水位自动控制器的设计

1、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:C专业：电子信息工程技术继续教育学院电子科技大学制网络教育学院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C C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使用 CD4011CD4011 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

2、，始终保持水箱中有一定的水， 既不会干，也不会溢。主要任务与要求起讫日期 及进度安排起讫日期：20112011 年 1212 月20122012 年 4 4 月，共 1616 周进度安排：1212 月 0101 日至 0101 月 0101 日：收集材料、调研、选题、开题 0101 月 2525 日：提出整个设计方案、电路、硬件0202 月 2525 日：完成整个电路制作、调试0303 月 1515 日：完成整个设计实践论文报告的编写0404 月 0101 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20122012 年 0404 月 0101 日目录摘要介绍主要元件 CD4

3、011.03一.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. 45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 . 063第二节 电源电路工作原理 . 07第三节水泵开关电路. 04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摘要02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

4、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 5 部分。水

5、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 220V220V 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

6、：水位控制 自动电路设计 CD4011CD4011 水箱电路第二章 介绍主要元件 CD4011CD4011一.CD4011.CD4011 芯片功能图，图 1 1图 1 CD4011 芯片功能图二.CD4011.CD4011 内部保护网络内部图，图 2 2图 2CD4011 内部保护网络内部图三. .CD4011逻辑图 , ,图 3 3图 3CD4011 逻辑图逻辑表达式：丫= A.B真值表A = Y.BX XY YQ_动作00?禁止01 1设定1 100重置1 11 1不变无表 1CD4011 逻辑真值表(1)(1)当 X=0X=0 Y=0Y=0 时，将使两个 NANDNAND 门之输出均为

7、1 1,违反触发器之功用，故禁止使用 如真值表第二列。当 X=0X=0 Y=1Y=1 时，由于 X=1X=1 导致 NAND-ANAND-A 的输出为“ T,T,使得 NAND-BNAND-B 的两个输入均 为“ 1 1”，因此 NAND-BNAND-B 的输出为“ 0 0”，如真值表第三列。当X=1X=1、Y=0Y=0 时，由于丫=0 0 导致 NAND-BNAND-B 的输出为“ T,T,使得 NAND-1NAND-1 的两个输入均 为“ 1 1”，因此 NAND-ANAND-A 的输出为“ 0 0”，如真值表第四列。当X=1X=1、Y=1Y=1 时，因为一个“1 1”不影响 NANDNA

8、ND 门的输出，所以两个 NANDNAND 门的输出 均不改变状态，如真值表第五列。四.CD4011CD4011 引脚图，图 4 4图 4 CD4011 引脚图管脚功能： 1A1A 数据输入端； 2A2A 数据输入端； 3A3A 数据输入端； 4A4A 数据输入端； 1B1B 数 据输入端； 2B2B 数据输入端； 3B3B 数据输入端； 4B4B 数据输入端； VDDVDD 电源正； VSSVSS 地； 1Y1Y 数据输出端； 2Y2Y 数据输出端； 3Y3Y 数据输出端； 4Y4Y 数据输出端。 VDDVDD 电压范围： toto 18V18V 。第三章 设计方案与电路工作原理 水位自动控

9、制电路原理水位自动控制电路采用 CD4011CD4011 四与非门作为处理芯片，原理图如图 5 5图 5 采用 CD4011 处理芯片水位自动控制电路原理图12V12V 直流电压经 VD1VD1, 路经 R7R7 点亮发光管 LED1,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 R1R1、R2R2 与正电源相连， 即为高电位，IC1IC1 的 4 4 脚输出低电平，经 IC1CIC1C 处理后，1010 脚输出高电平，这个高电平 一路经 R4R4 加在 VT1VT1 的基极，使 VT1VT1 饱和导通，继电器得电吸合，启动水泵抽水；另一

10、路经 R8R8 接到 ICIC1 1的 2 2 脚，由于高水位探头也为高电平，经与非门处理后，IC1IC1 的 3 3 脚输 出为低电平，将 IC1IC1C C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 IC1IC1的 6 6 脚变为低电平， 4 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， IC1IC1 的 1 1 脚和 6 6 脚都变为低电平，这个变化对 IC1IC1 的 4 4 脚没影响，而 3 3 脚却因 1 1 脚变为低电平，输出为高电平，这样 IC1IC1 的 8

11、8、 9 9 脚都是高电平， 1010 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R8R8 加在 2 2 脚上，使 3 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。电源电路工作原理电源电路原理图 , ,如图 6 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 220V220V 交流电转换成+12V+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， C1C1、C2C2、C3C3 和 C4C4

12、 完成滤 波功能，稳压电路采用三端集成电路 MC7812CPMC7812CP 来实现。水泵开关电路水泵开关原理图，如图 7 7SRD-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（PCBPCB 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

13、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 VD1VD1 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 IC1IC1 的 1010 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 ICIC 及相关的电阻后，在对好原于图无误后，就能过入 调试工

14、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 16-2016-20 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

15、钢管伸入中间，拧紧就行， 16-2016-20 的不锈钢管配 PG21PG21 或 PG29PG29 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 L 和 H H 处，其中 L L 与低水位探头相接，H 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另 U数目R1,R2,R61 兆欧3R3,R4,R5,R7千欧4C1220nf1C21031Vt1,vt2三极管 9

16、0132LED1红色1LED2绿色1DBRIDGE11TTRANS11IC1A,ID1B,CD40111VD1,VD2二极管 IN40072C1470uf1C2,C42C347uf1K1SRD-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 ProtelProtel 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 1何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社， 200120012 2姚福安，电子电路设计与实