水箱水位控制

1、电子技术课程设计 （自动化12级） 水箱水位控制学生姓名 学 号 院 系 工学院电气与信息工程系 专 业 自动化 指导教师 填写日期 2014-07-11 目录目录11.设计任务与要求22.总方案设计42.1设计思路42.2方案分析比较43.硬件电路各环节设计63.1 5V，12V直流稳压电源63.2 控制电路73.3 开关电路83.4 功能电路83.5 显示电路94.主要元器件使用原理（附表1 元器件清单）104.1 NE555104.2 74LS48114.3 74LS14813（整体的电路仿真请见附表2）145.总结和体会156. 参考文献16致谢17附页一：18第 17 页 共 19

2、页1.设计任务与要求 如下图1为谁为控制器原理图。在水箱内的不同高度安装3根金属棒，以感知谁为变化情况，能用数码管显示水箱的液位，液位分1，2，3档，当检测到水位低于1档时，发出缺水警报，并通过继电器打开电磁阀向水箱供水，当水位超过1档时，停止缺水警报，但继续供水，直到水位达到3档为止，关闭电磁阀。当水位超过3档时，发出越线警报。0接+5V，1，2，3各通过一个电阻与地相连。图一 水位控制原理图具体要求如下：1. 根据技术要求进行总体方案设计。2. 画出电路原理图（或仿真原理图），要求设计5V直流稳压电源；3. 元器件及参数选择；4. 电路仿真与调试；5. 制作实物电路；6. 编写设计报告，写

3、出设计过程，附上有关资料，图纸及心得体会。2.总方案设计2.1设计思路 利用水的导电性，使得各个档位相互连接，从而通过门电路和基本的555电路的应用完成低水位报警供水和高水位的报警抽水，此过程完全是利用自动化的原则，整体的过程只有简单的按键控制。2.2方案分析比较 1>各档位电路的通断关系上。有两种方案，一种是在最低点设为高电平，根据水的导电性，则在最高档位时水均为高电平，但是这种方案很可能造成了5V电压值的不稳定，达不到高电平所需的条件。第二种方案是采用最低点设为低电平，这样可以较好地完成各个支路档位的契合，能够更好的保证电路的运行。所以我们采用的是第二种方式。 2>继电器的使用

4、上。一种是直接与电路相连，但是这种方式经过我们测试不能够做到很好的使继电器的线圈闭合进而完成要求。第二种就是加上一个三极管的电流放大驱动继电器的电路，经过试验，基本完全能够实现功能，其中该方案供选择的也有两种，一种是NPN放大，一种是PNP放大。3>555电路的2端口和6端口的上拉电阻和与其相连的三极管基极的上拉电阻和三极管发射极的电阻的调整。经过不断地调整测试我们终于找到了相对符合条件的电阻值进而基本完成了本次的课程设计。4>显示电路的元器件应用上。我们最初的设想是使用CD4511译码器和CD4532编码器，但是实际的情况是这两种元器件都已经缺货了。我们就重新选择了74LS48和

5、74LS148作为编码器和译码器，这两种元器件拥有着更加昂贵的价格和更加优越的性能，正好实验室是有的。所以我们便的以方便的使用他们了。3.硬件电路各环节设计3.1 5V，12V直流稳压电源 我采用了单独焊接的方法，就是使用了单独的一块儿板子来焊接电源，这样在今后的题目中我可以不再浪费材料来焊接电源，可以直接使用电源来进行工作。其电源电路如上所视。这是一个+5V的电源电路，而剩下的12V电源电路与其类似。3.2 控制电路 这个控制电路是以555为核心的电路，在这个电路中我们利用的是下列的表格的功能进而实现的。3脚高电平3脚低电平3脚状态不变3.3 开关电路 因为功能的要求，我们设定了电源的开关指

6、示灯，一个单独的按键是电源的总开关，而单刀三掷开关是分别控制电源的正常电路，紧急进水和紧急排水的电路。3.4 功能电路这个是继电器的驱动电路和电机的运动电路。分别是采用了NPN驱动和PNP的驱动方式，在电机的运动电路上我采用了是指示灯和电机并联的方式，在这个过程中用的是12V对电机进行驱动，我用的杜邦线有些多了，因为我只有一个5V的继电器，导致我在驱动电机上出现了问题，所以我在这里采用了拨码开关进行调试。3.5 显示电路 这里我采用的是74LS148和74LS48的电路进行共阴数码管的显示。具体的使用方法会在下面实验中。4.主要元器件使用原理（附表1 元器件清单）4.1 NE555 555定时

