自來(lái)水塔水位自動(dòng)控制設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文設(shè)計(jì)說明書

(此文檔為word格式，下載后您可任意編輯修改！ )信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)設(shè)計(jì)題目: 自來(lái)水塔水位自動(dòng)控制設(shè)計(jì)專 業(yè): 應(yīng)用電子技術(shù)班 級(jí):學(xué) 號(hào):姓 名:指導(dǎo)教師:2009 年12月12 日息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)生

應(yīng)電學(xué)號(hào)

班級(jí)

專業(yè)

應(yīng)用電子技術(shù)姓名

07-2設(shè)計(jì)（或論文）題目

自來(lái)水塔水位自動(dòng)控制指導(dǎo)教師姓名

職 稱

工作單位及所從事專業(yè)

聯(lián)系方式

備注高講 工程系設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：1、查閱NE555的相關(guān)資料，了解此方面的發(fā)展?fàn)顩r；2、掌握相關(guān)方面的技術(shù)3、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)；4、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告進(jìn)度安排：3～7周：根據(jù)要求設(shè)計(jì)出方框圖和原理電路圖。根據(jù)電路分析其工作原理。8～10周：根據(jù)電路準(zhǔn)備電子元件 .11～14周：制作出電路板,安裝并調(diào)試，測(cè)試出相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)；15～18周：根據(jù)調(diào)試分析其優(yōu)缺點(diǎn)和提出整改措施，完成論文；主要參考文獻(xiàn)、資料(寫清楚參考文獻(xiàn)名稱、作者、出版單位 )：1］高吉祥．電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)．北京：電子工業(yè)出版社，2002年．2］彭介華．電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)．北京：高等教育出版社，1997年．3］畢滿清．電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001年審批意見教研室負(fù)責(zé)人：年 月 日目錄摘要............................................................................................................................................1第1章緒論............................................................................................................................2第2章設(shè)計(jì)框圖及電路系統(tǒng)概述........................................................................................32.1目的...............................................................................................................................32.2設(shè)計(jì)框圖.......................................................................................................................32.2.1設(shè)計(jì)方框圖.......................................................................................................32.3元器件簡(jiǎn)介...................................................................................................................42.3.1NE555介紹.........................................................................................................4第3章電路工作原..............................................................................................................103.1總體電路圖................................................................................................................103.2電路工作原理分析.....................................................................................................10第4章EWB軟件仿真........................................................................................................124.1上水過程.....................................................................................................................124.1.1電路仿真現(xiàn)象...................................................................................................124.1.2電路工作原理...................................................................................................124.2水滿時(shí).........................................................................................................................134.2.1電路仿真現(xiàn)象...................................................................................................134.2.2電路工作原理...................................................................................................144.3水下降時(shí).....................................................................................................................144.3.1電路仿真現(xiàn)象...................................................................................................144.3.2電路工作原理...................................................................................................154.4水低于最低點(diǎn).............................................................................................................154.4.1電路仿真現(xiàn)象...................................................................................................164.4.2電路工作原理...................................................................................................16總結(jié)......................................................................................................................................17致謝......................................................................................................................................18參考文獻(xiàn)..................................................................................................................................19附錄一：整機(jī)電路圖 20附錄二：元件明細(xì)表 21摘 要本文設(shè)計(jì)了自來(lái)水自動(dòng)控制電路。其理論依據(jù)是以NE555的工作特性為核心。缺水時(shí)自動(dòng)上水，水滿時(shí)自動(dòng)斷水等功能。本電路工作原理簡(jiǎn)單，組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、使用方便、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。本例電路專門用于自來(lái)水塔水位的自動(dòng)控制。當(dāng)水位低于最低水位時(shí)，自動(dòng)將供水泵啟動(dòng)上水；當(dāng)水位達(dá)到最高水位時(shí)；自動(dòng)停止上水，不用人工控制。該電路的特點(diǎn)是通過一只中間繼電器來(lái)接通大功率的交流接觸器，控制上水水泵電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。這是由于555電路的輸出功率較小，不能驅(qū)動(dòng)大功率的交流接觸器。關(guān)鍵詞：三極管 繼電器第1章緒論自來(lái)水塔在的發(fā)展越來(lái)越快，自來(lái)水塔有很多類型，按建筑材料分為鋼筋混凝土水塔、鋼水塔、磚石支筒與鋼筋混凝土水柜組合的水塔。水柜也可用鋼絲網(wǎng)水泥、玻璃鋼和木材建造。過去歐洲曾建造過一些具有城堡式外形的水塔。法國(guó)有一座多功能的水塔，在最高處設(shè)置水柜，中部為辦公用房，底層是商場(chǎng)。中國(guó)也有煙囪和水塔合建在一起的雙功能構(gòu)筑物。按水柜形式分為圓柱殼式和倒錐殼式。在中國(guó)這兩種形式應(yīng)用最多，此外還有球形、箱形、碗形和水珠形等多種。支筒一般用鋼筋混凝土或磚石做成圓筒形。支架多數(shù)用鋼筋混凝土剛架或鋼構(gòu)架。水塔基礎(chǔ)有鋼筋混凝土圓板基礎(chǔ)、環(huán)板基礎(chǔ)、單個(gè)錐殼與組合錐殼基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)。當(dāng)水塔容量較小、高度不大時(shí)，也可用磚石材料砌筑的剛性基礎(chǔ)。本例電路專門用于自來(lái)水塔水位的自動(dòng)控制。當(dāng)水位低于最低水位時(shí)，自動(dòng)將供水泵啟動(dòng)上水；當(dāng)水位達(dá)到最高水位時(shí)；自動(dòng)停止上水，不用人工控制。該電路的特點(diǎn)是通過一只中間繼電器來(lái)接通大功率的交流接觸器，控制上水水泵電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。這是由于555電路的輸出功率較小，不能驅(qū)動(dòng)大功率的交流接觸器。第2章設(shè)計(jì)框圖及電路系統(tǒng)概述2.1目的1．掌握振蕩器555的工作原理和各管腳的功能。2．掌握自己實(shí)際操作動(dòng)手能力的形成和進(jìn)一步提高。3．鍛煉自己對(duì)所學(xué)理論知識(shí)和技能的綜合運(yùn)用能力。4．提高自己對(duì)文獻(xiàn)資料的搜索和信息處理能力。5．培養(yǎng)自己對(duì)社會(huì)普通科學(xué)知識(shí)的了解。6．增強(qiáng)自身的知識(shí)見解和設(shè)計(jì)論文的方法。2.2設(shè)計(jì)框圖設(shè)計(jì)方框圖根據(jù)電路所要完成的功能和達(dá)到的效果。我們得到下面的電路框圖。1.方框圖2.方框圖的功能水塔里的水位決定控制電路的工作狀態(tài)，控制電路決定電動(dòng)機(jī)工作與否，電動(dòng)機(jī)工作上水決定水塔里的水位，電源給控制電路和電動(dòng)機(jī)供電。2.3元器件簡(jiǎn)介介紹NE555(TimerIC)大約在 1971年由SigneticsCorporation發(fā)布，在當(dāng)時(shí)是唯一非?？焖偾疑虡I(yè)化的 TimerIC，在往后的 30年來(lái)非常普遍被使用，且延伸出許多的應(yīng)用電

