水塔水位控制系统电子课程设计全文

1、水塔水位控制系统 目 录第一章 引言 2第二章 方案提出 4第三章 电路的基本组成和工作原理 6第一节 电源电路 6第二节 水位检测电路 7第三节 电阻开关电路和显示电路 8第四章 水塔水位电路的介绍图 9第五章 水塔水位电路的仿真 12第六章 器件清单 16第七章 总结 17 参考文献及附录 18第一章 引言1、研究的目的水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统,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量。而且成本低，安装方便，经过多次实验证明，灵敏性好，是节约水源，方便

2、家庭和单位控制水塔水位的理想装置。水塔水位控制系统采用交流电压检测水位，水位低于下限B点水位时，水泵抽水，水位达到最高水位线A时，水泵停止抽水，水位降低到最低水位线B以下时，恢复运行抽水。从而实现自动控制。2、研究的意义不论社会经济如何飞速，水在人们正常生活和生产中起着重要的作用。一旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失，从而对供水系统提出了更高的要求，满足及时、准确、安全充足的供水。如果仍然使用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，由此必须进行自动化控制系统的改造，从而实现提供足够的水量、平稳的水压。我的设计采用分立的电路实现超高、低警戒水位处理

3、,实现自动控制,而达到节能的目的,提高了供水系统的质量。3、主要内容及要求本次课程设计要求设计一个简易的水塔水位控制电路，该系统具有水位上下限手动控制、电机运转指示等功能.使用过程中，可以手动选择一组上、下限的水位组合，低于下限两个电机同时运转；水位在上、下限之间，一个电机运转；高于上限，两个电机都停止运转，电路还设计了防止上、下限出现跳闸现象的功能。随着科技的发展人们对水位控制的需求越来越多，它不仅要具有控制水位的功能，而且要能自动控制，从而能解放人力，在不需要人为控制的同时它还要能够调节控制水位的范围，我设计的这个电路由电源电路，水位监测电路，水位范围测量电路，水泵开关电路和显示电路组成。

4、它采用了二极管、三极管、稳压管、滞回比较器、继电器、三端稳压电路等多种电子元件来实现以下为各部分电路及元件原理。第二章 方案提出 第一节 总体电路方案介绍如图1为简易水塔水位控制电路系统组成图，他由电源电路，水位检测电路，水泵开关电路和显示电路组成。各部分电路的组成及其用途如下：水位检测电路：利用传感器检测水位变化，实现由位移转化成电信号的功能。水泵开关电路：完成控制电路和水泵通放水的转换显示电路：利用发光二极管（灯泡）将水泵状态显示出来电源电路：为上述所有电路提供直流电源电源电路水位检测电路水泵开关电路显示电路图1第二节 对水位检测电路方案的论证本次设计所考虑的方案有以下几种：一、利用浮力原

5、理使浮标带动触头工作,进而影响参考点电位发生变化，然后通过滞回比较器的比较控制交流接触器工作,实现水塔无水时自动开启水泵电动机,水满时自动关闭的自动控制目的。鉴于当前水塔利用增多,此次设计简单易行、成本低廉、便于安装的水泵自控电路。二、通过两到三根电极放在水中，高度不同，其中一条伸到水底当地线(如果底部是金属的也可以省去它)，另外两条一个在低水位一个在高水位上，当低水位的对地失去连接时说明水位低，当两条都对地连接说明水位高；三、是用绝缘电极电容式测量，用两根(或两组)外表绝缘的电极垂直伸进水底，通过测量电极上的电容量变化情况测定水位，水作为电容的介质，水位越高电容越大，只要测定一下高低水位时的

