简易水塔水位控制电路

郑州轻工业学院郑州轻工业学院 本科课程设计（论文） 题目简易水塔水位控制电路 学生姓名杨二兵 专业班级电信 11-01 学号 541101030143 院 （系）电气信息工程学院 指导教师职称 完成时间 2013 年 6 月 25 日 简易水塔水位控制电路 郑州轻工业学院 课程设计任务书课程设计任务书 题目题目简易水塔水位控制电路简易水塔水位控制电路 专业专业电信工程电信工程 11-0111-01学号学号 541101030143 541101030143姓名姓名杨二兵杨二兵 主要内容、基本要求、主要参考资料等主要内容、基本要求、主要参考资料等 主要内容主要内容 1．阅读相关科技文献。 2．学习 protel 软件的使用。 3．学会整理和总结设计文档报告。 4．学习如何查找器件手册及相关参数。 技术要求技术要求 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 S1～S2（S1＜S2） ，S 为 实际水位。当 S＜S1时，两个水泵都放水；当 S1＜S＜S2时，仅一个水泵放水；当 S＞S2时， 两个水泵都关闭。 2.要求电路在 S1、S2处不能出现跳闸现象，即水泵不能在短时间内反复在放水和关闭的状态之 间转换。 3.要求电路能够显示出水泵的状态。 4.要求电路能够手动调节水位控制的范围。 主要参考资料主要参考资料 1．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001 年 6 月 2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001 年 10 月 3．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999 年 10 月 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 6 月 5．康华光，电子技术基础，高教出版社，2003 完完成成期期限限 2013 2013 年年 6 6 月月 3030 日日 指指导导教教师师签签章章 专业负责人签章专业负责人签章 2013 2013 年年 6 6 月月 22 22 日日 1 简易水塔水位控制电路 简易水塔水位控制电路 摘要 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。它采用了水压传感器、74LS00、74139、二极管、三 极管、稳压管、继电器、三端稳压电路等多种电子元件来实现各部分电路。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， 同时利用迟滞比较器的迟 滞特性避免跳闸现象。水泵开关电路的功能是完成控制电路和水泵是否工作，显示电 路的功能是显示水泵是否在工作， 有三种颜色不同的发光二极管实现对水位状态的显 示。电源电路则为以上电路提供直流电源。 关键词电源/水压传感器/比较器/74LS00/继电器/74139 2 简易水塔水位控制电路 目录 简易水塔水位控制电路2 摘要 .2 1 电路综合设计方案及原理4 1.1 综合设计图 4 1.2 电路设计原理.4 1.2.1 电源电路4 1.2.2 水位检测及范围测量电路5 1.2.3 水位状态显示电路6 1.2.4 电动机控制电路8 2 本实验所用器件清单及说明8 2.1 水压传感器 8 2.2 迟滞比较器 9 2.2.1 电路组成9 2.2.2 门限电压的估算10 2.2.3 传输特性10 2.3 稳压二极管 11 2.4 发光二极管 12 2.5 三极管 13 2.6 电磁继电器 15 2.7 74LS200.15 致谢 .19 参考文献 .20 附录1元器件清单 21 继电器 错错误误 未定义书签。未定义书签。 附录2总设计原理图 22 3 简易水塔水位控制电路 1 电路综合设计方案及原理 1.1 综合设计图 水 位 检 测电路 水 位 范 围 测 量 水 泵 开 关电路 显 示 电 路 电源电路 图 1.1 综合构架图 如图 1.1 所示，该电路每部分相应的功能首先有水位检测电路产生整个电路的输入 信号，该信号传至范围测量电路，输出其他电路的控制信号，控制其他电路的工作， 电机控制电路部分接收到有信号处理电路输出的有效控制信号后正常工作驱动电机 转动抽水，使水位上升，而水位的变化直接关系到信号的产生，水位显示电路接收到 有效信号后驱动显示器工作， 使其显示该时刻的水位状态， 因此有个循环过程 由 “信 号产生→信号处理→电机控制→电机→信号处理” 这个循环就能使该水塔具有自动控 制水位的能力。本设计图由电源电路给各个电路提供直流电源。 1.2 电路设计原理 1.2.1 电源电路 图 1.2.1 电源电路 4 简易水塔水位控制电路 如图 1.2.1 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。采用常规的铁心变 压器，将高压转变为低压。二极管桥式电路，任务是将交流电换成直流电。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。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。 1.2.2 水位检测及范围测量电路 图 1.2.2 水位检测电路及范围测量电路 水位监测电路由可变电阻 R3﹑R4 和一个电阻型水压传感器构成。电阻型水压传 感器是最简单也最典型的一种水压传感器， 它的工作原理是通过阻抗的变化来表示水 压的变化，同时将水压信号转化为电信号 Vs，即 Vs 代表了实际水位 S。本电路采用 的电阻型水压传感器型号为 PT500-501，是水压传感器，即传感器的阻抗随水压的增 5 简易水塔水位控制电路 加而增加。可变电阻 R3 和 R4 的作用是通过调节可变电阻的阻值，就可以调 Vs 的范 围，也就可以调节水位控制范围。 水位范围测量电路由两部分构成 第一部分是由电阻 R1、R2 和稳压管 D1、D2 构成的参考电压产生电路； 第二部分是由迟滞比较器构成的水位范围测量电路。 参考电源产生电路的功能是产生一个稳定的电压， 由于参考电源产生电路输出端 介入比较器的输入，为了防止出现输出电流导致参考电源不稳定的情况，电路采用电 阻和稳压管相结合的方式构成。其中稳压管的稳压电压为 8V，而输出 VREF18V， VREF24V。 水位范围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； 第二是防止出现跳闸的现象。 首先，Vs1 和 Vs2 分别输入到运算放大器的同相输入端，而 Vs 则同时输入到这 两个运算放大器的反相输入端。当水位低于 S1 时，Vs VREF2，Vo1 和 Vo2 输出都为 高电平；当水位高于 S1 低于 S2 时，VREF2Vs