路，盡管近來(lái)

CMOS技術(shù)版本的

TimerIC

如

MOTOROLA的

MC1455

已被大量的使用，但原規(guī)格的

NE555

依然正常的在市場(chǎng)上供應(yīng)，盡管新版

IC

在功能上有部份的改善，但其腳位勁能并沒變化，所以到目前

都可直接的代用。NE555是屬于555系列的計(jì)時(shí) IC的其中的一種型號(hào)， 555系列IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號(hào)不同的因其價(jià)格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而 555是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí) IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號(hào)。NE555的特點(diǎn)有：1）.只需簡(jiǎn)單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久。（2）.它的操作電源范圍極大，可與 TTL，CMOS等邏輯閘配合，也就是它的輸出準(zhǔn)位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。3）.其輸出端的供給電流大，可直接推動(dòng)多種自動(dòng)控制的負(fù)載。4）.它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜。2.內(nèi)部方框圖NE555引腳位配置說明下：①腳(接地)-地線(或共同接地 )，通常被連接到電路共同接地。②腳(觸發(fā)點(diǎn))-這個(gè)腳位是觸發(fā) NE555使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號(hào)上緣電壓須大于 23VCC，下緣須低于 13VCC。③腳(輸出)-當(dāng)時(shí)間周期開始 555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少 1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到 O伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約 200mA 。④腳(重置)-一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會(huì)重置定時(shí)器和使輸出回到一個(gè)低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。⑤腳(控制)-這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器經(jīng)營(yíng)在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下 ,這輸入能用來(lái)改變或調(diào)整輸出頻率。⑥腳(重置鎖定)-重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。 當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從 13VCC電壓以下移至 23VCC以上時(shí)啟動(dòng)這個(gè)動(dòng)作。⑦腳(放電)-這個(gè)接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時(shí)為L(zhǎng)OW，對(duì)地為低阻抗， 當(dāng)輸出為 OFF時(shí)為HIGH，對(duì)地為高阻抗。⑧腳

