超聲波的應(yīng)用-水位監(jiān)測(cè)報(bào)警器(顯示部分)

1、第二屆電子設(shè)計(jì)大賽水位監(jiān)測(cè)報(bào)警器 （顯示部分） 目錄摘要1引言2一、方案論證211 電源模塊31.2 水位檢測(cè)模塊314 顯示模塊521電源模塊622 控制模塊和顯示模塊6三、 測(cè)試說(shuō)明731測(cè)試所用儀器732 模塊測(cè)試7321 電源模塊測(cè)試7322 控制模塊測(cè)試及顯示模塊測(cè)試8四、測(cè)試數(shù)據(jù)8五、 結(jié)束語(yǔ)8六、 參考文獻(xiàn)8水位監(jiān)測(cè)報(bào)警器 （顯示部分）摘要：水位監(jiān)測(cè)報(bào)警器是利用在江河湖海監(jiān)測(cè)水位高度的水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，能準(zhǔn)確顯示水水位的高度。水位監(jiān)測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì)新獨(dú)特，具有體積小，靈敏度高、工作穩(wěn)定的特點(diǎn)，更重要的就是能夠遠(yuǎn)程接收信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，大大提升技術(shù)性能?，F(xiàn)在重點(diǎn)

2、介紹水位監(jiān)測(cè)報(bào)警器的顯示部分的內(nèi)部電路、性能及應(yīng)用。關(guān)鍵詞：水位監(jiān)測(cè)報(bào)警器 MC74HC4511N芯片 共陰顯示數(shù)碼管 引言發(fā)光二極管是利用于水位顯示高度的電子元件，自從上個(gè)世紀(jì)90年代已被人們?cè)谒划a(chǎn)品中廣泛應(yīng)用。但由于它不能顯示具體的數(shù)字，所以現(xiàn)在逐漸被人們所在取代。水位監(jiān)測(cè)器是在以前的水位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造的高科技產(chǎn)品。它應(yīng)用了共陰顯示數(shù)碼管，能更為準(zhǔn)確地、直觀地觀察水位，再加上應(yīng)用了MC74HC4511N芯片，工作穩(wěn)定，靈敏度高，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，大大提升了綜合技術(shù)性能。一、方案論證根據(jù)題目要求和本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)主要包括圖一所示的模塊圖一 系統(tǒng)模塊11 電源模塊方

3、案1：利用交流電源來(lái)驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)工作，把交流電220伏利用變壓器降壓到交流電壓5伏，再把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷骸Ｔ诖朔桨钢?，利?20伏交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?伏交流電過(guò)程中，利用變壓器降壓比較困難，且準(zhǔn)確不高。最后還要將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡瑢?shí)現(xiàn)過(guò)程中需要比較多的元件，以及經(jīng)濟(jì)上比較昂貴。所以，這個(gè)方案不合理，不采用.方案2 直接利用5伏直流電。運(yùn)用方便、簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、實(shí)用價(jià)值比高。本設(shè)計(jì)采用了方案2。1.2 水位檢測(cè)模塊方案1：利用一個(gè)水球，通過(guò)水球的浮沉來(lái)決定那個(gè)水位的電路導(dǎo)通。當(dāng)水位上升到最低高度時(shí)，水球接觸最低端點(diǎn)時(shí)，最低點(diǎn)的電路導(dǎo)通；當(dāng)水位繼續(xù)上升時(shí)，水球也隨著水位上升，接觸端會(huì)脫離最低點(diǎn)，上升

4、到第二最低點(diǎn)使第二最低點(diǎn)處的電路導(dǎo)通，以后的導(dǎo)通點(diǎn)，同理。在實(shí)際應(yīng)用中，由于水面的浮動(dòng)，而引言起水球的浮動(dòng)，導(dǎo)致顯示水位方面出現(xiàn)不穩(wěn)定或是出現(xiàn)錯(cuò)誤的顯示；另外，水球的動(dòng)接觸點(diǎn)與電路中的靜接觸點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)接觸不良或是不接觸現(xiàn)象，這樣對(duì)于自動(dòng)控制方面帶來(lái)不良的影響。圖 1.2-2 水位檢測(cè)模塊方案2：A、B、C、D、E、F-為水位檢測(cè)點(diǎn)，公共端接5伏的直流電源，假如水位在A點(diǎn)水平面時(shí)，則5伏電源經(jīng)過(guò)公共端點(diǎn)、水、A點(diǎn)，形成水中的導(dǎo)通電路。（見(jiàn)上圖1.2-2）這個(gè)電路簡(jiǎn)單,可用性強(qiáng).基于上述分析，所以選擇方案2。13 控制模塊方案1:利用優(yōu)先編碼器CD74LS147先進(jìn)行編碼,使其編碼成8421BCD碼

