簡易水塔供水系統(tǒng)方案

./MACROBUTTONNoMacro［單擊此處鍵入論文標(biāo)題］〔楷體_GB2312,五號〕第一章系統(tǒng)基本設(shè)計第一節(jié)引言隨著生活水平的提高,水塔自動供水系統(tǒng)在日常生活與工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用相當(dāng)廣泛,本設(shè)計應(yīng)用于工廠備用水源方面使用自動供水系統(tǒng),而以往水塔水位的檢測是由人工完成的,值班人員全天候地對水位的變化進(jìn)行監(jiān)測,而本設(shè)計的主要作用是能夠很好的節(jié)省勞動力,免去了傳統(tǒng)的供水的繁瑣,自動供水,適用于節(jié)約型經(jīng)濟(jì)社會。本系統(tǒng)摒去一往的設(shè)計理念,將水的特殊導(dǎo)電性做成的水位傳感器作為芯片的輸入量傳給芯片,經(jīng)芯片處理后由繼電器控制水泵的啟動和停止。以確保給水、補(bǔ)水箱水位的平衡,并且還有指示燈來實現(xiàn)當(dāng)前的工作狀態(tài)。第二節(jié)系統(tǒng)設(shè)計方案設(shè)計要求：1、可以自動實現(xiàn)水位檢測。2、可以自動啟動停止水泵。3、有指示燈能夠現(xiàn)實當(dāng)前的工作狀態(tài)。兩種設(shè)計方案方案一：用單片機(jī)作為控制核心用六個液位傳感器分別作為給水箱補(bǔ)水箱的上限位、中限位和下限位傳感器,從而利用單片機(jī)采集信號、處理來控制電機(jī)起停實現(xiàn)補(bǔ)水與否和工作狀態(tài)指示。方案二：系統(tǒng)以模擬,數(shù)字混合電路為核心,利用水的特殊導(dǎo)電性做成的水位傳感器作為芯片的輸入量。通過邏輯門電路的組合來實現(xiàn)控制。與非門電路組成給水箱控制電路實現(xiàn)給水箱的補(bǔ)水；用與門電路的組合實現(xiàn)補(bǔ)水箱控制電路,控制給給水箱補(bǔ)水與否；最后通過兩個二極管的開通和關(guān)斷來實現(xiàn)電機(jī)的啟動與停止以與工作指示燈的指示。對比以上兩種方案都可以實現(xiàn)系統(tǒng)要求,但方案一成本高,電路復(fù)雜,并且還需要軟件的調(diào)試?？紤]到系統(tǒng)的精度不需很高,確定選擇方案二的設(shè)計。第二章電源電路電源采用三端穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)。電路有整流、濾波與三端穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)組成,如圖2-1圖2-1電源電路第一節(jié)單相橋式整流橋式整流電路由變壓器、四個二極管組成的整流橋和濾波電容等器件組成,屬于全橋整流電路。整流過程如圖2-1當(dāng)u2是正半周時,二極管VD1和VD3導(dǎo)通,而二極管VD2和VD4截止,負(fù)載上的電流自上而下流過負(fù)載,負(fù)載上得到與u2的正半周期相同的電壓。當(dāng)在u2負(fù)半周時,u2的實際極性是下正上負(fù),二極管VD2和VD4導(dǎo)通而VD1和VD3截止,負(fù)載上的電流仍然自上而下流過負(fù)載,負(fù)載上得到了與u2正半周相同的電壓。圖2-2橋式整流波形圖單相橋式整流電路的指標(biāo)U0=0.9U2第二節(jié)濾波電路經(jīng)過整流后,輸出電壓在方向上沒有變化,但輸出電壓波形仍然保持輸入正弦波的波形,輸出電壓起伏較大,為了輸出平穩(wěn)的直流電壓必須采用濾波電路,以改善輸出電壓的波動性,本設(shè)計采用常用的電容濾波電路。濾波過程如圖2-1當(dāng)負(fù)載開路時,電容無能量存儲,輸出電壓從0開始增大,電容開始充電,當(dāng)u0=uc時,u0達(dá)到最大值,即此后,由于u2下降,二極管處于反向偏置而截止,電容無放電回路,所以u0保持在的數(shù)值上。