電子課程設(shè)計(jì)--簡(jiǎn)易水塔水位控制電路

1、<p>　　摘要:水塔水位自動(dòng)控制器主要用途是配合水泵，根據(jù)水塔水位高低的變化來(lái)啟動(dòng)及停止。它給人們的生活提供了很大便利，適用于工農(nóng)業(yè)及民用自動(dòng)供水。</p><p>　　本電路包括水位檢測(cè)電路，水位范圍測(cè)量電路，水泵開關(guān)電路，顯示電路和電源電路5部分。水位測(cè)量電路的功能是利用水的導(dǎo)電性檢測(cè)水位的變化，水位范圍測(cè)量電路的功能是利用比較器的原理實(shí)現(xiàn)水位范圍的確定，應(yīng)根據(jù)水塔水量來(lái)調(diào)節(jié)中水位探頭及高水位探頭

2、之間的距離，應(yīng)調(diào)節(jié)在水塔水滿后，而水泵不應(yīng)離水工作為宜，同時(shí)利用遲滯比較器的遲滯特性避免跳閘現(xiàn)象。水泵開關(guān)電路的功能是完成控制電路和水泵是否工作，顯示電路的功能是顯示水泵是否在工作。電源電路則為以上電路提供直流電源。</p><p>　　以此電路設(shè)計(jì)成的水塔水位控制器能夠在實(shí)際生活中發(fā)揮很大作用，廣泛用于居民用水、農(nóng)業(yè)灌溉等。它便捷實(shí)用的操作為日常生活提供了極大的便利。</p><p>　

3、　1.系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　1.1 總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　由電源電路給各個(gè)電路提供直流電源，通過(guò)檢測(cè)電路對(duì)水塔水位及范圍的測(cè)量，產(chǎn)生不同的電位Vs,利用遲滯比較器的特性，控制繼電器的工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵工作狀態(tài)的自動(dòng)控制，繼而達(dá)到自動(dòng)控制水位的目的。</p><p>　　總體方案電路圖如下：</p><p>&

4、lt;b>　　圖2-1</b></p><p><b>　　1.2主要單元電路</b></p><p>　　1.2.1 水位測(cè)量電路及原理</p><p>　　水位測(cè)量電路如下圖所示：</p><p><b>　　圖2-2</b></p><p>　　如圖中

5、左邊電路所示，水位檢測(cè)電路主要由電阻R9（R9＝10K）和定電阻R14組成，水位處于不同的位置時(shí)對(duì)應(yīng)的Vs不同，水位低于S1時(shí)，VCC經(jīng)R9和R14的電路斷路，此時(shí)Vs＝VCC＝12V，水位高于S1低于S2時(shí)，Vs＝R14*VCC/(R9+R14)=6V,水位高于S2時(shí)，R14被短路，此時(shí)Vs＝0。通過(guò)調(diào)節(jié)水塔中兩探針位置來(lái)實(shí)現(xiàn)水位范圍的控制。水位測(cè)量電路如圖中右邊所示，它由兩部分組成：</p><p>　　1.

6、電阻R1，R2和穩(wěn)壓管D1、D2構(gòu)成的參考電壓產(chǎn)生電路：</p><p>　　2.由遲滯比較器構(gòu)成的水位范圍測(cè)量電路。</p><p>　　參考電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生兩個(gè)穩(wěn)定的電壓，分別代表水位范圍的上限值S2和下限值S1。由于參考電源產(chǎn)生電路輸出端接入比較器的輸入，為了防止出現(xiàn)輸出電流不穩(wěn)導(dǎo)致參考電源不穩(wěn)定的情況，電路采用電阻和穩(wěn)壓管相結(jié)合的方式構(gòu)成。其中穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓均為+8V，而輸出&l

7、t;/p><p><b>　　Vref1=+8V</b></p><p>　　Vref2=12V－8V＝4V</p><p>　　水位范圍測(cè)量電路的功能有兩個(gè)：</p><p>　　1.確定實(shí)際水位和水位控制范圍的大小關(guān)系;</p><p>　　2.防止出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。</p><

8、;p>　　首先，Vp1和Vp2分別輸入到運(yùn)算放大器的反相相輸入端，而Vs則同時(shí)輸入到這兩個(gè)運(yùn)算放大器的同相輸入端。當(dāng)水位低于S1時(shí)，Vs＝12V>Vp2＝4V，V1和V2輸出都為高電平；當(dāng)水位高于S1低于S2時(shí)，Vp2（4V）<Vs（6V）<Vp1（8V），V1輸出為低電平，V2輸出為高電平；當(dāng)水位高于S2時(shí)，Vs（0V）<Vp1(8V)<Vp2(8V)，V1和V2輸出都為低電平。本電路通過(guò)遲滯比較器

9、代替單門限比較器來(lái)防止跳閘現(xiàn)象的出現(xiàn)。遲滯比較器U1的特性表達(dá)式為</p><p>　　V1t+=Vp1=R5*Vref1/(R3+R5)+R3*V1/(R3+R5)=8.4V</p><p>　　V1t-=Vp1=R8*Vref2/(R3+R5)+0=7.3V</p><p>　　由上式可得到回差范圍△Vt=V1t+ －V1t-=1.1V，即1.1V從高電平轉(zhuǎn)換為

