水箱水位控制

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) （自動(dòng)化12級(jí)） 水箱水位控制學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 院 系 工學(xué)院電氣與信息工程系 專(zhuān) 業(yè) 自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 填寫(xiě)日期 2014-07-11 目錄目錄11.設(shè)計(jì)任務(wù)與要求22.總方案設(shè)計(jì)42.1設(shè)計(jì)思路42.2方案分析比較43.硬件電路各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)63.1 5V，12V直流穩(wěn)壓電源63.2 控制電路73.3 開(kāi)關(guān)電路83.4 功能電路83.5 顯示電路94.主要元器件使用原理（附表1 元器件清單）104.1 NE555104.2 74LS48114.3 74LS14813（整體的電路仿真請(qǐng)見(jiàn)附表2）145.總結(jié)和體會(huì)156. 參考文獻(xiàn)16致謝17附頁(yè)一：18第 17 頁(yè) 共 19

2、頁(yè)1.設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 如下圖1為誰(shuí)為控制器原理圖。在水箱內(nèi)的不同高度安裝3根金屬棒，以感知誰(shuí)為變化情況，能用數(shù)碼管顯示水箱的液位，液位分1，2，3檔，當(dāng)檢測(cè)到水位低于1檔時(shí)，發(fā)出缺水警報(bào)，并通過(guò)繼電器打開(kāi)電磁閥向水箱供水，當(dāng)水位超過(guò)1檔時(shí)，停止缺水警報(bào)，但繼續(xù)供水，直到水位達(dá)到3檔為止，關(guān)閉電磁閥。當(dāng)水位超過(guò)3檔時(shí)，發(fā)出越線(xiàn)警報(bào)。0接+5V，1，2，3各通過(guò)一個(gè)電阻與地相連。圖一 水位控制原理圖具體要求如下：1. 根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)。2. 畫(huà)出電路原理圖（或仿真原理圖），要求設(shè)計(jì)5V直流穩(wěn)壓電源；3. 元器件及參數(shù)選擇；4. 電路仿真與調(diào)試；5. 制作實(shí)物電路；6. 編寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告，寫(xiě)

3、出設(shè)計(jì)過(guò)程，附上有關(guān)資料，圖紙及心得體會(huì)。2.總方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)思路 利用水的導(dǎo)電性，使得各個(gè)檔位相互連接，從而通過(guò)門(mén)電路和基本的555電路的應(yīng)用完成低水位報(bào)警供水和高水位的報(bào)警抽水，此過(guò)程完全是利用自動(dòng)化的原則，整體的過(guò)程只有簡(jiǎn)單的按鍵控制。2.2方案分析比較 1各檔位電路的通斷關(guān)系上。有兩種方案，一種是在最低點(diǎn)設(shè)為高電平，根據(jù)水的導(dǎo)電性，則在最高檔位時(shí)水均為高電平，但是這種方案很可能造成了5V電壓值的不穩(wěn)定，達(dá)不到高電平所需的條件。第二種方案是采用最低點(diǎn)設(shè)為低電平，這樣可以較好地完成各個(gè)支路檔位的契合，能夠更好的保證電路的運(yùn)行。所以我們采用的是第二種方式。 2繼電器的使用上。一種是直接與

4、電路相連，但是這種方式經(jīng)過(guò)我們測(cè)試不能夠做到很好的使繼電器的線(xiàn)圈閉合進(jìn)而完成要求。第二種就是加上一個(gè)三極管的電流放大驅(qū)動(dòng)繼電器的電路，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，基本完全能夠?qū)崿F(xiàn)功能，其中該方案供選擇的也有兩種，一種是NPN放大，一種是PNP放大。3555電路的2端口和6端口的上拉電阻和與其相連的三極管基極的上拉電阻和三極管發(fā)射極的電阻的調(diào)整。經(jīng)過(guò)不斷地調(diào)整測(cè)試我們終于找到了相對(duì)符合條件的電阻值進(jìn)而基本完成了本次的課程設(shè)計(jì)。4顯示電路的元器件應(yīng)用上。我們最初的設(shè)想是使用CD4511譯碼器和CD4532編碼器，但是實(shí)際的情況是這兩種元器件都已經(jīng)缺貨了。我們就重新選擇了74LS48和74LS148作為編碼器和譯碼器