(V+)-

這是

555個(gè)計(jì)時(shí)器

IC

的正電源電壓端。 供應(yīng)電壓的范圍是

+4.5伏特

(最小值

)至+16

伏特

(最大值

)。IC1

選用

555振蕩器，它的內(nèi)部電路如圖

2-2所示，管腳排列圖如圖

2-3所示。4.555振蕩器的工作原理：電阻分壓器由三個(gè)阻值都是 5K電阻構(gòu)成，其作用是為電壓比較器基準(zhǔn)電壓。A1、A2組成電壓比較器，當(dāng)控制電壓輸入端 CONT懸空時(shí)，

A1、A2提供A1、A2的基準(zhǔn)電壓分別為23Vcc和13Vcc。A1的反相輸入端THRES稱為555振蕩器的高觸發(fā)端，A2的同相輸入端TRIG稱為555振蕩器的低觸發(fā)端。比較器A1的輸出作為置0輸入端，比較器A2的輸出作為置1輸入端。RESET是驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器的復(fù)位輸入端Vr是集電極開路的三極管，Vr的集電極作為定時(shí)器的引出端DISCH，非門是緩沖器，其作用是提高電路的負(fù)載能力。利用555定時(shí)器可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。只要將555定時(shí)器的2號(hào)腳和6號(hào)腳接在一起，就可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器 [圖2-4]。我們簡(jiǎn)記為“二六一搭”。這個(gè)施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性是反相的 [圖2-5]。5號(hào)腳接控制電壓 VCO時(shí)，正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓分別為 VCO和。將555定時(shí)器的6號(hào)腳和7號(hào)腳接在一起，并添加一個(gè)電容C和一個(gè)電阻R，就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器[圖2-6]。電容接在電源與6號(hào)腳之間，電阻接在7號(hào)腳和地之間。我們簡(jiǎn)記為“七六一搭，下 C上R。這個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負(fù)脈沖觸發(fā)的。穩(wěn)態(tài)時(shí)，這個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出低電平。暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，這個(gè)觸發(fā)器輸出高電平。 5號(hào)腳懸空時(shí)，輸出脈沖寬度為 RCln3。5號(hào)腳接控制電壓VCO時(shí)，輸出脈沖寬度為VCCRCln （2-2）VCC VCO我們知道，利用施密特觸發(fā)器可以構(gòu)成多諧振蕩器 [圖2-7]。理論上，我們只需要添加一個(gè)電阻和一個(gè)電容即可。電阻和電容構(gòu)成一個(gè)RC積分電路，其輸入端接施密特觸發(fā)器的輸出端，其輸出端接施密特觸發(fā)器的輸入端。用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器就是用的這個(gè)思路。于是，我們先用555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)施密特觸發(fā)器，然后再把這個(gè)施密特觸發(fā)器改接成多諧振蕩器[圖2-8]。不過，我們這個(gè)施密特觸發(fā)器稍微復(fù)雜一些，除了“二六一搭”以外，又增加了一個(gè)電阻 R1。R1與555定時(shí)器內(nèi)部的放電管 TD構(gòu)成了一個(gè)反相器。邏輯上，這個(gè)反相器的輸出與555定時(shí)器的輸出完全相同。因此，這個(gè)施密特觸發(fā)器有兩個(gè)輸出端，分別為555定時(shí)器的3號(hào)腳和7號(hào)腳。我們看到，電阻R2和電容C構(gòu)成了RC積分電路，施密特觸發(fā)器的一個(gè)輸出端（7號(hào)腳）接RC積分電路的輸入端，RC積分電路的輸出端接施密特觸發(fā)器的輸入端。這樣，一個(gè)多諧振蕩器就成了。也許有人會(huì)問，為什么要用兩個(gè)輸出端的施密特觸發(fā)器呢？一個(gè)輸出端的施密特觸發(fā)器也可以呀！因?yàn)槭┟芴赜|發(fā)器的另外一個(gè)輸出端（ 3號(hào)腳）專門作為多諧振蕩器的輸出，所以我們可以最大限度地保證多諧振蕩器的帶負(fù)載能力。這個(gè)多諧振蕩器可以驅(qū)動(dòng)小型繼電器！信號(hào)由555時(shí)基電路7腳輸出，經(jīng)過R2和電容C構(gòu)成的RC積分電路，由VC2的正極輸入在

