水塔水位控制系統(tǒng)電子課程設(shè)計全文

1、水塔水位控制系統(tǒng) 目 錄第一章 引言 2第二章 方案提出 4第三章 電路的基本組成和工作原理 6第一節(jié) 電源電路 6第二節(jié) 水位檢測電路 7第三節(jié) 電阻開關(guān)電路和顯示電路 8第四章 水塔水位電路的介紹圖 9第五章 水塔水位電路的仿真 12第六章 器件清單 16第七章 總結(jié) 17 參考文獻(xiàn)及附錄 18第一章 引言1、研究的目的水塔水位控制系統(tǒng)是我國住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng),傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點,而自動控制原理, 依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù),保持水壓恒定以滿足用水要求, 從而提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。而且成本低，安裝方便，經(jīng)過多次實驗證明，靈敏性好，是節(jié)約水源，方便

2、家庭和單位控制水塔水位的理想裝置。水塔水位控制系統(tǒng)采用交流電壓檢測水位，水位低于下限B點水位時，水泵抽水，水位達(dá)到最高水位線A時，水泵停止抽水，水位降低到最低水位線B以下時，恢復(fù)運行抽水。從而實現(xiàn)自動控制。2、研究的意義不論社會經(jīng)濟如何飛速，水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著重要的作用。一旦斷了水，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故及損失，從而對供水系統(tǒng)提出了更高的要求，滿足及時、準(zhǔn)確、安全充足的供水。如果仍然使用人工方式，勞動強度大，工作效率低，安全性難以保障，由此必須進(jìn)行自動化控制系統(tǒng)的改造，從而實現(xiàn)提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓。我的設(shè)計采用分立的電路實現(xiàn)超高、低警戒水位處理

3、,實現(xiàn)自動控制,而達(dá)到節(jié)能的目的,提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。3、主要內(nèi)容及要求本次課程設(shè)計要求設(shè)計一個簡易的水塔水位控制電路，該系統(tǒng)具有水位上下限手動控制、電機運轉(zhuǎn)指示等功能.使用過程中，可以手動選擇一組上、下限的水位組合，低于下限兩個電機同時運轉(zhuǎn)；水位在上、下限之間，一個電機運轉(zhuǎn)；高于上限，兩個電機都停止運轉(zhuǎn)，電路還設(shè)計了防止上、下限出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象的功能。隨著科技的發(fā)展人們對水位控制的需求越來越多，它不僅要具有控制水位的功能，而且要能自動控制，從而能解放人力，在不需要人為控制的同時它還要能夠調(diào)節(jié)控制水位的范圍，我設(shè)計的這個電路由電源電路，水位監(jiān)測電路，水位范圍測量電路，水泵開關(guān)電路和顯示電路組成。

4、它采用了二極管、三極管、穩(wěn)壓管、滯回比較器、繼電器、三端穩(wěn)壓電路等多種電子元件來實現(xiàn)以下為各部分電路及元件原理。第二章 方案提出 第一節(jié) 總體電路方案介紹如圖1為簡易水塔水位控制電路系統(tǒng)組成圖，他由電源電路，水位檢測電路，水泵開關(guān)電路和顯示電路組成。各部分電路的組成及其用途如下：水位檢測電路：利用傳感器檢測水位變化，實現(xiàn)由位移轉(zhuǎn)化成電信號的功能。水泵開關(guān)電路：完成控制電路和水泵通放水的轉(zhuǎn)換顯示電路：利用發(fā)光二極管（燈泡）將水泵狀態(tài)顯示出來電源電路：為上述所有電路提供直流電源電源電路水位檢測電路水泵開關(guān)電路顯示電路圖1第二節(jié) 對水位檢測電路方案的論證本次設(shè)計所考慮的方案有以下幾種：一、利用浮力原

5、理使浮標(biāo)帶動觸頭工作,進(jìn)而影響參考點電位發(fā)生變化，然后通過滯回比較器的比較控制交流接觸器工作,實現(xiàn)水塔無水時自動開啟水泵電動機,水滿時自動關(guān)閉的自動控制目的。鑒于當(dāng)前水塔利用增多,此次設(shè)計簡單易行、成本低廉、便于安裝的水泵自控電路。二、通過兩到三根電極放在水中，高度不同，其中一條伸到水底當(dāng)?shù)鼐€(如果底部是金屬的也可以省去它)，另外兩條一個在低水位一個在高水位上，當(dāng)?shù)退坏膶Φ厥ミB接時說明水位低，當(dāng)兩條都對地連接說明水位高；三、是用絕緣電極電容式測量，用兩根(或兩組)外表絕緣的電極垂直伸進(jìn)水底，通過測量電極上的電容量變化情況測定水位，水作為電容的介質(zhì)，水位越高電容越大，只要測定一下高低水位時的