5、，這兩種元器件擁有著更加昂貴的價(jià)格和更加優(yōu)越的性能，正好實(shí)驗(yàn)室是有的。所以我們便的以方便的使用他們了。3.硬件電路各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)3.1 5V，12V直流穩(wěn)壓電源 我采用了單獨(dú)焊接的方法，就是使用了單獨(dú)的一塊兒板子來(lái)焊接電源，這樣在今后的題目中我可以不再浪費(fèi)材料來(lái)焊接電源，可以直接使用電源來(lái)進(jìn)行工作。其電源電路如上所視。這是一個(gè)+5V的電源電路，而剩下的12V電源電路與其類(lèi)似。3.2 控制電路 這個(gè)控制電路是以555為核心的電路，在這個(gè)電路中我們利用的是下列的表格的功能進(jìn)而實(shí)現(xiàn)的。3腳高電平3腳低電平3腳狀態(tài)不變3.3 開(kāi)關(guān)電路 因?yàn)楣δ艿囊?，我們?cè)O(shè)定了電源的開(kāi)關(guān)指示燈，一個(gè)單獨(dú)的按鍵是電源的總開(kāi)

6、關(guān)，而單刀三擲開(kāi)關(guān)是分別控制電源的正常電路，緊急進(jìn)水和緊急排水的電路。3.4 功能電路這個(gè)是繼電器的驅(qū)動(dòng)電路和電機(jī)的運(yùn)動(dòng)電路。分別是采用了NPN驅(qū)動(dòng)和PNP的驅(qū)動(dòng)方式，在電機(jī)的運(yùn)動(dòng)電路上我采用了是指示燈和電機(jī)并聯(lián)的方式，在這個(gè)過(guò)程中用的是12V對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，我用的杜邦線(xiàn)有些多了，因?yàn)槲抑挥幸粋€(gè)5V的繼電器，導(dǎo)致我在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上出現(xiàn)了問(wèn)題，所以我在這里采用了撥碼開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)試。3.5 顯示電路 這里我采用的是74LS148和74LS48的電路進(jìn)行共陰數(shù)碼管的顯示。具體的使用方法會(huì)在下面實(shí)驗(yàn)中。4.主要元器件使用原理（附表1 元器件清單）4.1 NE555 555定時(shí)器的內(nèi)部電路由分壓器，電壓比較器

7、A1和A2，簡(jiǎn)單SR鎖存器，放電三極管T以及反相器G組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖14.3.1所示。三個(gè)5000歐姆的電阻串聯(lián)組成分壓器，為比較器A1，A2提供參考電壓。當(dāng)控制電壓端（5）懸空時(shí)，比較器A1，A2的基準(zhǔn)電壓分別為2/3Vcc和1/3Vcc。 放電三極管T為外接電路提供放電通路，在使用定時(shí)器時(shí)，該三極管的集電極（7腳）一般都要外接上拉電阻。當(dāng)V112/3Vcc,V121/3Vcc時(shí)，比較器A1輸出低電平，比較器A2輸出高電平，簡(jiǎn)單SR鎖存器Q端置0，放電三極管T導(dǎo)通，輸出端V0為低電平。 當(dāng)V112/3Vcc，V121/3Vcc時(shí)，比較器A1輸出高電平，A2輸出低電平，簡(jiǎn)單SR鎖存器置1

8、，放電三極管截止，輸出端V0為高電平。 當(dāng)V111/3Vcc時(shí)，簡(jiǎn)單SR鎖存器R=1，S=1，鎖存器狀態(tài)不變，電路保持原狀態(tài)不變。4.2 74LS4874LS48除了有實(shí)現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（YaYg）端外，7448還引入了燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。 由7448真值表可獲知7448所具有的邏輯功能：（1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1）在燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無(wú)效電平時(shí)，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，顯

