自來水塔水位自動控制設(shè)計-畢業(yè)論文設(shè)計說明書

(此文檔為word格式，下載后您可任意編輯修改！ )信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)設(shè)計題目: 自來水塔水位自動控制設(shè)計專 業(yè): 應(yīng)用電子技術(shù)班 級:學(xué) 號:姓 名:指導(dǎo)教師:2009 年12月12 日息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)生

應(yīng)電學(xué)號

班級

專業(yè)

應(yīng)用電子技術(shù)姓名

07-2設(shè)計（或論文）題目

自來水塔水位自動控制指導(dǎo)教師姓名

職 稱

工作單位及所從事專業(yè)

聯(lián)系方式

備注高講 工程系設(shè)計（論文）內(nèi)容：1、查閱NE555的相關(guān)資料，了解此方面的發(fā)展?fàn)顩r；2、掌握相關(guān)方面的技術(shù)3、設(shè)計、實現(xiàn)該系統(tǒng)；4、撰寫設(shè)計報告進(jìn)度安排：3～7周：根據(jù)要求設(shè)計出方框圖和原理電路圖。根據(jù)電路分析其工作原理。8～10周：根據(jù)電路準(zhǔn)備電子元件 .11～14周：制作出電路板,安裝并調(diào)試，測試出相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)；15～18周：根據(jù)調(diào)試分析其優(yōu)缺點和提出整改措施，完成論文；主要參考文獻(xiàn)、資料(寫清楚參考文獻(xiàn)名稱、作者、出版單位 )：1］高吉祥．電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計．北京：電子工業(yè)出版社，2002年．2］彭介華．電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)．北京：高等教育出版社，1997年．3］畢滿清．電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計．北京：機械工業(yè)出版社，2001年審批意見教研室負(fù)責(zé)人：年 月 日目錄摘要............................................................................................................................................1第1章緒論............................................................................................................................2第2章設(shè)計框圖及電路系統(tǒng)概述........................................................................................32.1目的...............................................................................................................................32.2設(shè)計框圖.......................................................................................................................32.2.1設(shè)計方框圖.......................................................................................................32.3元器件簡介...................................................................................................................42.3.1NE555介紹.........................................................................................................4第3章電路工作原..............................................................................................................103.1總體電路圖................................................................................................................103.2電路工作原理分析.....................................................................................................10第4章EWB軟件仿真........................................................................................................124.1上水過程.....................................................................................................................124.1.1電路仿真現(xiàn)象...................................................................................................124.1.2電路工作原理...................................................................................................124.2水滿時.........................................................................................................................134.2.1電路仿真現(xiàn)象...................................................................................................134.2.2電路工作原理...................................................................................................144.3水下降時.....................................................................................................................144.3.1電路仿真現(xiàn)象...................................................................................................144.3.2電路工作原理...................................................................................................154.4水低于最低點.............................................................................................................154.4.1電路仿真現(xiàn)象...................................................................................................164.4.2電路工作原理...................................................................................................16總結(jié)......................................................................................................................................17致謝......................................................................................................................................18參考文獻(xiàn)..................................................................................................................................19附錄一：整機電路圖 20附錄二：元件明細(xì)表 21摘 要本文設(shè)計了自來水自動控制電路。其理論依據(jù)是以NE555的工作特性為核心。缺水時自動上水，水滿時自動斷水等功能。本電路工作原理簡單，組成結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、使用方便、使用壽命長等特點。本例電路專門用于自來水塔水位的自動控制。當(dāng)水位低于最低水位時，自動將供水泵啟動上水；當(dāng)水位達(dá)到最高水位時；自動停止上水，不用人工控制。該電路的特點是通過一只中間繼電器來接通大功率的交流接觸器，控制上水水泵電動機的啟動。這是由于555電路的輸出功率較小，不能驅(qū)動大功率的交流接觸器。關(guān)鍵詞：三極管 繼電器第1章緒論自來水塔在的發(fā)展越來越快，自來水塔有很多類型，按建筑材料分為鋼筋混凝土水塔、鋼水塔、磚石支筒與鋼筋混凝土水柜組合的水塔。水柜也可用鋼絲網(wǎng)水泥、玻璃鋼和木材建造。過去歐洲曾建造過一些具有城堡式外形的水塔。法國有一座多功能的水塔，在最高處設(shè)置水柜，中部為辦公用房，底層是商場。中國也有煙囪和水塔合建在一起的雙功能構(gòu)筑物。按水柜形式分為圓柱殼式和倒錐殼式。在中國這兩種形式應(yīng)用最多，此外還有球形、箱形、碗形和水珠形等多種。支筒一般用鋼筋混凝土或磚石做成圓筒形。支架多數(shù)用鋼筋混凝土剛架或鋼構(gòu)架。水塔基礎(chǔ)有鋼筋混凝土圓板基礎(chǔ)、環(huán)板基礎(chǔ)、單個錐殼與組合錐殼基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)。當(dāng)水塔容量較小、高度不大時，也可用磚石材料砌筑的剛性基礎(chǔ)。本例電路專門用于自來水塔水位的自動控制。當(dāng)水位低于最低水位時，自動將供水泵啟動上水；當(dāng)水位達(dá)到最高水位時；自動停止上水，不用人工控制。該電路的特點是通過一只中間繼電器來接通大功率的交流接觸器，控制上水水泵電動機的啟動。這是由于555電路的輸出功率較小，不能驅(qū)動大功率的交流接觸器。第2章設(shè)計框圖及電路系統(tǒng)概述2.1目的1．掌握振蕩器555的工作原理和各管腳的功能。2．掌握自己實際操作動手能力的形成和進(jìn)一步提高。3．鍛煉自己對所學(xué)理論知識和技能的綜合運用能力。4．提高自己對文獻(xiàn)資料的搜索和信息處理能力。5．培養(yǎng)自己對社會普通科學(xué)知識的了解。6．增強自身的知識見解和設(shè)計論文的方法。2.2設(shè)計框圖設(shè)計方框圖根據(jù)電路所要完成的功能和達(dá)到的效果。我們得到下面的電路框圖。1.方框圖2.方框圖的功能水塔里的水位決定控制電路的工作狀態(tài)，控制電路決定電動機工作與否，電動機工作上水決定水塔里的水位，電源給控制電路和電動機供電。2.3元器件簡介介紹NE555(TimerIC)大約在 1971年由SigneticsCorporation發(fā)布，在當(dāng)時是唯一非?？焖偾疑虡I(yè)化的 TimerIC，在往后的 30年來非常普遍被使用，且延伸出許多的應(yīng)用電

