码管动态显示0到7米之间的水位。 关键词：水位检测电路；AD0809芯片；74LS138；蜂鸣器报警目 录第1章 绪论11.1水位自动控制装置概况11.2本文研究内容2第2章水位自动控制装置设计电路32.1水位自动控制装置总体设计方

5、案32.1.1总体框图32.2具体电路设计42.2.1水位检测电路设计42.2.2水位显示电路设计52.2.3电机驱动电路52.2.5水位报警电路62.3元器件型号选择72.4Proteus仿真，数据分析7第3章 课程设计总结8参考文献9附录总体电路图10附录元器件清单1112第1章 绪论1.1水位自动控制装置概况我国的供水自动化系统发展已初有成效。供水自动化系统主要包括水厂自动化和供水管网调度自动化两个方面。由水工业的社会性所决定，水工业的学科体系由多个相互关联的学科组成。包括水质与水处理枝术、水工业工程技术、水处理基础科学、水社会科学、水工业设备制造枝术等。它们共同支撑着水工业的工业体系。

6、而在这些学科中水质与水处理技木和水工业工程技术是水工业学科体系中的主导学科。近几十年来，自动控制技术迅猛发展，在工农业生产、交通运输、国防建设和航空、航天事业等领域中获得广泛的应用。随着生产和科学技术的发展。自动控制技术至今己渗透到各种科学领域，成为促进当今生产发展和科学技术进步的重要因素。比如在生活方面的温度调节、湿度调节、自动洗衣机、自动售货机、自动电梯、空气调节器、电冰箱、自动路灯、自动门、保安系统等。在工业方面主要分为两大类。一类是气体、水位、粉体、石油化工制药、轻工食品、建材等行业。需要对温度、压力、物位、流量、成分等参数进行控制。另一类是对己成型材料的进一步加工或者对多种己成型材料

7、的装配，主要控制位移、速度、角度等参数这些都需要应用自动控制学科的知识。 水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，水塔供水的主要问题是塔内水位应该始终保持在一定范围内，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点。而自动控制原理依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，保持水压恒定以满足用水要求，从而提高了供水系统的质最。而智能控制系统的成本低、安装方便、灵敏性、是节约水源、方便家庭和单位控制水塔水位的理想装置。 1.2本文研究内容任务书中对设计有如下要求1. 要求电路能够通过控制两个水泵实现对水位的控制。假定水位范围是26米，S为实际水位。当S2米时，两

8、个水泵都放水；当2S6米时，仅一个水泵放水；当S6米时，两个水泵都关闭。2. 要求电路设有手动按键，便于随机控制。3. 要求电路能用数码管够显示出水位。4. 要求电路在水位1米或者7米能报警。从要求中可以看出我们需要把水位的变化转化为我们能测得的电压，电流或者电阻的变化，通过他们的比例关系，确定水位的变化量，在此我选择电压的变化量来实现水位的改变。由于电阻有分压的作用因此我选择改变滑动变阻器的阻值来改变电压值从而改变水位的测试范围。在这我们需要把电压的模拟量转化为数字量，通过一定的逻辑关系我们可以达到这个效果，所以逻辑电路是必不可少的。第2章水位自动控制装置设计电路2.1水位自动控制装置总体设

9、计方案方案一：水位范围在S1S2（S1S2）之间，S为实际水位。通过把模拟量水位高度的变化转化数字量电平高低的改变，用到了电压比较器LM393，和或非门电路CC4001。最终我们成功的实现了水位的自动调节和显示，我们通过调节电阻值的大小来改变水位的范围，水位检测电路是通过三个不同颜色发光二极管的显示来检测水位状态。方案二：在水位检测电路使用电阻串联，8个探头和AD0809芯片把水位的电压模拟量转化为数字量，电机驱动电路使用74LS138把各个水位的信号输送给电机，驱动电机开关,当水位0<S<2米,两个水泵上水；当水位2<S<6米时,小水泵MS上水；S=6米，两个水泵关闭

10、。水位显示电路使用74LS48和数码管对水位进行实时显示。同时当水位为1米，7米时还可以通过74LS138的信号使蜂鸣器报警。通过对比，方案二简单可行且符合课题要求，我选取方案二。2.1.1总体框图水位检测电路水位范围测量电路显示电路水泵开关电路图2.1电路设计总体框图如图2.1所示，本方案设计包括水位检测电路，水位显示电路，电机驱动电路，水位报警电路。在水位检测电路使用电阻串联，8个探头和AD0809芯片把水位的电压模拟量转化为数字量，电机驱动电路使用74LS138把各个水位的信号输送给电机，驱动电机开关,当水位0<S<2米,两个水泵上水；当水位2<S<6米时,小水泵

