帶有保護(hù)裝置的水塔自動(dòng)進(jìn)水裝置[資料研究]

1、 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 課題名稱：帶保護(hù)裝置的水塔自動(dòng)進(jìn)水裝置姓 名 學(xué) 號(hào) 小組成員 指導(dǎo)老師 班 級(jí) 專 業(yè) 電子信息工程 電氣與信息工程學(xué)院 2015年6月wsck目錄 一：設(shè)計(jì)目的.1 二：設(shè)計(jì)任務(wù) .1 2.1：設(shè)計(jì)題目.1 2.2：設(shè)計(jì)要求1三：總體設(shè)計(jì)13.1：設(shè)計(jì)思路 13.2：總體設(shè)計(jì)框圖2四：各部分電路設(shè)計(jì) 34.1：信號(hào)產(chǎn)生部分3 4.1 :信號(hào)處理部分3 4.3:水位顯示部分3 4.4 :電機(jī)控制電路 4五：整體電路圖6六： 總結(jié)與體會(huì)7七：參考文獻(xiàn) 7一：設(shè)計(jì)目的通過這次設(shè)計(jì)熟練對(duì)電子設(shè)計(jì)的動(dòng)手技能，提高電子設(shè)計(jì)的能力，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生收集、整理、分析和刷選利用資料及各

2、類信息的能力，也使得學(xué)生通過這次的設(shè)計(jì)對(duì)所學(xué)的數(shù)電和模電知識(shí)及各種電路、電路元件的功能更好的理解和運(yùn)用。二：設(shè)計(jì)任務(wù) （1）：設(shè)計(jì)題目 帶保護(hù)裝置的水塔自動(dòng)進(jìn)水裝置 （2）：設(shè)計(jì)要求 要求有水滿、進(jìn)水、水量不足指示，當(dāng)水位低時(shí)要自動(dòng)進(jìn)水，滿時(shí)要及時(shí)斷電停水，水位過低時(shí)能進(jìn)行斷電保護(hù)。三：總體設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)思路每部分電路都有其相應(yīng)功能：首先有信號(hào)產(chǎn)生部分產(chǎn)生整個(gè)電路的輸入信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理部分處理之后，輸出其他電路的控制信號(hào)，控制其他電路工作，電機(jī)控制電路部分接收到有信號(hào)處理電路輸出的有效控制信號(hào)后正常工作驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)抽水，使水位上升，而水位的變化有直接關(guān)系到信號(hào)的產(chǎn)生，因此有個(gè)循環(huán)的過程

3、，即使水位保持在一定范圍內(nèi)：水位顯示電路接收到有效信號(hào)后驅(qū)動(dòng)顯示器工作，使其顯示該時(shí)刻的水位；水位超限時(shí)輸出為報(bào)警電路的有效控制信號(hào)使報(bào)警電路工作，驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警。由“信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)處理電機(jī)控制電機(jī)信號(hào)產(chǎn)生”這個(gè)循環(huán)就能使水塔具有自動(dòng)控制水位的能力。（2）總體設(shè)計(jì)框圖分析可知該設(shè)計(jì)電路有三個(gè)功能：信號(hào)產(chǎn)生、電機(jī)控制、水位顯示。因?yàn)槿蝿?wù)要求是自動(dòng)控制，所以輸入信號(hào)也必須由電路自己產(chǎn)生而不能人為加入，因此可以將整個(gè)電路設(shè)計(jì)為以下部分：信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)處理、電機(jī)控制和水位顯示電路。整體電路框架如下（圖1）。信號(hào)產(chǎn)生顯示器 水位顯示信號(hào)處理電機(jī)電機(jī)控制 圖1總體設(shè)計(jì)框圖四：各部分電路設(shè)計(jì)（1）信號(hào)產(chǎn)生部分