路，盡管近來

CMOS技術(shù)版本的

TimerIC

如

MOTOROLA的

MC1455

已被大量的使用，但原規(guī)格的

NE555

依然正常的在市場上供應(yīng)，盡管新版

IC

在功能上有部份的改善，但其腳位勁能并沒變化，所以到目前

都可直接的代用。NE555是屬于555系列的計時 IC的其中的一種型號， 555系列IC的接腳功能及運用都是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而 555是一個用途很廣且相當(dāng)普遍的計時 IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號。NE555的特點有：1）.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。（2）.它的操作電源范圍極大，可與 TTL，CMOS等邏輯閘配合，也就是它的輸出準(zhǔn)位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。3）.其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負(fù)載。4）.它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。2.內(nèi)部方框圖NE555引腳位配置說明下：①腳(接地)-地線(或共同接地 )，通常被連接到電路共同接地。②腳(觸發(fā)點)-這個腳位是觸發(fā) NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于 23VCC，下緣須低于 13VCC。③腳(輸出)-當(dāng)時間周期開始 555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少 1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到 O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約 200mA 。④腳(重置)-一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。⑤腳(控制)-這個接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計時器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下 ,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。⑥腳(重置鎖定)-重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。 當(dāng)這個接腳的電壓從 13VCC電壓以下移至 23VCC以上時啟動這個動作。⑦腳(放電)-這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗， 當(dāng)輸出為 OFF時為HIGH，對地為高阻抗。⑧腳