6、電容量就可以知道結(jié)果了。本次設(shè)計主要采用第一種方案。第三章 電路的基本組成和工作原理第一節(jié) 電源電路如圖2為電源電路直接可以從電網(wǎng)供電，通過變壓器電路，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。其各部分功能如下：一、 變壓器：采用常規(guī)的鐵心變壓器，將高壓轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪?。整流電路：采用二極管橋式電路，任務(wù)是將交流電換成直流電，這主要靠二極管的單向?qū)щ娮饔茫琓為電源變壓器，作用是將交流電網(wǎng)電壓變成整流電路要求的電壓價。其優(yōu)點是輸出電壓高，紋波電壓小，管子所承受的最大反向電壓底。二、 濾波電路：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

7、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)載變動不大的電路。三、 穩(wěn)壓電路：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實現(xiàn)頻率補償防止穩(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。TTrans1D470uFC10.1uFC247uFC30.1uFC44123123W7812圖2第二節(jié) 水位檢測電路（1）水位監(jiān)測電路由可變電阻（圖3中R9）和浮標(biāo)傳感器R0組成。浮標(biāo)傳感器的工作原理是通過水面浮標(biāo)位置的變化從而改變連入電路中的變阻器R0大

8、小，引起Vs的變化，從而把位置信號轉(zhuǎn)變成電信號。而圖3中右半部分是由2個穩(wěn)壓管代表的參考電壓電路，圖3中兩個參考電壓值V1和V2分別代表了水位的下限值h1和上限值h2.由于參考電源產(chǎn)生電路輸出端接入比較器，加入穩(wěn)壓管就是防止參考電壓不穩(wěn)。2）水位測量電路的功能有兩個：第一是確定實際水位和水位控制范圍的大小關(guān)系；第二是采用滯回比較器代替單門線比較器從而防止了跳閘現(xiàn)象的出現(xiàn)。圖3中當(dāng)Vf1<Vs<Vf2時，V1輸出低電平，V2輸出高電平，當(dāng)Vs <Vf1 < Vf2時，V1和V2均輸出高電平，反之，則輸出低電平。其次，本電路通過滯回比較器代替門限比較器來防止跳閘現(xiàn)象。滯回比

9、較器Uf1=4.7v，Uf1=3.6v, Uf2=8.4v,Uf2=7.3v,回差范圍Uf=1.1v,也就是說，比較器高低電平之間的相互轉(zhuǎn)換有了1.1v的差別，因此防止跳閘現(xiàn)象的發(fā)生。圖3第三節(jié) 水泵開關(guān)電路和顯示電路水泵開關(guān)電路是由三極管電路和繼電器電路構(gòu)成，電路輸入如圖4：當(dāng)h<h1<h2時，兩個三極管均導(dǎo)通，水泵兩水泵開始放水；當(dāng)h1<h<h2時,V1輸出為低電平，V2輸出為高電平，T1截止，T2導(dǎo)通，有一水泵放水；當(dāng)h>h2 時,V1、V2輸出都為低電平，T1，T2都截止，兩水泵停止放水。下圖是對h<h1<h2情況的仿真，V1=1.9v,V2=

10、10.1v,T2導(dǎo)通。燈泡兒亮。圖4一、開關(guān)電路（一）繼電器電路：繼電器是自動控制電器執(zhí)行和控制的元件，它是將小電流，小功率的轉(zhuǎn)化為大電流，大功率的開關(guān)元件。 由于水泵發(fā)電機中要通過大電流，產(chǎn)生大功率致使支流 電源無法提供，因此需用交流供電，故電路中開關(guān)必須采用繼電器電路（二）三極管電路： 它構(gòu)成的電流放大電路是一種比較典型的和簡單的電路。R10，R11為限流電阻，防止輸入電流過大燒毀三極管，三極管為共集電極電路。當(dāng)輸入電壓為高電平時，三極管導(dǎo)通飽和，可以將輸入電流放大；當(dāng)輸入電壓為低電平時，三極管截止，無電流通過。（三）繼電器連接三極管發(fā)射極，當(dāng)有電流驅(qū)動時，開關(guān)吸合，線圈KM(圖中由電阻代

11、替)通電，對應(yīng)水泵開始放水；當(dāng)無電流驅(qū)動時，開關(guān)斷開對應(yīng)水泵停止放水。二、 顯示電路：如虛線右方電路所示，通過發(fā)光二極管(燈泡)亮滅來顯示是否電路通路，水泵是否工作。第四章 水塔水位電路的介紹 工作原理電源電路直接可以從電網(wǎng)供電，通過變壓器電路，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。當(dāng)水塔水位過低時，水面上的浮標(biāo)拖動滑動變阻器，使電位vs小于Vf1、Vf2,從而使兩個比較器T1、T2輸出高電平，繼電器通電，三極管導(dǎo)通，KM線圈因通電而吸合，從而正常起動電機，并接通相關(guān)電路開關(guān)電源，帶動水泵工作，給水塔供水；當(dāng)水位處于上下限之間時，水位上升，浮標(biāo)使連