RS觸發(fā)器內(nèi)部處理后經(jīng)過非門對(duì)低平信號(hào)反向放大輸出高電平，

形成延時(shí)電路，本電路大約延長(zhǎng)時(shí)間

1分鐘。第3章 電路工作原3.1總體電路圖3.2電路工作原理分析本例電路專門用于自來(lái)水塔水位的自動(dòng)控制。當(dāng)水位低于最低水位時(shí)，自動(dòng)將供水泵啟動(dòng)上水；當(dāng)水位達(dá)到最高水位時(shí)；自動(dòng)停止上水，不用人工控制。該電路的特點(diǎn)是通過一只中間繼電器來(lái)接通大功率的交流接觸器，控制上水水泵電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。這是由于 555電路的輸出功率較小，不能驅(qū)動(dòng)大功率的交流接觸器。電路中，NE555組成R-S觸發(fā)器，作為主控電路。R1、R3與R4組成輸入端分壓偏置電路，它將R-S觸發(fā)器的R端與S端分別偏置在既不大于2V3，也不小于VDD3的中間狀態(tài)。三個(gè)探測(cè)電極 A、B、C在水塔中的位置如圖 3-1所示。當(dāng)水塔中的水處于滿水位置時(shí)，電源電極A通過水電阻與B、C電極相連，使R-S觸發(fā)器的、RS端均為高電平，R-S觸發(fā)器輸出端為低電平，繼電器K通電吸合，通過常閉觸點(diǎn)K1-1將交流接觸器K2的電源斷開，上水水泵處于停歇狀態(tài)。當(dāng)水位下降使電極C脫離水位后，雖然NE555⑥腳電壓下降了，但它對(duì)電路不起觸發(fā)作用，電路仍保持原輸入狀態(tài)。當(dāng)水位繼續(xù)下降使電極B脫離水位后，由于NE555的②、⑥腳均被懸空，②腳上的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于VDD3。R-S觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖?，繼電器K斷電釋放，它的常閉觸點(diǎn)K1-1將交流接觸器K2的電源接通。交流接觸器通電吸合，接通了上水泵的工作電源，水泵運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)入送水過程。在上水過程中，當(dāng)水位上升使電極A、B接觸后，通過水電阻與R2將電源電壓加至②腳，使R-S觸發(fā)器的S端出現(xiàn)高電平，但這一高電平對(duì)電路不起觸發(fā)作用。電路保持原狀態(tài)，上水過程繼續(xù)。當(dāng)水位進(jìn)一步上升使電極、AC連通后，電源電壓通過水電阻與R1加至⑥腳，使R-S觸發(fā)器的R端出現(xiàn)高電平。這一高電平作為R-S觸發(fā)器的復(fù)位電平，使電路復(fù)位，輸出端輸出低電平，繼電器K通電吸合，通過常閉觸點(diǎn)K1-1將交流接觸器的電源斷開，接觸器斷開水泵工作電源，上水停止。第4章 EWB軟件仿真4.1上水過程電路仿真現(xiàn)象Switch1Key閉合，Switch2Key斷開，燈泡亮。電路工作原理Switch1Key閉合，Switch2Key斷開，就相當(dāng)于水塔中的水高于

