水箱水位控制

1、電子技術(shù)課程設(shè)計 （自動化12級） 水箱水位控制學(xué)生姓名 學(xué) 號 院 系 工學(xué)院電氣與信息工程系 專 業(yè) 自動化 指導(dǎo)教師 填寫日期 2014-07-11 目錄目錄11.設(shè)計任務(wù)與要求22.總方案設(shè)計42.1設(shè)計思路42.2方案分析比較43.硬件電路各環(huán)節(jié)設(shè)計63.1 5V，12V直流穩(wěn)壓電源63.2 控制電路73.3 開關(guān)電路83.4 功能電路83.5 顯示電路94.主要元器件使用原理（附表1 元器件清單）104.1 NE555104.2 74LS48114.3 74LS14813（整體的電路仿真請見附表2）145.總結(jié)和體會156. 參考文獻(xiàn)16致謝17附頁一：18第 17 頁 共 19

2、頁1.設(shè)計任務(wù)與要求 如下圖1為誰為控制器原理圖。在水箱內(nèi)的不同高度安裝3根金屬棒，以感知誰為變化情況，能用數(shù)碼管顯示水箱的液位，液位分1，2，3檔，當(dāng)檢測到水位低于1檔時，發(fā)出缺水警報，并通過繼電器打開電磁閥向水箱供水，當(dāng)水位超過1檔時，停止缺水警報，但繼續(xù)供水，直到水位達(dá)到3檔為止，關(guān)閉電磁閥。當(dāng)水位超過3檔時，發(fā)出越線警報。0接+5V，1，2，3各通過一個電阻與地相連。圖一 水位控制原理圖具體要求如下：1. 根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)行總體方案設(shè)計。2. 畫出電路原理圖（或仿真原理圖），要求設(shè)計5V直流穩(wěn)壓電源；3. 元器件及參數(shù)選擇；4. 電路仿真與調(diào)試；5. 制作實物電路；6. 編寫設(shè)計報告，寫

3、出設(shè)計過程，附上有關(guān)資料，圖紙及心得體會。2.總方案設(shè)計2.1設(shè)計思路 利用水的導(dǎo)電性，使得各個檔位相互連接，從而通過門電路和基本的555電路的應(yīng)用完成低水位報警供水和高水位的報警抽水，此過程完全是利用自動化的原則，整體的過程只有簡單的按鍵控制。2.2方案分析比較 1各檔位電路的通斷關(guān)系上。有兩種方案，一種是在最低點設(shè)為高電平，根據(jù)水的導(dǎo)電性，則在最高檔位時水均為高電平，但是這種方案很可能造成了5V電壓值的不穩(wěn)定，達(dá)不到高電平所需的條件。第二種方案是采用最低點設(shè)為低電平，這樣可以較好地完成各個支路檔位的契合，能夠更好的保證電路的運(yùn)行。所以我們采用的是第二種方式。 2繼電器的使用上。一種是直接與

4、電路相連，但是這種方式經(jīng)過我們測試不能夠做到很好的使繼電器的線圈閉合進(jìn)而完成要求。第二種就是加上一個三極管的電流放大驅(qū)動繼電器的電路，經(jīng)過試驗，基本完全能夠?qū)崿F(xiàn)功能，其中該方案供選擇的也有兩種，一種是NPN放大，一種是PNP放大。3555電路的2端口和6端口的上拉電阻和與其相連的三極管基極的上拉電阻和三極管發(fā)射極的電阻的調(diào)整。經(jīng)過不斷地調(diào)整測試我們終于找到了相對符合條件的電阻值進(jìn)而基本完成了本次的課程設(shè)計。4顯示電路的元器件應(yīng)用上。我們最初的設(shè)想是使用CD4511譯碼器和CD4532編碼器，但是實際的情況是這兩種元器件都已經(jīng)缺貨了。我們就重新選擇了74LS48和74LS148作為編碼器和譯碼器

5、，這兩種元器件擁有著更加昂貴的價格和更加優(yōu)越的性能，正好實驗室是有的。所以我們便的以方便的使用他們了。3.硬件電路各環(huán)節(jié)設(shè)計3.1 5V，12V直流穩(wěn)壓電源 我采用了單獨焊接的方法，就是使用了單獨的一塊兒板子來焊接電源，這樣在今后的題目中我可以不再浪費材料來焊接電源，可以直接使用電源來進(jìn)行工作。其電源電路如上所視。這是一個+5V的電源電路，而剩下的12V電源電路與其類似。3.2 控制電路 這個控制電路是以555為核心的電路，在這個電路中我們利用的是下列的表格的功能進(jìn)而實現(xiàn)的。3腳高電平3腳低電平3腳狀態(tài)不變3.3 開關(guān)電路 因為功能的要求，我們設(shè)定了電源的開關(guān)指示燈，一個單獨的按鍵是電源的總開