10、低電平和從低電平轉(zhuǎn)換為高電平的分界點(diǎn)電壓值有了1.1V的差別，從而就可以防止跳閘現(xiàn)象的出現(xiàn)。同理遲滯比較器U2的特性表達(dá)式為</p><p>　　V2t+=Vp2=R8*Vref2/(R7+R8)+R7*V2/(R7+R8)=4.7V</p><p>　　V2t-=Vp2=R8*Vref2/(R7+R8)+0=3.6V</p><p>　　由上式可求的遲滯比較器U2

11、的V2t+ - V2t-之差（4.7V-3.6V）同樣具有1.1V的回差范圍。</p><p>　　1.2.2 水泵開關(guān)、顯示電路及原理</p><p>　　水泵開關(guān)、顯示電路原理圖如下：</p><p><b>　　圖2-3</b></p><p>　　如圖中左邊電路所示，水泵開關(guān)電路是由三極管和繼電器電路構(gòu)成的。電路

12、的輸入即為圖中電路的輸出，當(dāng)S<S1時(shí)，V1和V2輸出都為高電平，Q1，Q2導(dǎo)通；當(dāng)S1<S<S2時(shí)，V1輸出為低電平，V2輸出為高電平；當(dāng)S>S2時(shí)，輸出都為低電平，Q1，Q2截止。</p><p>　　電路中的開關(guān)采用繼電器電路。而一般運(yùn)算放大器的輸出電流無(wú)法驅(qū)動(dòng)繼電器，因此需要加入由三極管電路構(gòu)成的電流放大電路，它是一種比較典型的和簡(jiǎn)單的電路。其中R9和R10為限流電阻，防止輸入電流

13、過(guò)大燒毀三極管。三極管接為共集電極電路，當(dāng)輸入電壓為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通飽和，可以將輸入電流放大β倍；當(dāng)輸入電壓為低電平時(shí)，三極管截止，無(wú)電流通過(guò)。繼電器連接三極管的發(fā)射極，當(dāng)有電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，開關(guān)吸合，對(duì)應(yīng)的水泵通電，發(fā)光二極管亮；當(dāng)無(wú)電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，開關(guān)斷開，對(duì)應(yīng)的水泵關(guān)閉，發(fā)光二極管不亮，同時(shí)在繼電器兩端并聯(lián)入二極管進(jìn)行保護(hù)。</p><p>　　顯示電路如圖中虛線右邊電路所示，通過(guò)發(fā)光二極管亮滅來(lái)表示電阻絲是否同

14、通電，同時(shí)由于繼電器的驅(qū)動(dòng)電流過(guò)大，需要加入限流電阻。</p><p>　　1.2.3 電源電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　電源電路的設(shè)計(jì)采用的方法如圖所示電路，直接從電網(wǎng)供電，通過(guò)變壓器電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路將電網(wǎng)中的220V交流電轉(zhuǎn)換成+12V支流電壓。電路中變壓器采用常規(guī)的鐵心變壓器，整流電路采用二極管橋式整流電路，C1、C2、C3和C4完成濾波功能，穩(wěn)壓電路采用三端集成

15、電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　電源電路的設(shè)計(jì)電路圖如下：</p><p><b>　　圖2-4</b></p><p>　　1.3 電路設(shè)計(jì)總圖</p><p>　　電路設(shè)計(jì)總圖見下頁(yè)：</p><p><b>　　2．元器件選型</b></p><p

16、><b>　　2.1元器件列表</b></p><p><b>　　結(jié)論與展望</b></p><p>　　水位的變化引起電位的變化，通過(guò)遲滯比較器來(lái)控制三極管的導(dǎo)通與關(guān)閉，繼而通過(guò)電磁繼電器來(lái)控制水泵的開關(guān)，達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)水位的目的。</p><p>　　通過(guò)這次電子課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，基本上學(xué)會(huì)了Prote

17、l軟件的常用作圖方法，對(duì)課本上的一些公式及其應(yīng)用有了進(jìn)一步的理解，增強(qiáng)了動(dòng)手能力，為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)跟工作后的各種工程設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而且在一定程度上熟悉了一些常用元件的使用方法及其特性，使我更深刻的明白了理論一定要和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，現(xiàn)在所學(xué)知識(shí)就是為了實(shí)踐，如果只懂得理論知識(shí)，學(xué)習(xí)效果就會(huì)大打折扣。這次課程設(shè)計(jì)還培養(yǎng)了我的思維能力，在設(shè)計(jì)電路時(shí)一定要全盤考慮到各種可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并進(jìn)行解決。</p><p>

18、　　這次課程設(shè)計(jì)還使我看到了自己平時(shí)學(xué)習(xí)時(shí)的很多不足，以后還要加以改正。另外這次設(shè)計(jì)還充分體現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，大家通過(guò)交流明白了以前不明白的問(wèn)題，大大提高了效率，節(jié)省了很多時(shí)間。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，浙江大學(xué)出版社，2001年6月</p><p>　　[2] 姚福安

19、，電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐，山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001年10月</p><p>　　[3] 王澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)實(shí)踐，東南大學(xué)出版社，2005年6月</p><p>　　[4] 李銀華，電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005年6月</p><p>　　[5] 康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，2003年</p><p><