簡(jiǎn)易水塔水位控制電路課程設(shè)計(jì)（論文）

1、<p><b>　　鄭州輕工業(yè)學(xué)院</b></p><p>　　本科課程設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題 目 簡(jiǎn)易水塔水位控制電路 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電信11-01 </p><p>　　院 （系） 電氣信息工程學(xué)院 </p><

2、p>　　完成時(shí)間 2013年6月25日 </p><p><b>　　鄭州輕工業(yè)學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　題目 簡(jiǎn)易水塔水位控制電路 </p><p>　　專業(yè) 電信工程11-01 學(xué)號(hào) 5411

3、01030143 姓名 楊二兵 </p><p>　　主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：</p><p><b>　　主要內(nèi)容</b></p><p>　　1．閱讀相關(guān)科技文獻(xiàn)。</p><p>　　2．學(xué)習(xí)protel軟件的使用。</p><p>　　3．學(xué)會(huì)整理和總結(jié)設(shè)計(jì)文

4、檔報(bào)告。</p><p>　　4．學(xué)習(xí)如何查找器件手冊(cè)及相關(guān)參數(shù)。</p><p><b>　　技術(shù)要求</b></p><p>　　要求電路能夠通過(guò)控制兩個(gè)水泵實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的控制。假定水位范圍是S1～S2（S1＜S2），S為實(shí)際水位。當(dāng)S＜S1時(shí)，兩個(gè)水泵都放水；當(dāng)S1＜S＜S2時(shí)，僅一個(gè)水泵放水；當(dāng)S＞S2時(shí)，兩個(gè)水泵都關(guān)閉。</p&g

5、t;<p>　　要求電路在S1、S2處不能出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，即水泵不能在短時(shí)間內(nèi)反復(fù)在放水和關(guān)閉的狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。</p><p>　　要求電路能夠顯示出水泵的狀態(tài)。</p><p>　　要求電路能夠手動(dòng)調(diào)節(jié)水位控制的范圍。</p><p><b>　　主要參考資料</b></p><p>　　1．何小艇，電子系

6、統(tǒng)設(shè)計(jì)，浙江大學(xué)出版社，2001年6月</p><p>　　2．姚福安，電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐，山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001年10月</p><p>　　3．王澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)實(shí)踐，東南大學(xué)出版社，1999年10月</p><p>　　4．李銀華，電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005年6月</p><p>　　5．康華光，電

7、子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，2003</p><p>　　完 成 期 限： 2013年6月30日 </p><p>　　指導(dǎo)教師簽章： </p><p>　　專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章： </p><p>　　2013 年 6 月 22日</p><

8、;p>　　簡(jiǎn)易水塔水位控制電路</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科技的發(fā)展人們對(duì)水位控制的需求越來(lái)越多，它不僅要具有控制水位的功能，而且要能自動(dòng)控制，從而能解放人力，在不需要人為控制的同時(shí)它還要能夠調(diào)節(jié)控制水位的范圍，我設(shè)計(jì)的這個(gè)電路由電源電路，水位監(jiān)測(cè)電路，水位范圍測(cè)量電路，水泵開(kāi)關(guān)電路和顯示電路組成。它采用了水壓傳感

9、器、74LS00、74139、二極管、三極管、穩(wěn)壓管、繼電器、三端穩(wěn)壓電路等多種電子元件來(lái)實(shí)現(xiàn)各部分電路。水位范圍測(cè)量電路的功能是利用比較器的原理實(shí)現(xiàn)水位范圍的確定，同時(shí)利用遲滯比較器的遲滯特性避免跳閘現(xiàn)象。水泵開(kāi)關(guān)電路的功能是完成控制電路和水泵是否工作，顯示電路的功能是顯示水泵是否在工作，有三種顏色不同的發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)對(duì)水位狀態(tài)的顯示。電源電路則為以上電路提供直流電源。</p><p>　　關(guān)鍵詞 電源/水壓

10、傳感器/比較器/74LS00/繼電器/74139</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　簡(jiǎn)易水塔水位控制電路2</p><p><b>　　摘 要2</b></p><p>　　1 電路綜合設(shè)計(jì)方案及原理4</p><p>　　1.1 綜合

11、設(shè)計(jì)圖4</p><p>　　1.2 電路設(shè)計(jì)原理4</p><p>　　1.2.1 電源電路4</p><p>　　1.2.2 水位檢測(cè)及范圍測(cè)量電路5</p><p>　　1.2.3 水位狀態(tài)顯示電路6</p><p>　　1.2.4 電動(dòng)機(jī)控制電路8</p><p>　　2 本