4、 該電路的目的是產(chǎn)生有效的輸入信號(hào)，主要原理是利用水的弱導(dǎo)電性。水屬于弱導(dǎo)電質(zhì)、即使這樣也可以通過水來傳遞微弱的電信號(hào)，鑒于此原理，初步將該電路設(shè)計(jì)成由水面上升與下降來控制電信號(hào)的接通與斷開；當(dāng)水位上升時(shí)接通電信號(hào)；當(dāng)水位下降時(shí)斷開電信號(hào)。按此分析，只要在水塔里放上用來傳遞電信號(hào)的探頭，則水位上升到探頭位置時(shí)接通電信號(hào)；水位低于探頭位置時(shí)斷開電信號(hào)。把電信號(hào)接通時(shí)設(shè)為有效信號(hào)即當(dāng)做輸入信號(hào)，而斷開時(shí)設(shè)為無效信號(hào)，因此可以由電信號(hào)的接通與斷開之間的變化產(chǎn)生信號(hào)當(dāng)做控制信號(hào)。在水塔的不同位置放置幾個(gè)探頭時(shí)就可以根據(jù)水位的高低接通某些探頭和斷開某些探頭。因此只要知道每個(gè)探頭具體位置，再根據(jù)其輸出電信

5、號(hào)的情況就能大致確定水位的位置，將探頭輸出的電信號(hào)當(dāng)做輸入信號(hào)經(jīng)過處理后成為電路的控制信號(hào)。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，設(shè)水塔分水滿、不足、兩者之間三部分，因此可用探頭個(gè)數(shù)設(shè)計(jì)為三個(gè)點(diǎn)的水位，原理圖（圖2）如下：a-c為三個(gè)檢測探頭，其中a探頭表示水箱底部水不足的臨界點(diǎn)，b表示在水滿和水不足之間，c探頭表示水滿的觸點(diǎn)。COM為公共電極，接+5V，為了提高精確度，將公共電極盡可能的靠近探頭，即使電極與探頭的距離盡量小，有利于電信號(hào)的傳遞。 圖2 探頭原理圖（2）信號(hào)處理部分 該部分主要是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理輸出其他電路的控制信號(hào)，由于水的導(dǎo)電性十分微弱，由公共端通過探頭的電信號(hào)會(huì)很小，不一定能夠成為滿足電路工

6、作的控制信號(hào)，因此可以接一個(gè)反相器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理。如圖3，該反相器放大信號(hào)增大帶負(fù)載能力、信號(hào)取反等作用。 圖3 反相器對(duì)信號(hào)處理原理圖（3）水位顯示部分 由以上電路的設(shè)計(jì)，可選用74LS147的優(yōu)先編碼器，所謂“優(yōu)先”編碼即多個(gè)輸入端同時(shí)滿足編碼條件時(shí)，只對(duì)最高位編碼。先用優(yōu)先編碼器把所輸入信號(hào)進(jìn)行編碼，編碼后由于輸出低電平信號(hào)有效所以用反相器進(jìn)行校正，校正后驅(qū)動(dòng)顯示器進(jìn)行工作。用開關(guān)的通斷來分別表示水滿、不足、中等這幾個(gè)信號(hào)，水滿時(shí)顯示器可顯示3，水不足時(shí)顯示1。根據(jù)要求該電路設(shè)計(jì)以編碼器為核心的編碼電路，具體設(shè)計(jì)的電路（圖4）如下所示： 圖4信號(hào)編碼電路 74LS147是二十進(jìn)制優(yōu)先

7、編碼器，以低電平作為有效的輸入和輸出，它能將I1I9九個(gè)輸入信號(hào)編成BCD嗎，在I1I9中I9優(yōu)先權(quán)最高，I1優(yōu)先權(quán)最低。74LS147的功能表如下表1： 表1 74LS147功能表輸 入輸 出I1I2I3I4I5I6I7I8I9DCBA1111111111111*00110*010111*0111000*01111001*011111010*0111111011*01111111100*0111111111010111111111110 (4)電機(jī)控制電路 該部分為整個(gè)設(shè)計(jì)電路的重點(diǎn)部分，也是難點(diǎn)部分。主要目的就是要控制電機(jī)的工作，通過控制電機(jī)的工作來控制水位，這也就是本實(shí)驗(yàn)的主要設(shè)計(jì)目的。

8、現(xiàn)用燈泡的亮滅代替電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)（如圖5）。由于任務(wù)要求：當(dāng)水位低時(shí)要自動(dòng)進(jìn)水，滿時(shí)要及時(shí)斷電停水。如圖5所示，當(dāng)A開關(guān)閉合時(shí)，A2的2角輸入為低電平，燈滅，電機(jī)不工作，;當(dāng)開關(guān)A斷開時(shí)，右邊芯片的2腳為高電平，燈亮，電機(jī)工作。圖5 電機(jī)控制電路電機(jī)控制電路是以兩個(gè)555時(shí)基集成電路為主體搭建而成的，其中左一555芯片搭建成自激多諧振蕩器，右一搭建成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。在這里選擇的555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，是由555定時(shí)器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。先對(duì)555定時(shí)器做個(gè)簡單的介紹，原理圖如下圖（圖6）。圖6 555定時(shí)器原理圖 下表是555定時(shí)器的功能表，充分說明了它的特性。如表（2）表2 555功能表555定時(shí)器是