7、器的内部电路由分压器，电压比较器A1和A2，简单SR锁存器，放电三极管T以及反相器G组成，其内部结构图如图14.3.1所示。三个5000欧姆的电阻串联组成分压器，为比较器A1，A2提供参考电压。当控制电压端（5）悬空时，比较器A1，A2的基准电压分别为2/3Vcc和1/3Vcc。 放电三极管T为外接电路提供放电通路，在使用定时器时，该三极管的集电极（7脚）一般都要外接上拉电阻。当V11>2/3Vcc,V12>1/3Vcc时，比较器A1输出低电平，比较器A2输出高电平，简单SR锁存器Q端置0，放电三极管T导通，输出端V0为低电平。 当V11<2/3Vcc，V12<1/3V

8、cc时，比较器A1输出高电平，A2输出低电平，简单SR锁存器置1，放电三极管截止，输出端V0为高电平。 当V11<2/3Vcc,V12>1/3Vcc时，简单SR锁存器R=1，S=1，锁存器状态不变，电路保持原状态不变。4.2 74LS4874LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（YaYg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。 由7448真值表可获知7448所具有的逻辑功能：（1）7段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入

9、端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低电平，见表1中116行。（2）消隐功能（BI=0）此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT 和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。（3）灯测试功能（LT = 0）此时BI/RBO端作为输出端， 端输入低电平信号时，表1最后一行，与 及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。该功能用于7段显示器测试，判别是否有

10、损坏的字段。（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）此时BI/RBO端也作为输出端，LT 端输入高电平信号，RBI 端输入低电平信号，若此时DCBA = 0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA0，则对显示无影响。该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。 4.3 74LS148 74ls148优先编码器管脚功能介绍:为16脚的集成芯片，电源是VCC(16) GND(8),I0I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE是使能输入端，OE是使能输出端，GS为片优先编码输出端。当OE输入IE=1时，禁止编码、输出(反码)： A2,

11、A1,A0为全1。当OE输入IE=0时，允许编码，在I0I7输入中，输入I7优先级最高，其余依次为：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等级排列。（整体的电路仿真请见附表2）5.总结和体会 通过这次的课程设计水箱水位控制，我感受到了数字电路的神秘，555电路的应用的神奇，尤其看到了555电路的150种用法时，感觉自己真的知道的还是很少。在这次的课程设计中，我们每天都努力的查资料，改电路，控制调试，很多问题我们都是合作完成的，可以说这件作品是我们两个人共同的成果。 再次浅谈一下这次的收获，主要有下面二点： 第一，通过系统的完成了一个课题，初步积累了课题研究经验，为后面假期几个课题的研究提供了

12、帮助。 第二，再次温习了一遍数电的知识，例如，门电路，编码器，译码器的使用和555电路的原理。6. 参考文献 1 康华光. 电子技术基础-数字部分J. , 2012. 2 百度文库. NE555，74系列引脚图M/OL. 百度文库: . 致谢 首先感谢我的课题的指导老师老师，施老师在选题上对我们完成这次课题给予了巨大的帮助，而且多次的对我们的电路等方面进行指导。 其次必须要感谢的是我们的班主任老师，张老师在这10天中不辞辛苦，每天都是早晨早早来开门安排签到，下午2点安排签到。并且面对同学们去领取元器件都耐心的给同学们解释和解决同学们的问题。最后作为报告最后的写者，我还非常感谢我的好搭档，在这么多天中，正是因为我们一起努力，发现问题，解决问题，才能够完成本次课题。附页一：所需元器件类型元器件个数74HC00（与非门）1电阻 1004电阻 1504电阻 2203电阻 4.7k3电容 0.1u3电容 0.01u2S8050（三极管）374HC08(2输入与门 4个)274HC11（3输入与门 3个）174HC04（单输入非门 6