6、關(guān)，而單刀三擲開關(guān)是分別控制電源的正常電路，緊急進(jìn)水和緊急排水的電路。3.4 功能電路這個是繼電器的驅(qū)動電路和電機(jī)的運(yùn)動電路。分別是采用了NPN驅(qū)動和PNP的驅(qū)動方式，在電機(jī)的運(yùn)動電路上我采用了是指示燈和電機(jī)并聯(lián)的方式，在這個過程中用的是12V對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，我用的杜邦線有些多了，因為我只有一個5V的繼電器，導(dǎo)致我在驅(qū)動電機(jī)上出現(xiàn)了問題，所以我在這里采用了撥碼開關(guān)進(jìn)行調(diào)試。3.5 顯示電路 這里我采用的是74LS148和74LS48的電路進(jìn)行共陰數(shù)碼管的顯示。具體的使用方法會在下面實驗中。4.主要元器件使用原理（附表1 元器件清單）4.1 NE555 555定時器的內(nèi)部電路由分壓器，電壓比較器

7、A1和A2，簡單SR鎖存器，放電三極管T以及反相器G組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖14.3.1所示。三個5000歐姆的電阻串聯(lián)組成分壓器，為比較器A1，A2提供參考電壓。當(dāng)控制電壓端（5）懸空時，比較器A1，A2的基準(zhǔn)電壓分別為2/3Vcc和1/3Vcc。 放電三極管T為外接電路提供放電通路，在使用定時器時，該三極管的集電極（7腳）一般都要外接上拉電阻。當(dāng)V112/3Vcc,V121/3Vcc時，比較器A1輸出低電平，比較器A2輸出高電平，簡單SR鎖存器Q端置0，放電三極管T導(dǎo)通，輸出端V0為低電平。 當(dāng)V112/3Vcc，V121/3Vcc時，比較器A1輸出高電平，A2輸出低電平，簡單SR鎖存器置1

8、，放電三極管截止，輸出端V0為高電平。 當(dāng)V111/3Vcc時，簡單SR鎖存器R=1，S=1，鎖存器狀態(tài)不變，電路保持原狀態(tài)不變。4.2 74LS4874LS48除了有實現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（YaYg）端外，7448還引入了燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。 由7448真值表可獲知7448所具有的邏輯功能：（1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1）在燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無效電平時，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動信號，顯

9、示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平，見表1中116行。（2）消隱功能（BI=0）此時BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號時，表1倒數(shù)第3行，無論LT 和RBI輸入什么電平信號，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動態(tài)顯示。（3）燈測試功能（LT = 0）此時BI/RBO端作為輸出端， 端輸入低電平信號時，表1最后一行，與 及DCBA輸入無關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個字段都點亮。該功能用于7段顯示器測試，判別是否有損壞的字段。（4）動態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1）此時BI/RBO端也作為輸出端，LT 端輸入高

10、電平信號，RBI 端輸入低電平信號，若此時DCBA = 0000，表1倒數(shù)第2行，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個零。DCBA0，則對顯示無影響。該功能主要用于多個7段顯示器同時顯示時熄滅高位的零。 4.3 74LS148 74ls148優(yōu)先編碼器管腳功能介紹:為16腳的集成芯片，電源是VCC(16) GND(8),I0I7為輸入信號，A2,A1,A0為三位二進(jìn)制編碼輸出信號，IE是使能輸入端，OE是使能輸出端，GS為片優(yōu)先編碼輸出端。當(dāng)OE輸入IE=1時，禁止編碼、輸出(反碼)： A2,A1,A0為全1。當(dāng)OE輸入IE=0時，允許編碼，在I0I7輸入中，輸入I7優(yōu)先級最高，其余依次為：

11、I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等級排列。（整體的電路仿真請見附表2）5.總結(jié)和體會 通過這次的課程設(shè)計水箱水位控制，我感受到了數(shù)字電路的神秘，555電路的應(yīng)用的神奇，尤其看到了555電路的150種用法時，感覺自己真的知道的還是很少。在這次的課程設(shè)計中，我們每天都努力的查資料，改電路，控制調(diào)試，很多問題我們都是合作完成的，可以說這件作品是我們兩個人共同的成果。 再次淺談一下這次的收獲，主要有下面二點： 第一，通過系統(tǒng)的完成了一個課題，初步積累了課題研究經(jīng)驗，為后面假期幾個課題的研究提供了幫助。 第二，再次溫習(xí)了一遍數(shù)電的知識，例如，門電路，編碼器，譯碼器的使用和555電路的原理。6.

12、參考文獻(xiàn) 1 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分J. , 2012. 2 百度文庫. NE555，74系列引腳圖M/OL. 百度文庫: . 致謝 首先感謝我的課題的指導(dǎo)老師老師，施老師在選題上對我們完成這次課題給予了巨大的幫助，而且多次的對我們的電路等方面進(jìn)行指導(dǎo)。 其次必須要感謝的是我們的班主任老師，張老師在這10天中不辭辛苦，每天都是早晨早早來開門安排簽到，下午2點安排簽到。并且面對同學(xué)們?nèi)ヮI(lǐng)取元器件都耐心的給同學(xué)們解釋和解決同學(xué)們的問題。最后作為報告最后的寫者，我還非常感謝我的好搭檔，在這么多天中，正是因為我們一起努力，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，才能夠完成本次課題。附頁一：所需元器件類型元器件個數(shù)74HC00（與非門）1電阻 1004電阻 1504電阻 2203電阻 4.7k3電容 0.1u3電容 0.01u2S8050（三極管）374HC08(2輸入與門 4個)274HC11（3輸入與門 3個）174HC04（單輸入非門 6個）1