9、一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。在這里用到的555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器其工作特性是沒有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，電路只有一種穩(wěn)定狀態(tài)一直保持低電平不變，有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，先會(huì)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)再回到穩(wěn)定狀態(tài)。555時(shí)基電路(IC)接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器形式，繼電器接在IC輸出端3腳與地之間，2腳為觸發(fā)信號(hào)輸入端。平時(shí)3腳輸出信號(hào)V=0，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為穩(wěn)態(tài)。當(dāng)有一負(fù)觸發(fā)脈沖Vi作用于2腳時(shí)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)，3腳輸出信號(hào)Vo=VCC。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是每觸發(fā)一次555時(shí)基電路便驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作一個(gè)固

10、定的時(shí)間，該工作時(shí)間等于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈寬丁(T=1.1RC)。在這里主要發(fā)揮了它的三大特點(diǎn):其一，觸發(fā)電流僅為0.5A，特別適用于電極式水位觸發(fā)導(dǎo)通電流越小越好的關(guān)鍵技術(shù)特性；其二，輸出負(fù)載電流大，最大可達(dá)200mA，可直接驅(qū)動(dòng)繼電器；其三，可利用單穩(wěn)態(tài)電路的延時(shí)特性避免由于水流沖擊導(dǎo)致水塔內(nèi)水面波動(dòng)起伏而影響輸出繼電器頻繁跳動(dòng)的不良現(xiàn)象，以使自控電路工作更加穩(wěn)定可靠。五：整體電路圖圖7 總體電路原理圖由電機(jī)控制電路分析可知，可由優(yōu)先編碼器的B和A進(jìn)行與的運(yùn)算然后代替開關(guān)，故可完成用信號(hào)處理電路產(chǎn)生的信號(hào)控制電機(jī)的功能。 表3 總電路功能表開關(guān)ABC74LS147輸出DCBA顯示器輸入D

11、CBA顯示器顯示水位燈111110000113滅110110100102亮100111000011亮000111100000亮 對(duì)照74LS147的功能表，便可實(shí)現(xiàn)： 當(dāng)水塔滿水時(shí)，74LS147輸出信號(hào)DCBA=1110 控制燈滅,電機(jī)不工作。 當(dāng)水塔半水時(shí)，74ls147輸出信號(hào)DCBA=1101控制燈亮，電機(jī)工作。 當(dāng)水塔缺水時(shí)， 74LS147輸出信號(hào)DCBA=1100 控制燈亮，電機(jī)工作。六： 總結(jié)與體會(huì)（1）設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及解決方法在本次課程設(shè)計(jì)中，我的一個(gè)最大失誤就是電路設(shè)計(jì)這方面，一方面是網(wǎng)上可供查閱的資料很少，我得自己探索著做，另一方面就是對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)掌握的不牢，很多基本

12、的東西都不記得了，導(dǎo)致出現(xiàn)重大的設(shè)計(jì)失誤，所幸我對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)還算比較熟悉，最后能夠及時(shí)彌補(bǔ)設(shè)計(jì)失誤帶來的時(shí)間和人力物力上的浪費(fèi)。所以說以后需要認(rèn)真學(xué)習(xí)，踏實(shí)實(shí)踐，及時(shí)復(fù)習(xí)，才能將一門課學(xué)好。（2）設(shè)計(jì)體會(huì) 通過一周的課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)數(shù)字邏輯電路這門課又有了新的認(rèn)識(shí)和收獲。這讓我深深地體會(huì)到了實(shí)踐與理論相結(jié)合的重要性，過去學(xué)了數(shù)字邏輯電路的知識(shí)之后就放在一邊了，等到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)自己學(xué)的很淺，使用仿真軟件一段時(shí)間以后，對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了復(fù)習(xí)和鞏固，這對(duì)以后的學(xué)習(xí)是大有裨益的。七：參考文獻(xiàn) 1 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）M. 華中科技大學(xué)電子技術(shù)課程組編.高等教育出版社 2006年1月第5版. 2008年12月第6