當(dāng)接入負(fù)載后,前半部分和負(fù)載開路時相同從最大值下降時,電容通過負(fù)載RL放電。u0按指數(shù)規(guī)律下降,當(dāng)u2的值在增大后,電容再繼續(xù)充電；同時也向負(fù)載提供電流,電容上的電壓仍會不斷上升,這樣不斷地進(jìn)行,在負(fù)載上得到比無濾波整流電路平滑的直流電。在實際應(yīng)用當(dāng)中,為了保證輸出電壓平滑,使用單項橋式整流,電容濾波時的直流電壓一般為u0≈1.2u2如圖圖2-3電容濾波波形圖第三節(jié)主要器件選擇設(shè)計電路須要12V直流電源,因此選用穩(wěn)壓芯片7812的X圍大于15V。所以u2的濾波輸出不能低于15V,又因為ud=1.1—1.2u2所以u2=15V所以交流變壓器選擇15V7812主要特點：輸出穩(wěn)定性好、使用方便、輸出過流、過熱自動保護(hù)。它的工作是將一個高于12V的直流變成一個穩(wěn)定的12V直流電,并且可輸出一定的電流,可以帶動一定的負(fù)載.7812適用于電源穩(wěn)壓電路,是一種三端的集成穩(wěn)壓芯片,它一般是用在需要DC12V的電路中。中間引腳是地,第1腳為輸入,第3腳為輸出。一般是耦合變壓器后級整流變直流后,要輸出穩(wěn)定的12V就有用到。第三章電路控制原理第一節(jié)水塔與補(bǔ)水箱控制電路總體工作原理1.當(dāng)?shù)叵滤睾蜆琼斔妓疂M時：即ABC都為高電平,DEF也都為高電平,在IC2b和IC2c的兩個輸入端都為高電平,則IC2c的輸出端為低電平,從而使IC1a輸出為低電平,則Q2不導(dǎo)通,燈LED2不亮,燈LED12.當(dāng)?shù)叵滤貪M水時,而樓頂水塔水位位于D、E之間時：IC2b的9轉(zhuǎn)為"1",而D則是因為原來IC2a輸出高電平保持不變,8輸出也為"1"。同理則Q2不導(dǎo)通,燈LED2不亮,燈LED13.當(dāng)?shù)叵滤厮疂M時,而樓頂水塔水位位于F、E之間時：IC2b的9輸入"0",則IC2b輸出為"1",則IC2a輸出為"0",則使IC2c輸出為"1",而IC1c兩端全為高電平,則使IC1a兩端高電平輸入,從而使Q2導(dǎo)通。則使繼電器KA得電,水泵運(yùn)行,而Q1不導(dǎo)通。燈LED1不亮,燈LED2亮。4.當(dāng)?shù)叵滤厮晃挥贏、B之間,而樓頂水塔水位位于E、F之間時：同3所述,IC2c輸出高電平,而IC1b的8輸入端由于前面水滿時輸出高電平,使8腳保持"1",從而使IC1c輸出為"1",而Q2導(dǎo)通,Q1不導(dǎo)通。燈LED1不亮,燈LED2當(dāng)樓頂水塔水位到達(dá)D、E之間后,使IC2b的9輸入為"1",但是由于水位在E、F之間時使得IC2a輸出低電平,從而使Q2導(dǎo)通繼續(xù)上水,直到水位超過D。5.當(dāng)?shù)叵滤厮晃挥贐、C之間,而樓頂水塔水位位于E、F之間時：此時IC2c輸出高電平,但由于IC1c的兩個輸入端均為低電平,則IC1c輸出端為低電平,從而使IC1a輸出低電平。Q2不導(dǎo)通,無法啟動水泵給樓頂水塔供水。燈LED1亮,燈LED2不亮。3.11.當(dāng)Q2導(dǎo)通,Q1截止的時候繼電器KA得點吸合；當(dāng)KA吸合后,電機(jī)的控制電路接通,KM得電,主電路KM的主觸點接通,水泵〔M〕運(yùn)轉(zhuǎn)開始上水。2.在電機(jī)的主電路中加入了熱繼電器,過載保護(hù)。當(dāng)過載時FR在控制電路中的常閉斷開,水泵停止工作。3.在控制電路中加入了急停開關(guān)K1,當(dāng)電機(jī)異常工作時切斷K1可以停止水泵工作。如圖：圖3-1電機(jī)控制圖第二節(jié)主要芯片介紹3.2.14011芯片介紹4011芯片CMOS4011是有四個2端輸入與非門的集成電路,其中:或非門一——1、2腳為輸入端,3腳為輸出端；或非門二——5、6腳為輸入端,4腳為輸出端；或非門三——8、9腳為輸入端,10腳為輸出端；或非門四——12、13腳為輸入端,11腳為輸出端。