12、入電路中的電阻增加，導(dǎo)致Vs>Vf1而<Vf2,比較器T1輸出低電平，T2輸出高電平，只有一個電機工作，給水塔放水。當(dāng)水位已滿時，通過浮標(biāo)的作用使Vs>Vf2,兩個比較器均輸出低電平，電動機均不工作，即如下表1，總電路圖如下圖5，圖6：h1（下限)H2(上限)操作<<兩個電機運轉(zhuǎn)><一個電機運轉(zhuǎn)>>電機停轉(zhuǎn)表1圖5 水塔水位控制系統(tǒng)總電路圖TTrans1D470uFC10.1uFC247uFC30.1uFC44123123W7812圖6 12v電源產(chǎn)生電路第五章 水塔水位電路的仿真1.水位監(jiān)測電路和參考電壓電路水位監(jiān)測電路和參考電壓電路的仿

13、真，圖7中的穩(wěn)壓管為理想穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值8v。圖72.水位測量電路水位測量電路的仿真，采用上個參考電壓電路的參考值4v和8v,可看出圖8中比較器輸出V1=1.882v;V2=10.12v。圖83.水泵開關(guān)電路圖9中水泵開關(guān)電路采用了上個電路比較器得輸出值，V1=1.9v;V2=10.1v,可看到正如預(yù)期一樣，2號小燈泡亮，說明只有一個水泵工作。同時按照流入電流Ib=25UA,算出限流電阻為372千歐。圖94.電源電路的仿真電源電路采用市電220v，經(jīng)圖10中變壓器（22:1）變?yōu)?2v。圖11圖12 水位電路的總仿真圖5.總電路的仿真第六章 器件清單符號類別數(shù)目D5，D6穩(wěn)壓管2D1，D2，D3，

14、D4二極管IN41484D7，D8發(fā)光二極管2T1，T2三極管90132J1，J2繼電器JQX4F12V2T變壓器1C1470uF1C2，C40.1 uF2C347 uF1DBRIDGE11U1，U2運放LM3242U9穩(wěn)壓器MC78L12CP1第七章 總結(jié)這一周終于在充實和忙碌，迷茫和需找悄悄的過去了。因為以前沒有做過類似的設(shè)計，有許多的地方不是很符合要求，等做過這次課程設(shè)計之后對以后的類似的課程設(shè)計以及畢業(yè)論文都有很大得幫助。在最初拿到題目的時候感到有些無所適從，不知道從哪下手。但是經(jīng)過查閱一些資料和看一些相關(guān)的例子，思路逐漸的清晰起來，雖然在設(shè)計過程中出現(xiàn)了很多的困難，但是通過自己的努力

15、解決了一部分，剩下的也通過和同學(xué)討論和請教老師一一解決了。雖然其中走了很多的彎路，但是我在這一周的時間里是充實的，在這一周里使我對電工和電子課程有了更深一步的了解和掌握。不僅豐富了課本的理論知識，而且鍛煉了自己的能力。這次的課程設(shè)計，是一次理論與實踐的結(jié)合，也可以說讓我們平時的積累得到了一次施展，讓我加深了對電子技術(shù)的理解，明白了所學(xué)知識的重要性和自己理論知識的欠缺，增加了自己對所學(xué)課程的興趣。將理論和實踐相結(jié)合使自己的能力有了很大的提高。 課程設(shè)計是本科生教學(xué)不可缺少的部分，通過本課程設(shè)計的練習(xí)過程，使我牢固的掌握了電子技術(shù)的相關(guān)知識，特別是一些元器件的應(yīng)用知識，這些在課本上是沒法系統(tǒng)的學(xué)到的，通過本設(shè)計，我能了解各種元器件的特性，并且利用他們來完成我的目的。使我對電子技術(shù)整本書有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了一遍，同時我查閱相關(guān)的資料，豐富的我的知識面，鍛煉了自己的動手操作能力。這次課程設(shè)計提高了我的動手能力，加深了知識點的學(xué)習(xí)，在合作中曾強了同學(xué)之間的了解，加深了同學(xué)之間的友誼。同時再請教老師的過程中也曾加了和老師的接觸，同時這次課程設(shè)計有答辯環(huán)節(jié)，這也是畢業(yè)答辯的一次演練從而使我們更加了解答辯流程，答辯方法，為畢業(yè)答辯做好充分的準(zhǔn)