9、示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平，見(jiàn)表1中116行。（2）消隱功能（BI=0）此時(shí)BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表1倒數(shù)第3行，無(wú)論LT 和RBI輸入什么電平信號(hào)，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動(dòng)態(tài)顯示。（3）燈測(cè)試功能（LT = 0）此時(shí)BI/RBO端作為輸出端， 端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表1最后一行，與 及DCBA輸入無(wú)關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個(gè)字段都點(diǎn)亮。該功能用于7段顯示器測(cè)試，判別是否有損壞的字段。（4）動(dòng)態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1）此時(shí)BI/RBO端也作為輸出端，LT 端輸入高

10、電平信號(hào)，RBI 端輸入低電平信號(hào)，若此時(shí)DCBA = 0000，表1倒數(shù)第2行，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個(gè)零。DCBA0，則對(duì)顯示無(wú)影響。該功能主要用于多個(gè)7段顯示器同時(shí)顯示時(shí)熄滅高位的零。 4.3 74LS148 74ls148優(yōu)先編碼器管腳功能介紹:為16腳的集成芯片，電源是VCC(16) GND(8),I0I7為輸入信號(hào)，A2,A1,A0為三位二進(jìn)制編碼輸出信號(hào)，IE是使能輸入端，OE是使能輸出端，GS為片優(yōu)先編碼輸出端。當(dāng)OE輸入IE=1時(shí)，禁止編碼、輸出(反碼)： A2,A1,A0為全1。當(dāng)OE輸入IE=0時(shí)，允許編碼，在I0I7輸入中，輸入I7優(yōu)先級(jí)最高，其余依次為：

11、I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等級(jí)排列。（整體的電路仿真請(qǐng)見(jiàn)附表2）5.總結(jié)和體會(huì) 通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)水箱水位控制，我感受到了數(shù)字電路的神秘，555電路的應(yīng)用的神奇，尤其看到了555電路的150種用法時(shí)，感覺(jué)自己真的知道的還是很少。在這次的課程設(shè)計(jì)中，我們每天都努力的查資料，改電路，控制調(diào)試，很多問(wèn)題我們都是合作完成的，可以說(shuō)這件作品是我們兩個(gè)人共同的成果。 再次淺談一下這次的收獲，主要有下面二點(diǎn)： 第一，通過(guò)系統(tǒng)的完成了一個(gè)課題，初步積累了課題研究經(jīng)驗(yàn)，為后面假期幾個(gè)課題的研究提供了幫助。 第二，再次溫習(xí)了一遍數(shù)電的知識(shí)，例如，門(mén)電路，編碼器，譯碼器的使用和555電路的原理。6.

12、參考文獻(xiàn) 1 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分J. , 2012. 2 百度文庫(kù). NE555，74系列引腳圖M/OL. 百度文庫(kù): . 致謝 首先感謝我的課題的指導(dǎo)老師老師，施老師在選題上對(duì)我們完成這次課題給予了巨大的幫助，而且多次的對(duì)我們的電路等方面進(jìn)行指導(dǎo)。 其次必須要感謝的是我們的班主任老師，張老師在這10天中不辭辛苦，每天都是早晨早早來(lái)開(kāi)門(mén)安排簽到，下午2點(diǎn)安排簽到。并且面對(duì)同學(xué)們?nèi)ヮI(lǐng)取元器件都耐心的給同學(xué)們解釋和解決同學(xué)們的問(wèn)題。最后作為報(bào)告最后的寫(xiě)者，我還非常感謝我的好搭檔，在這么多天中，正是因?yàn)槲覀円黄鹋?，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，才能夠完成本次課題。附頁(yè)一：所需元器件類(lèi)型元器件個(gè)數(shù)74HC00（與非門(mén)）1電阻 1004電阻 1504電阻 2203電阻 4.7k3電容 0.1u3電容 0.01u2S8050（三極管）374HC08(2輸入與門(mén) 4個(gè))274HC11（3輸入與門(mén) 3個(gè)）174HC04（單輸入非門(mén) 6個(gè)）1