第7腳為電源地；第14腳為電源接正極3-15V。圖3-24011引腳功能圖3.2.24081芯片介紹4081引腳說明1A數(shù)據(jù)輸入端1B數(shù)據(jù)輸入端1Y數(shù)據(jù)輸出端2A數(shù)據(jù)輸入端2B數(shù)據(jù)輸入端2Y數(shù)據(jù)輸出端3A數(shù)據(jù)輸入端3B數(shù)據(jù)輸入端3Y數(shù)據(jù)輸出端4A數(shù)據(jù)輸入端4B數(shù)據(jù)輸入端4Y數(shù)據(jù)輸出端VDD正電源VSS地--引腳功能圖如圖圖3-34081引腳功能圖3.2.39014三極管介紹9014為NPN低噪放大管,額定工作電壓：50V,額定工作電流：0.1A,標(biāo)稱功率：0.4W,額定工作頻率：150HMZ,放大倍數(shù)hFE：100～1000<分段可選>9014三極管參數(shù)集電極最大耗散功率PCM＝0.4W〔Tamb=25℃集電極最大允許電流ICM=0.1A集電極基極擊穿電壓BVCBO=50V集電極發(fā)射極擊穿電壓BVCEO=45V發(fā)射極基極擊穿電壓BVEBO=5V集電極發(fā)射極飽和壓降VCE<sat>=0.3V<IC=100mA;IB=5mA>基極發(fā)射極飽和壓降VBE<sat>=1V<IC=100mA;IB=5mA>特征頻率fT=150MHz中間繼電器介紹中間繼電器是由固定鐵芯、動鐵芯、彈簧、動觸點、靜觸點、線圈、接線端子和外殼組成。線圈通電,動鐵芯在電磁力作用下動作吸合,帶動動觸點動作,使常閉觸點分開,常開觸點閉合；線圈斷電,動鐵芯在彈簧的作用下帶動動觸點復(fù)位。常見的中間繼電器也有主觸頭和輔助觸頭,主觸頭一般有四組,輔助觸頭有兩組。與接觸器相比,它的主觸頭較小,承載能力低,主要用于傳遞控制信號。一般的電路常分成主電路和控制電路兩部分,繼電器主要用于控制電路,接觸器主要用于主電路；通過繼電器可實現(xiàn)用一路控制信號控制另一路或幾路信號的功能,完成啟動、停止、聯(lián)動等控制,主要控制對象是接觸器；接觸器的觸頭比較大,承載能力強(qiáng),通過它來實現(xiàn)弱電到強(qiáng)電的控制,控制對象是用電器。技術(shù)參數(shù)：1、動作電壓：不大于70%額定值。2、返回電壓：不小于5%額定值。3、動作時間：不大于0.02s〔額定值下〕。4、返回時間：不大于0.02s〔額定值下〕。5、功率消耗：直流回路不大于4W,交流回路不大于5VA。第四章總結(jié)本設(shè)計最終可以實現(xiàn)自動實現(xiàn)水位檢測、自動啟動停止水泵、指示燈顯示當(dāng)前的工作狀態(tài)等功能。電源部分采用三端穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu),通過橋式整流、電容濾波、三端穩(wěn)壓最終實現(xiàn)對電路板輸入12V直流電源。控制電路部分以模數(shù)混合電路為核心利用水的特殊導(dǎo)電性做成的水位傳感器作為芯片的輸入量,通過邏輯門電路的組合來實現(xiàn)控制。與非門電路組成給水箱控制電路實現(xiàn)給水箱的補(bǔ)水；用與門電路的組合實現(xiàn)補(bǔ)水箱控制電路,控制給給水箱補(bǔ)水與否；最后通過兩個二極管的開通和關(guān)斷來實現(xiàn)電機(jī)的啟動與停止以與工作指示燈的指示。本設(shè)計具有成本低、可以實現(xiàn)自動控制、電路簡單、應(yīng)用X圍廣泛等優(yōu)點。附錄Ⅰ參考文獻(xiàn)1.X峰.電力電子技術(shù).XX：XX理工大學(xué),20052.付植桐.電子技術(shù)〔第二版〕.：高等教育,20043.詩白.模擬電子技術(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