水塔自動上水課程設(shè)計

1、目錄一、設(shè)計目的1二、設(shè)計要求1三、設(shè)計方案1四、設(shè)計組成及原理分析4五、元器件的選用及其參數(shù)12六、設(shè)計總結(jié)13七、參考文獻(xiàn)14一、設(shè)計目的本課程設(shè)計是在前導(dǎo)驗(yàn)證性認(rèn)知實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行更高層次的命題設(shè)計實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生在教師指導(dǎo)下獨(dú)立查閱資料、設(shè)計、安裝和調(diào)試特定功能的電子電路。培養(yǎng)學(xué)生利用模擬、數(shù)字電路知識，解決電子線路中常見實(shí)際問題的能力，使學(xué)生積累實(shí)際電子制作經(jīng)驗(yàn)，目的在于鞏固基礎(chǔ)、注重設(shè)計、培養(yǎng)技能、追求創(chuàng)新、走向?qū)嵱谩６?、設(shè)計要求1）設(shè)計制作一個帶保護(hù)裝置的水塔自動進(jìn)水邏輯電路。2）要求有水滿、進(jìn)水、水量不足指示，當(dāng)水位低時要自動進(jìn)水，滿時要及時斷電停水，水位過低時能停止出水。三、設(shè)

2、計方案1.設(shè)計方案分析每部分電路都有其相應(yīng)功能：首先有信號產(chǎn)生部分產(chǎn)生整個電路的輸入信號，該信號經(jīng)過信號處理之后，輸出其他電路的控制信號，控制其他電路工作，電機(jī)控制電路部分接收到有信號處理電路輸出的有效控制信號后正常工作驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動抽水，使水位上升，而水位的變化又直接關(guān)系到信號的產(chǎn)生，因此有個循環(huán)的過程，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后驅(qū)動顯示器工作，使其顯示該時刻的水位；水位超限時輸出為電機(jī)停止的有效控制信號使上水電路停止工作。由“信號產(chǎn)生信號處理電機(jī)控制水位變化信號產(chǎn)生”這個循環(huán)就能使水塔具有自動控制水位的能力。方案一、通過NE555接成施密特觸發(fā)電路，利用v1-v0

3、電壓傳輸特性就可以達(dá)到水塔自動進(jìn)水，不會產(chǎn)生水滿而溢出的目的。        自動進(jìn)水：當(dāng)水位下降低于A點(diǎn)時，A點(diǎn)懸空。IC的2腳低于13，其3腳輸出高電平，水塔被啟動，水位逐漸上升。       中間保持：當(dāng)水位上升到點(diǎn)到點(diǎn)之間時，此時P點(diǎn)電位控制在12左右，觸發(fā)器保持原來的狀態(tài)不變。因?yàn)榇藭r電路不工作，所以水位一直保持在A點(diǎn)與C點(diǎn)之間，不再上升。停止進(jìn)水：當(dāng)水位達(dá)到C時，此時輸出信號V0變?yōu)榈碗娖?，致使后續(xù)電機(jī)上水電路不工作。以上過程形成循環(huán)，在正常情

4、況下一直保持水塔水位大于下限水位。方案二：通過基本用與非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器，（1，1）輸入狀態(tài)輸出Q保持功能，從而控制后續(xù)電機(jī)電路，來實(shí)現(xiàn)上水。其中 A=S, (BC)'=R，S和R為基本RS觸發(fā)器的輸入端，Q為觸發(fā)器的輸出端，繼電器1為進(jìn)水電機(jī)控制器，繼電器2為出水電機(jī)控制器。ABC水位信號-RS觸發(fā)信號-輸出信號轉(zhuǎn)換表ABCSRQ繼電器1繼電器2000011工作不工作100111工作工作110111工作工作111100不工作工作110110不工作工作100110不工作工作000011工作不工作論證：由于方案二電路圖設(shè)計簡單，易于理解，基本RS觸發(fā)器使用比較熟悉。而且方案二所用元件價

5、格相對合理。所以我選擇第二個方案。電機(jī)電機(jī)控制2.總體設(shè)計圖顯示器水位顯示信號處理信號產(chǎn)生由任務(wù)分析可知該設(shè)計電路有兩個功能：水位控制、水位顯示。而要有這些功能就必須要有使其工作的控制信號，所以首先即必須要有輸入信號，因?yàn)槿蝿?wù)要求是自動控制，所以輸入信號也必須由電路自己產(chǎn)生而不能人為加入，因此可以將整個電路設(shè)計為以下部分：信號產(chǎn)生、信號處理、電機(jī)控制和水位顯示電路。整體電路框架如上圖所示。四、設(shè)計組成及原理分析信號產(chǎn)生部分 該電路的目的是產(chǎn)生有效的輸入信號，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，鑒于此原理，初步將該電路設(shè)計成由水面上升與下降來控制電