11、MS上水；S=6米，两个水泵关闭。水位显示电路使用74LS48和数码管对水位进行实时显示。同时当水位为1米，7米时还可以通过74LS138的信号使蜂鸣器报警。2.2具体电路设计2.2.1水位检测电路设计图2.2 水位检测装置如图2.2所示，通过8个电阻串联和水位探头，通过电压的大小来确定水位，通过ADC0809芯片把电压的模拟量转化为数字量输出。 2.2.2水位显示电路设计图2.3 水位显示电路如图2.3，通过通过前端水位检测装置得出电压值，再接上AD转换芯片ADC0809把模拟量转化为数字量，再通过74LS48连接数码管即可显示出实时水位。2.2.3电机驱动水泵开关电路设计表2.1 电机控制

12、原理真值表ABCMSML0000000100010010110110001101011101111111MS为小水泵，ML为大水泵，低电平驱动，当水位为S=0米,1米时，两个水泵同时上水，当水位为2米<S<6米之前时，只有小水泵上水，当水位为S=6米时,两个水泵都停水。 图2.4 电机驱动电路如图2.4所示，通过ADC0809芯片把模拟量转化为数字量，控制电机驱动。当水位为S=0米,1米时，水泵MS,ML同时上水，当水位为2米<S<6米之前时，只有小水泵MS上水，当水位为S=6米时,两个两个电机驱动水泵MS，ML都停水。并且两个电机有开关，可以手动控制开关，实现自动控制

13、水位或者手动控制。2.2.5水位报警电路设计图2.5 水位检测报警电路如图2.5所示，当水位探头把电压模拟量通过ADC0809转化为数字量，然后输出信号水位为1米和7米时，得到信号，蜂鸣器报警。2.3元器件型号选择根据课题要求，各个电阻选10k欧,模拟量转换数字量选用ADC0809，译码器选用74LS138，数码管显示部分使用74LS48。并且电机控制部分呢使用手动控制开关，即本方案可以实现自动控制水位也课实现手动控制。2.4Proteus仿真，数据分析图2.6 水位实时显示2米仿真图水位实时显示,仿真部分结果,当水位为2米时,仿真结果如图。图2.7 水位实时显示7米仿真图水位实时显示,仿真部

14、分结果,当水位为7米时,仿真结果如图。第3章 课程设计总结在课程设计的初期，我对本本课程设计水位自动控制装置进行了分析，初步确定和画出了这个课程设计需要用到的逻辑关系和所需要的几个板块的电路方案。通过翻阅老师提供的资料和自己在课本中以及网上下载的资料使得自己对本设计有了更深一步的了解，也明确了设计的方向和思路。通过本次的水位自动控制装置课程设计，我把水位自动控制装置划分成4个部分，水位检测电路，水位显示电路，水位报警电路，水泵开关电路。其中在水位检测听过查阅资料，发现现在生活中已经有成品的水位显示器，通过水压传感器探头到数码管显示一气呵成，但中间的原理却并不知晓。同时也查看了别人的方案，有用电

15、容探头的，有用水压传感器的，而我选用的是电阻串联式的水位测量电路，通俗易懂，便于操作。我认识到课堂知识的重要性，我们平时会学到很多有用的知识，比如说译码器，非常贴近生活，尤其在数码管显示部分。还有蜂鸣器报警部分，再往深挖则还会涉及到555芯片，和一些不了解的驱动。在这次课程设计中我们突出的问题是很多原理掌握不牢，比如说译码器，通过水位的模拟量转化为数字量部分，不知道用什么AD转换芯片，最终在老师的指导下用了ADC0809。不知道用什么芯片去转换数字信号，驱动电机和蜂鸣器，最终选用了74LS138。真正到用的时候总是要不停的翻书和查阅资料，当然这也是不断学习的过程。在此之前我已经能过熟练使用画图软件proteus，并且顺利的找到了要用到的元器件。设计还是离真正实用很远，值得我进一步去努力。虽然这次课程设计将要结束了，最深的体会正如老师所说，一个好的设计就像人一样有核心的部分。比如我这个设计里的水位范围测量，就是核心。只有这个部分信号处理好了，才支持到了其他部分电路的设计。参考文献1 阎石.数字电子技术基础.第五版.北京：高等教育出版社，2006年.2 姚福安.电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年.3 王澄非.电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年.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.5 陆应华.