6、电容量就可以知道结果了。本次设计主要采用第一种方案。第三章 电路的基本组成和工作原理第一节 电源电路如图2为电源电路直接可以从电网供电，通过变压器电路，整流电路，滤波电路，和稳压电路直接将电网中的220V交流电转换成+12V的支流电压。其各部分功能如下：一、 变压器：采用常规的铁心变压器，将高压转变为低压。整流电路：采用二极管桥式电路，任务是将交流电换成直流电，这主要靠二极管的单向导电作用，T为电源变压器，作用是将交流电网电压变成整流电路要求的电压价。其优点是输出电压高，纹波电压小，管子所承受的最大反向电压底。二、 滤波电路：由C1，C2，C3，C4构成，用于滤去整流输出电压中的纹波，本电路采

7、用电容输入式，电容具有平波作用。使纹波较小，适用于负载电压较高，负载变动不大的电路。三、 稳压电路：采用三端稳压集成电路，有输入，输出和接地端，内部由启动电路，基准电压电路，取样比较放大电路，调整电路和保护电路组成。电路中接入电容用来实现频率补偿防止稳压器自激振荡和抑制电路引入的高频干扰，另一方面以减少稳压电源输出端由输出电源引入的低干扰。TTrans1D470uFC10.1uFC247uFC30.1uFC44123123W7812图2第二节 水位检测电路（1）水位监测电路由可变电阻（图3中R9）和浮标传感器R0组成。浮标传感器的工作原理是通过水面浮标位置的变化从而改变连入电路中的变阻器R0大

8、小，引起Vs的变化，从而把位置信号转变成电信号。而图3中右半部分是由2个稳压管代表的参考电压电路，图3中两个参考电压值V1和V2分别代表了水位的下限值h1和上限值h2.由于参考电源产生电路输出端接入比较器，加入稳压管就是防止参考电压不稳。2）水位测量电路的功能有两个：第一是确定实际水位和水位控制范围的大小关系；第二是采用滞回比较器代替单门线比较器从而防止了跳闸现象的出现。图3中当Vf1<Vs<Vf2时，V1输出低电平，V2输出高电平，当Vs <Vf1 < Vf2时，V1和V2均输出高电平，反之，则输出低电平。其次，本电路通过滞回比较器代替门限比较器来防止跳闸现象。滞回比

9、较器Uf1=4.7v，Uf1=3.6v, Uf2=8.4v,Uf2=7.3v,回差范围Uf=1.1v,也就是说，比较器高低电平之间的相互转换有了1.1v的差别，因此防止跳闸现象的发生。图3第三节 水泵开关电路和显示电路水泵开关电路是由三极管电路和继电器电路构成，电路输入如图4：当h<h1<h2时，两个三极管均导通，水泵两水泵开始放水；当h1<h<h2时,V1输出为低电平，V2输出为高电平，T1截止，T2导通，有一水泵放水；当h>h2 时,V1、V2输出都为低电平，T1，T2都截止，两水泵停止放水。下图是对h<h1<h2情况的仿真，V1=1.9v,V2=

10、10.1v,T2导通。灯泡儿亮。图4一、开关电路（一）继电器电路：继电器是自动控制电器执行和控制的元件，它是将小电流，小功率的转化为大电流，大功率的开关元件。 由于水泵发电机中要通过大电流，产生大功率致使支流 电源无法提供，因此需用交流供电，故电路中开关必须采用继电器电路（二）三极管电路： 它构成的电流放大电路是一种比较典型的和简单的电路。R10，R11为限流电阻，防止输入电流过大烧毁三极管，三极管为共集电极电路。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；当输入电压为低电平时，三极管截止，无电流通过。（三）继电器连接三极管发射极，当有电流驱动时，开关吸合，线圈KM(图中由电阻代

11、替)通电，对应水泵开始放水；当无电流驱动时，开关断开对应水泵停止放水。二、 显示电路：如虚线右方电路所示，通过发光二极管(灯泡)亮灭来显示是否电路通路，水泵是否工作。第四章 水塔水位电路的介绍 工作原理电源电路直接可以从电网供电，通过变压器电路，整流电路，滤波电路，和稳压电路直接将电网中的220V交流电转换成+12V的支流电压。当水塔水位过低时，水面上的浮标拖动滑动变阻器，使电位vs小于Vf1、Vf2,从而使两个比较器T1、T2输出高电平，继电器通电，三极管导通，KM线圈因通电而吸合，从而正常起动电机，并接通相关电路开关电源，带动水泵工作，给水塔供水；当水位处于上下限之间时，水位上升，浮标使连