6、信號的接通與斷開；當(dāng)水位上升時接通電信號；當(dāng)水位下降時斷開電信號。按此分析，只要在水塔里放上用來傳遞電信號的探頭，則水位上升到探頭位置時接通電信號；水位低于探頭位置時斷開電信號。把電信號接通時設(shè)為有效信號即當(dāng)做輸入信號，而斷開時設(shè)為無效信號，因此可以由電信號的接通與斷開之間的變化產(chǎn)生信號當(dāng)做控制信號。在水塔的不同位置放置幾個探頭時就可以根據(jù)水位的高低接通某些探頭和斷開某些探頭。因此只要知道每個探頭具體位置，再根據(jù)其輸出電信號的情況就能大致確定水位的位置，將探頭輸出的電信號當(dāng)做輸入信號經(jīng)過處理后成為電路的控制信號。根據(jù)設(shè)計的要求，設(shè)水塔分水滿、不足、兩者之間三部分，因此可用探頭個數(shù)設(shè)計為三個點(diǎn)的

7、水位abc為三個檢測探頭，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)信號處理部分該部分主要是對輸入信號進(jìn)行處理輸出其他電路的控制信號，由于水的導(dǎo)電性十分微弱，不一定能夠成為滿足電路工作的控制信號，因此可以接一個反相器對輸入信號進(jìn)行處理。如圖：水位顯示部分由以上電路的設(shè)計，可選用74LS147的優(yōu)先編碼器，所謂“優(yōu)先”編碼即多個輸入端同時滿足編碼條件時，只對最高位編碼。先用優(yōu)先編碼器把所輸入信號進(jìn)行編碼，編碼后由于輸出低電平信號有效所以用反相器進(jìn)行校正，校正后驅(qū)動顯示器進(jìn)行工作。用開關(guān)的通斷來分別表示水滿、不足、中等這幾個信號，水滿時顯示器可顯示3，水不

8、足時顯示0。根據(jù)要求該電路設(shè)計以編碼器為核心的編碼電路，具有設(shè)計的電路如下：電機(jī)控制電路該部分為整個設(shè)計電路的重點(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)計目的?，F(xiàn)用燈泡的亮滅代替電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。由于任務(wù)要求：當(dāng)水位低時要自動進(jìn)水，滿時要及時斷電停水。也就是說要滿足方案二中的圖表，具體電路圖如下：整體電路圖電路工作狀態(tài)圖初始水位低于a時，電路工作狀態(tài)水位上升高于a低于b時，電路工作狀態(tài)水位高于b低于c時，電路工作狀態(tài)水位高于c即水滿時，電路工作狀態(tài)水位下降低于c而高于b時，電路工作狀態(tài)水位下降低于b而高于a時，電路工作狀態(tài)水位下降低于a時，電路工作狀

9、態(tài)五、元器件的選用及其參數(shù)開關(guān)A B C蜂鳴器BUZZER 5v、 0.05A、5000Hz非門4009BCL-SV X9交流電源100V X2燈泡100V100W X2繼電器PELYIA RELYIB優(yōu)先編碼器74LS147D顯示器DCD-HEX直流電源VCC 5V X2信號源DC-POWR與非門NAND X3指示燈PROBE-DIG-RED電阻10k六、設(shè)計總結(jié)通過此次課程設(shè)計，我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)數(shù)字電子方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過自己思考和請教同學(xué)和老師之后，終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。通過親自動手制作，使我掌握的知識不再是

10、紙上談兵。在課程設(shè)計過程中，我們不斷的改革創(chuàng)新，不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。 這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，同學(xué)的不吝賜教下，終于一個個的解決了。課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升。同時，課程設(shè)計也是一門實(shí)踐課，設(shè)計讓我感觸很深，使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。 通過這次課程設(shè)計，我掌握了555施密特觸發(fā)器的識別和測試；熟悉了信號產(chǎn)生部分；了解了電機(jī)控制電路的方法等等，掌握了電路仿真的方法和技術(shù)，通過查詢資料，也了解了555定時器原理。我認(rèn)為，在這學(xué)期的實(shí)驗(yàn)中，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動手操作的能力，在各種其它能

11、力上也都有了提高。更重要的是，在實(shí)踐課上，我們學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有 理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得 出結(jié)論，才能真正掌握知識，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到的問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。此次設(shè)計也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時請教或上網(wǎng)查詢，只要認(rèn)真鉆研，動腦思考，動手實(shí)踐，就沒有弄不懂的知識。七、參考文獻(xiàn)1 閻 石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）.高等教育出版社，20052 童詩白 .華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）.高等