12、實(shí)驗(yàn)所用器件清單及說(shuō)明8</p><p>　　2.1 水壓傳感器8</p><p>　　2.2 遲滯比較器9</p><p>　　2.2.1 電路組成9</p><p>　　2.2.2 門(mén)限電壓的估算10</p><p>　　2.2.3 傳輸特性11</p><p>　　2.3 穩(wěn)壓

13、二極管11</p><p>　　2.4 發(fā)光二極管12</p><p>　　2.5 三極管13</p><p>　　2.6 電磁繼電器15</p><p>　　2.7 74LS20016</p><p><b>　　致 謝17</b></p><p><

14、b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p>　　附錄1:元器件清單19</p><p><b>　　繼電器19</b></p><p>　　附錄2:總設(shè)計(jì)原理圖20</p><p>　　1 電路綜合設(shè)計(jì)方案及原理</p><p>　　1.1 綜合設(shè)計(jì)圖 </

15、p><p><b>　　圖1.1綜合構(gòu)架圖</b></p><p>　　如圖1.1所示，該電路每部分相應(yīng)的功能：首先有水位檢測(cè)電路產(chǎn)生整個(gè)電路的輸入信號(hào)，該信號(hào)傳至范圍測(cè)量電路，輸出其他電路的控制信號(hào)，控制其他電路的工作，電機(jī)控制電路部分接收到有信號(hào)處理電路輸出的有效控制信號(hào)后正常工作驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)抽水，使水位上升，而水位的變化直接關(guān)系到信號(hào)的產(chǎn)生，水位顯示電路接收到有效信

16、號(hào)后驅(qū)動(dòng)顯示器工作，使其顯示該時(shí)刻的水位狀態(tài)，因此有個(gè)循環(huán)過(guò)程：由“信號(hào)產(chǎn)生→信號(hào)處理→電機(jī)控制→電機(jī)→信號(hào)處理”這個(gè)循環(huán)就能使該水塔具有自動(dòng)控制水位的能力。本設(shè)計(jì)圖由電源電路給各個(gè)電路提供直流電源。 </p><p>　　1.2 電路設(shè)計(jì)原理</p><p>　　1.2.1 電源電路</p><p>　　圖1.2.1 電源電路</p><p&g

17、t;　　如圖1.2.1為電源電路直接可以從電網(wǎng)供電，通過(guò)變壓器電路，整流電路，濾波電路，和穩(wěn)壓電路直接將電網(wǎng)中的220V交流電轉(zhuǎn)換成+12V的支流電壓。采用常規(guī)的鐵心變壓器，將高壓轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪骸６O管橋式電路，任務(wù)是將交流電換成直流電。由C1，C2，C3，C4構(gòu)成，用于濾去整流輸出電壓中的紋波，本電路采用電容輸入式，電容具有平波作用。使紋波較小，適用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動(dòng)不大的電路。采用三端穩(wěn)壓集成電路，有輸入，輸出和接地端，內(nèi)部由啟動(dòng)

18、電路，基準(zhǔn)電壓電路，取樣比較放大電路，調(diào)整電路和保護(hù)電路組成。電路中接入電容用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償防止穩(wěn)壓器自激振蕩和抑制電路引入的高頻干擾，另一方面以減少穩(wěn)壓電源輸出端由輸出電源引入的低干擾。</p><p>　　1.2.2 水位檢測(cè)及范圍測(cè)量電路</p><p>　　圖1.2.2 水位檢測(cè)電路及范圍測(cè)量電路</p><p>　　水位監(jiān)測(cè)電路由可變電阻R3﹑R4和一個(gè)電

19、阻型水壓傳感器構(gòu)成。電阻型水壓傳感器是最簡(jiǎn)單也最典型的一種水壓傳感器，它的工作原理是通過(guò)阻抗的變化來(lái)表示水壓的變化，同時(shí)將水壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)Vs，即Vs代表了實(shí)際水位S。本電路采用的電阻型水壓傳感器型號(hào)為PT500-501，是水壓傳感器，即傳感器的阻抗隨水壓的增加而增加。可變電阻R3和R4的作用是通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻的阻值，就可以調(diào)Vs的范圍，也就可以調(diào)節(jié)水位控制范圍。</p><p>　　水位范圍測(cè)量電路由兩部分

20、構(gòu)成：</p><p>　　第一部分是由電阻R1、R2和穩(wěn)壓管D1、D2構(gòu)成的參考電壓產(chǎn)生電路；</p><p>　　第二部分是由遲滯比較器構(gòu)成的水位范圍測(cè)量電路。</p><p>　　參考電源產(chǎn)生電路的功能是產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的電壓，由于參考電源產(chǎn)生電路輸出端介入比較器的輸入，為了防止出現(xiàn)輸出電流導(dǎo)致參考電源不穩(wěn)定的情況，電路采用電阻和穩(wěn)壓管相結(jié)合的方式構(gòu)成。其中穩(wěn)壓管