B點(diǎn)低于

C點(diǎn)，此時(shí)燈泡亮，相當(dāng)于水泵工作，水塔上水。電極

A、B

接觸后，通過水電阻與

R2將電源電壓加至②腳，使

R-S觸發(fā)器的

S端出現(xiàn)高電平。4.2水滿時(shí)電路仿真現(xiàn)象Switch1Key和Switch2Key都閉合，燈泡熄滅。電路工作原理把Switch1Key和Switch2Key都閉合，此時(shí)燈泡熄滅，相當(dāng)于水泵停止工作，水塔不再上水；上水過程完畢，水滿了。水塔中的水處于滿水位置時(shí)，電源電極 A通過水電阻與 B、C電極相連，使R-S觸發(fā)器的R、S端均為高電平，R-S觸發(fā)器輸出端為低電平。4.3水下降時(shí)電路仿真現(xiàn)象斷開Switch2Key，Switch1Key任閉合，燈泡不亮。電路工作原理若又?jǐn)嚅_Switch2Key，Switch1Key任閉合，燈泡不會(huì)亮，這相當(dāng)于水塔中的水下降至C點(diǎn)以下B點(diǎn)以上，水泵不工作。電極 C脫離水位后，雖然 NE555⑥腳電壓下降了，但它對(duì)電路不起觸發(fā)作用，電路仍保持原輸入狀態(tài)。4.4水低于最低點(diǎn)電路仿真現(xiàn)象Switch1Key和Switch2Key都斷開，燈泡亮。電路工作原理把Switch1Key和Switch2Key都斷開，就相當(dāng)于水塔中的水低于水塔中的 B點(diǎn)，此時(shí)燈泡亮，相當(dāng)于水泵工作，水塔在上水。電極 B脫離水位后，由于 NE555的②、⑥腳均被懸空，②腳上的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 VDD3。R-S觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖??？?結(jié)這次我的畢業(yè)設(shè)計(jì)是自來(lái)水塔自動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)比較突出的特點(diǎn)是控制。通過這次設(shè)計(jì)使我對(duì)自來(lái)水自動(dòng)控制電路的組成與工作原理有了更深的認(rèn)識(shí)。設(shè)計(jì)花費(fèi)了我大量的時(shí)間與精力，這是我們大學(xué)三年學(xué)習(xí)的重要成果，設(shè)計(jì)具有系統(tǒng)性它將我們所學(xué)到的知識(shí)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，涉及到多方面的知識(shí)，所以我們必須認(rèn)真對(duì)待，專心完成每個(gè)任務(wù)要求，通過反復(fù)檢查、修改和調(diào)試，最終設(shè)計(jì)如期的完成。從理論和實(shí)踐上我都得到了很大的提高，這次任務(wù)的完成使我學(xué)到了很多東西。首先，豐富了自己的知識(shí)面，學(xué)到了以前沒能學(xué)通的東西，具體了解了怎樣去完成一個(gè)電路的設(shè)計(jì)：從流程圖、電路圖、制作與焊接電路板、檢查電路板、仿真到測(cè)試。知道怎樣選擇這種電子線路中的元器件、怎樣確定其相關(guān)參數(shù)；鞏固了電子線路的基礎(chǔ)知識(shí)與EWB軟件的使用能力提高了自己動(dòng)手的能力；學(xué)到了很多經(jīng)驗(yàn)并且提高了自己分析問題的能力和創(chuàng)新能力；得到了理論聯(lián)系實(shí)際的機(jī)會(huì)。使自己在實(shí)際設(shè)計(jì)方面樹立了信心，為以后從事這方面的工作打好了基礎(chǔ)，這也是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲。以及學(xué)習(xí)到圖書室查閱相關(guān)書籍獲取有用的信息這種好的方法，在今后的學(xué)習(xí)、工作中是很重要的，只有不斷地學(xué)習(xí)才會(huì)有進(jìn)步。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)總的來(lái)說還是很成功的，自己從中學(xué)到很多，也發(fā)現(xiàn)了不少問題，為自己以后的學(xué)習(xí)進(jìn)步打下了不錯(cuò)的基礎(chǔ)。致 謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)接近尾聲之時(shí)，我要衷心地感謝我的指導(dǎo)老師趙文宣老師，在我整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，趙老師給了我很大的幫助和細(xì)心的指導(dǎo)，在遇到問題時(shí)，趙老師總是細(xì)心給我解答。趙老師的言傳身教，讓我們學(xué)會(huì)了以前在課堂上沒有的東西。同時(shí)還要感謝在我的整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中所有幫助過我的老師，感謝曾經(jīng)教育過我的老師。是你們給與了我最基礎(chǔ)的知識(shí)使我在此時(shí)得以綜合利用。正是因?yàn)橛懈魑焕蠋煹膸椭椭笇?dǎo)才使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利的完成。在此，對(duì)你們表示衷心的感謝！祝愿你們