5、,再用顯示驅(qū)動(dòng)譯碼器4511BD把編碼器的8421BCD碼譯出來(lái),并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管把當(dāng)前水位顯示出來(lái).在這個(gè)方案中,由于優(yōu)先編碼器在進(jìn)位過(guò)程中,經(jīng)常出現(xiàn)8421碼的渾亂,造成準(zhǔn)確度不高,使之在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中不能最好發(fā)揮它的作用,所以這個(gè)方案不是最完美的方案.方案2 利用或門(mén)DM74LS32N和異或門(mén)DM74LS86N來(lái)編碼成8421BCD碼,再利用顯示驅(qū)動(dòng)譯碼器4511BD把編碼的8421BCD碼譯出來(lái)(見(jiàn)圖 3.3).這個(gè)方案中,或門(mén)DM74LS32N和異或門(mén)DM74LS86N工作電壓范圍大,且編碼比較穩(wěn)定,精確度較高,所以采用了此方案.11圖 1.3-3 控制模塊 14 顯示模塊方案1：利用發(fā)光二

6、極管來(lái)顯示水位的高度。當(dāng)水位上升到一個(gè)高度時(shí)，就給發(fā)光二極管一個(gè)高電平，使其發(fā)光，這樣可知當(dāng)前水位的高度。由于二極管只是能發(fā)光，而不能顯示數(shù)字，使用不方便，不能直觀地得出水位高度。所以我們?cè)O(shè)計(jì)了第二種方案。方案2 利用共陰顯示數(shù)碼管來(lái)顯示當(dāng)前水位的高度。由于共陰數(shù)碼管顯示的是數(shù)字，所能使用比較方便，而且數(shù)碼管的價(jià)格相比發(fā)光二極管的總價(jià)低，所以第二種方案比較理想。故我們采用了方案2。 二 、具體的模塊設(shè)計(jì)具體模塊設(shè)計(jì)見(jiàn)圖二。圖 二 具體設(shè)計(jì)模塊21電源模塊利用水的導(dǎo)電性。當(dāng)水位上升到固定端點(diǎn)，電源、公共端點(diǎn)、水、另外一個(gè)端點(diǎn)、負(fù)載構(gòu)成閉合回路。22 控制模塊和顯示模塊利用或門(mén)DM74LS32N和

7、異或門(mén)DM74LS86N結(jié)合起來(lái)構(gòu)成控制模塊，再利用驅(qū)動(dòng)譯碼器4511BD把當(dāng)前的水位顯示出來(lái)(見(jiàn)圖 2.2-1)。圖 2.2-1 控制模塊與顯示模塊實(shí)物三、 測(cè)試說(shuō)明31測(cè)試所用儀器模擬水箱、萬(wàn)用表32 模塊測(cè)試首先把導(dǎo)通模塊放到水中，然后接通直流電源，最后逐漸向模擬水箱加入水，觀察數(shù)碼管所顯示的數(shù)字，并用直尺測(cè)量水位的高度，記錄數(shù)碼管顯示的水位高度及直尺所測(cè)量到的水位設(shè)計(jì)，再作比較。321 電源模塊測(cè)試先把電池裝進(jìn)電池盒，然后連接好電路各個(gè)模塊，首先測(cè)量電池盒輸出電壓，測(cè)量的結(jié)果得4.98伏，然后再用萬(wàn)能表測(cè)量經(jīng)過(guò)水后到異或門(mén)DM74LS86N兩端之間的電壓，得到的測(cè)量結(jié)果是4.8伏。結(jié)果

8、分析：所測(cè)試得的結(jié)果在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中是很正常的，因?yàn)橛捎谒脙x器的誤差及電池輸出電壓不穩(wěn)定所造成。322 控制模塊測(cè)試及顯示模塊測(cè)試當(dāng)水位上升到5厘米時(shí)，數(shù)碼管立刻顯示“5”，緊接著隨著水位的上升，數(shù)碼管顯示的數(shù)字也在不斷增大；當(dāng)?shù)竭_(dá)水位的最高點(diǎn)15厘米時(shí)，數(shù)碼管顯示著“15”，這時(shí)如果水位下降時(shí)，數(shù)碼管的數(shù)字也隨著減小，直到“5”。結(jié)果分析：控制模塊、數(shù)碼管顯示模塊都是正常的。 四、測(cè)試數(shù)據(jù)各元件的平均參數(shù)(見(jiàn)圖表四)電源電壓（伏）輸入電壓（伏）輸出電壓（伏）4984.84.84984.84.8表四通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試的結(jié)果分析，系統(tǒng)各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)都是基本上符合各個(gè)元件的參數(shù)，且在整個(gè)電路中這些數(shù)據(jù)是該電路最適合的參數(shù)。五、 結(jié)束語(yǔ)本設(shè)計(jì)實(shí)物中運(yùn)用了或門(mén)DM74LS32N、異或門(mén)DM74LS86N和驅(qū)動(dòng)譯碼器4511BD完美的結(jié)合，構(gòu)造成水位監(jiān)測(cè)、水位顯示系統(tǒng)，它具有設(shè)計(jì)新獨(dú)特，具有體積小，靈敏度高、工作穩(wěn)定的特點(diǎn)，可以準(zhǔn)確接收遠(yuǎn)程信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。從最終結(jié)果來(lái)看，本設(shè)計(jì)有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，能夠較好的完成題目的要求。六、 參考文獻(xiàn)1 魏立君.韓華琦編.CMOS4000系列60種常用集成電路的應(yīng)