21、的穩(wěn)壓電壓為8V，而輸出VREF1=+8V，VREF2=+4V。</p><p>　　水位范圍測(cè)量電路的功能有兩個(gè)：</p><p>　　第一是確定實(shí)際水位和水位控制范圍的大小關(guān)系；</p><p>　　第二是防止出現(xiàn)跳閘的現(xiàn)象。</p><p>　　首先，Vs1和Vs2分別輸入到運(yùn)算放大器的同相輸入端，而Vs則同時(shí)輸入到這兩個(gè)運(yùn)算放大器的反

22、相輸入端。當(dāng)水位低于S1時(shí)，Vs< VREF2，Vo1和Vo2輸出都為高電平；當(dāng)水位高于S1低于S2時(shí)，VREF2<Vs< VREF1，Vo2輸出為高電平，Vo1輸出為低電平；當(dāng)水位高于S2時(shí)，Vs> VREF1，Vo1和Vo2輸出都為低電平。本電路通過(guò)遲滯比較器代替單門(mén)限比較器來(lái)防止跳閘現(xiàn)象的出現(xiàn)。遲滯比較器U1的特性表達(dá)式為</p><p>　　遲滯比較器U1B的特性表達(dá)式為：<

23、/p><p>　　=R10*Vs1/(R10+R8)+R8*V1/(R10+R8)=(7.3+1.1)V=8.4(V)</p><p>　　= R10*Vs1/(R10+R8)+0=7.3(V)</p><p>　　由此可得到回差范圍=()-()=1.1（V）</p><p>　　從高電平轉(zhuǎn)換為低電平和從低電平轉(zhuǎn)換為高電平的分界點(diǎn)電壓值有1.1V

24、的回差范圍，從而就可以防止跳閘現(xiàn)象的出現(xiàn)。同理遲滯比較器U2的特性表達(dá)式為=()-()=1.1（v）</p><p>　　1.2.3 水位狀態(tài)顯示電路</p><p>　　本原理圖用三個(gè)發(fā)光二極管表示水位的狀態(tài)，紅色二極管表示正常水位低于S1水位，即缺水狀態(tài)，黃色二極管亮表明水位在S1和S2之間，綠色二極管亮表明水滿狀態(tài)。</p><p>　　圖1.2.3 顯示電路

25、</p><p>　　本原理圖用三個(gè)發(fā)光二極管表示水位的狀態(tài)。由電路輸出可列出二極管驅(qū)動(dòng)真值表：</p><p>　　表1.2.3 二極管驅(qū)動(dòng)真值表</p><p>　　有真值表可以得出D7=A”B”,D8=A”B,D9=AB,(注：A”表示A非)</p><p>　　此電路有74LS00來(lái)實(shí)現(xiàn)，其擁有四個(gè)兩輸入端與非門(mén)，再配合</p&

26、gt;<p>　　反相器，就能實(shí)現(xiàn)這個(gè)電路。</p><p>　　1.2.4 電動(dòng)機(jī)控制電路</p><p>　　圖1.2.4 電動(dòng)機(jī)控制電路及水泵狀態(tài)電路</p><p>　　水泵開(kāi)關(guān)電路時(shí)由三極管電路和繼電器電路構(gòu)成的。由于水泵中通過(guò)的都是大電流，產(chǎn)生大功率，而直流電源無(wú)法提供大電流和大功率，因此水泵需要交流供電，這樣一來(lái)，電路中的開(kāi)關(guān)必須采用繼電

27、器電路。而一般運(yùn)算放大器的輸出電流無(wú)法驅(qū)動(dòng)繼電器，因此需要加入電流放大電路。三極管接為共射極電路，當(dāng)輸入電壓為高電平時(shí)，三機(jī)管導(dǎo)通飽和，可以將輸入電流放大β倍；當(dāng)輸入電壓為低電平時(shí)，三極管截止，無(wú)電流通過(guò)。繼電器連接三極管的集電極，當(dāng)有電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)吸合，對(duì)應(yīng)的水泵通電；當(dāng)無(wú)電流啟動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，對(duì)應(yīng)的水泵不通電，同時(shí)在繼電器兩端并聯(lián)入二極管進(jìn)行保護(hù)。顯示電路由發(fā)光二極管構(gòu)成。通過(guò)發(fā)光二極管亮滅來(lái)表示水泵是否通電，同時(shí)由于繼電器的驅(qū)動(dòng)