12、入电路中的电阻增加，导致Vs>Vf1而<Vf2,比较器T1输出低电平，T2输出高电平，只有一个电机工作，给水塔放水。当水位已满时，通过浮标的作用使Vs>Vf2,两个比较器均输出低电平，电动机均不工作，即如下表1，总电路图如下图5，图6：h1（下限)H2(上限)操作<<两个电机运转><一个电机运转>>电机停转表1图5 水塔水位控制系统总电路图TTrans1D470uFC10.1uFC247uFC30.1uFC44123123W7812图6 12v电源产生电路第五章 水塔水位电路的仿真1.水位监测电路和参考电压电路水位监测电路和参考电压电路的仿

13、真，图7中的稳压管为理想稳压管稳压值8v。图72.水位测量电路水位测量电路的仿真，采用上个参考电压电路的参考值4v和8v,可看出图8中比较器输出V1=1.882v;V2=10.12v。图83.水泵开关电路图9中水泵开关电路采用了上个电路比较器得输出值，V1=1.9v;V2=10.1v,可看到正如预期一样，2号小灯泡亮，说明只有一个水泵工作。同时按照流入电流Ib=25UA,算出限流电阻为372千欧。图94.电源电路的仿真电源电路采用市电220v，经图10中变压器（22:1）变为12v。图11图12 水位电路的总仿真图5.总电路的仿真第六章 器件清单符号类别数目D5，D6稳压管2D1，D2，D3，

14、D4二极管IN41484D7，D8发光二极管2T1，T2三极管90132J1，J2继电器JQX4F12V2T变压器1C1470uF1C2，C40.1 uF2C347 uF1DBRIDGE11U1，U2运放LM3242U9稳压器MC78L12CP1第七章 总结这一周终于在充实和忙碌，迷茫和需找悄悄的过去了。因为以前没有做过类似的设计，有许多的地方不是很符合要求，等做过这次课程设计之后对以后的类似的课程设计以及毕业论文都有很大得帮助。在最初拿到题目的时候感到有些无所适从，不知道从哪下手。但是经过查阅一些资料和看一些相关的例子，思路逐渐的清晰起来，虽然在设计过程中出现了很多的困难，但是通过自己的努力

15、解决了一部分，剩下的也通过和同学讨论和请教老师一一解决了。虽然其中走了很多的弯路，但是我在这一周的时间里是充实的，在这一周里使我对电工和电子课程有了更深一步的了解和掌握。不仅丰富了课本的理论知识，而且锻炼了自己的能力。这次的课程设计，是一次理论与实践的结合，也可以说让我们平时的积累得到了一次施展，让我加深了对电子技术的理解，明白了所学知识的重要性和自己理论知识的欠缺，增加了自己对所学课程的兴趣。将理论和实践相结合使自己的能力有了很大的提高。 课程设计是本科生教学不可缺少的部分，通过本课程设计的练习过程，使我牢固的掌握了电子技术的相关知识，特别是一些元器件的应用知识，这些在课本上是没法系统的学到的，通过本设计，我能了解各种元器件的特性，并且利用他们来完成我的目的。使我对电子技术整本书有系统的学习了一遍，同时我查阅相关的资料，丰富的我的知识面，锻炼了自己的动手操作能力。这次课程设计提高了我的动手能力，加深了知识点的学习，在合作中曾强了同学之间的了解，加深了同学之间的友谊。同时再请教老师的过程中也曾加了和老师的接触，同时这次课程设计有答辩环节，这也是毕业答辩的一次演练从而使我们更加了解答辩流程，答辩方法，为毕业答辩做好充分的准