28、電流過(guò)大，需要加入限流電阻。</p><p>　　2 本實(shí)驗(yàn)所用器件清單及說(shuō)明</p><p><b>　　2.1 水壓傳感器</b></p><p>　　本電路采用的電阻型水壓傳感器型號(hào)為PT500-501，是水壓傳感器，即傳感器的阻抗隨水壓的增加而增加。如圖：</p><p>　　圖2.1 水壓傳感器</p&g

29、t;<p>　　產(chǎn)品基本特性：PT500-500系列壓力變送器采用高精度高穩(wěn)定性電阻應(yīng)變計(jì)/擴(kuò)散硅晶體/陶瓷晶體等做為變壓器的感壓芯片，選進(jìn)的貼片工藝，配套帶有零點(diǎn)、滿量程補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償?shù)母呔群透叻€(wěn)定性放大集成電路，將被測(cè)量介質(zhì)的壓力轉(zhuǎn)換成4～20mA、0～5VDC、0～10VDC、0.5～4.5VDC等標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)采用全封焊結(jié)構(gòu)，使之產(chǎn)品的抗沖擊能力、過(guò)載能力、產(chǎn)品密封性等性能有了較大提高，產(chǎn)品最高壓力可達(dá)15

30、0MPa。產(chǎn)品過(guò)程連接部分和電氣連接部分有多種方式，能夠最大限度的滿足用戶的需求。</p><p><b>　　2.2 遲滯比較器</b></p><p>　　2.2.1 電路組成</p><p>　　遲滯比較器是一個(gè)具有遲滯回環(huán)傳輸特性的比較器。在反相輸入單門(mén)限電壓比較器的基礎(chǔ)上引入正反饋網(wǎng)絡(luò)，就組成了具有雙門(mén)限值的反相輸入遲滯比較器。由于反

31、饋的作用這種比較器的門(mén)限電壓是隨輸出電壓的變化而變化的。它的靈敏度低一些，但抗干擾能力卻大大提高。</p><p>　　圖2.2.1遲滯比較器電路 圖2.2.3傳輸特性</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我得到了許多人的幫助。</p><p>　　首先我要感

32、謝我的老師在課程設(shè)計(jì)上給予我的指導(dǎo)、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次報(bào)告的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術(shù)上的難題，讓我能把系統(tǒng)做得更加完善。在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識(shí)，而且也開(kāi)闊了視野，提高了自己的設(shè)計(jì)能力。</p><p>　　其次，我要感謝幫助過(guò)我的同學(xué)。同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境。</p><p>　　最后再一次感謝所有在設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助

33、過(guò)我的良師益友和同學(xué)</p><p>　　通過(guò)本周的課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到課本上的知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了思考和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。這是我第一次做課程設(shè)計(jì)，給我留下了很深的印象。雖然只是短暫的一周，但在這期間，卻讓我受益匪淺。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)讓我認(rèn)識(shí)到了知識(shí)和實(shí)踐的重要性。只有牢固掌握了所學(xué)的知識(shí)，才能有清晰的思路，知道每一步該怎樣走。才能順利的解決每一個(gè)問(wèn)題。

34、就以這次課程設(shè)計(jì)為例，剛拿到題目的時(shí)候，大致看一下要求，根據(jù)平時(shí)所學(xué)的知識(shí)，腦海中就立刻會(huì)想到應(yīng)該用到的元器件，然后再去圖書(shū)館去查這些元器件的資料，很快地初步方案以及大概的電路原理圖就出來(lái)了。但是，在具體的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，我卻不知道為什么，從而明白了自己基礎(chǔ)知識(shí)掌握得不牢固。所以，這次課程設(shè)計(jì)在讓我認(rèn)識(shí)了知識(shí)的重要性之外，更讓我明白了自己理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)的欠缺，讓我堅(jiān)定了以后努力學(xué)習(xí)知識(shí)的決心。</p><p>　

35、　一周的課程設(shè)計(jì)雖然結(jié)束了，但是在這期間所學(xué)的知識(shí)和老師的指導(dǎo)卻讓我難以忘記。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　主要參考資料</b></p><p>　　1．何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，浙江大學(xué)出版社，2001年6月</p><p>　　2．姚福安，電子電路設(shè)計(jì)與

36、實(shí)踐，山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001年10月</p><p>　　3．王澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)實(shí)踐，東南大學(xué)出版社，1999年10月</p><p>　　4．李銀華，電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005年6月</p><p>　　5．康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，2003</p><p><b>　　附錄1:元器件