(V+)-

這是

555個計時器

IC

的正電源電壓端。 供應(yīng)電壓的范圍是

+4.5伏特

(最小值

)至+16

伏特

(最大值

)。IC1

選用

555振蕩器，它的內(nèi)部電路如圖

2-2所示，管腳排列圖如圖

2-3所示。4.555振蕩器的工作原理：電阻分壓器由三個阻值都是 5K電阻構(gòu)成，其作用是為電壓比較器基準(zhǔn)電壓。A1、A2組成電壓比較器，當(dāng)控制電壓輸入端 CONT懸空時，

A1、A2提供A1、A2的基準(zhǔn)電壓分別為23Vcc和13Vcc。A1的反相輸入端THRES稱為555振蕩器的高觸發(fā)端，A2的同相輸入端TRIG稱為555振蕩器的低觸發(fā)端。比較器A1的輸出作為置0輸入端，比較器A2的輸出作為置1輸入端。RESET是驅(qū)動脈沖發(fā)生器的復(fù)位輸入端Vr是集電極開路的三極管，Vr的集電極作為定時器的引出端DISCH，非門是緩沖器，其作用是提高電路的負(fù)載能力。利用555定時器可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。只要將555定時器的2號腳和6號腳接在一起，就可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器 [圖2-4]。我們簡記為“二六一搭”。這個施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性是反相的 [圖2-5]。5號腳接控制電壓 VCO時，正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓分別為 VCO和。將555定時器的6號腳和7號腳接在一起，并添加一個電容C和一個電阻R，就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器[圖2-6]。電容接在電源與6號腳之間，電阻接在7號腳和地之間。我們簡記為“七六一搭，下 C上R。這個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負(fù)脈沖觸發(fā)的。穩(wěn)態(tài)時，這個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出低電平。暫穩(wěn)態(tài)時，這個觸發(fā)器輸出高電平。 5號腳懸空時，輸出脈沖寬度為 RCln3。5號腳接控制電壓VCO時，輸出脈沖寬度為VCCRCln （2-2）VCC VCO我們知道，利用施密特觸發(fā)器可以構(gòu)成多諧振蕩器 [圖2-7]。理論上，我們只需要添加一個電阻和一個電容即可。電阻和電容構(gòu)成一個RC積分電路，其輸入端接施密特觸發(fā)器的輸出端，其輸出端接施密特觸發(fā)器的輸入端。用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器就是用的這個思路。于是，我們先用555定時器構(gòu)成一個施密特觸發(fā)器，然后再把這個施密特觸發(fā)器改接成多諧振蕩器[圖2-8]。不過，我們這個施密特觸發(fā)器稍微復(fù)雜一些，除了“二六一搭”以外，又增加了一個電阻 R1。R1與555定時器內(nèi)部的放電管 TD構(gòu)成了一個反相器。邏輯上，這個反相器的輸出與555定時器的輸出完全相同。因此，這個施密特觸發(fā)器有兩個輸出端，分別為555定時器的3號腳和7號腳。我們看到，電阻R2和電容C構(gòu)成了RC積分電路，施密特觸發(fā)器的一個輸出端（7號腳）接RC積分電路的輸入端，RC積分電路的輸出端接施密特觸發(fā)器的輸入端。這樣，一個多諧振蕩器就成了。也許有人會問，為什么要用兩個輸出端的施密特觸發(fā)器呢？一個輸出端的施密特觸發(fā)器也可以呀！因為施密特觸發(fā)器的另外一個輸出端（ 3號腳）專門作為多諧振蕩器的輸出，所以我們可以最大限度地保證多諧振蕩器的帶負(fù)載能力。這個多諧振蕩器可以驅(qū)動小型繼電器！信號由555時基電路7腳輸出，經(jīng)過R2和電容C構(gòu)成的RC積分電路，由VC2的正極輸入在

RS觸發(fā)器內(nèi)部處理后經(jīng)過非門對低平信號反向放大輸出高電平，

形成延時電路，本電路大約延長時間

1分鐘。第3章 電路工作原3.1總體電路圖3.2電路工作原理分析本例電路專門用于自來水塔水位的自動控制。當(dāng)水位低于最低水位時，自動將供水泵啟動上水；當(dāng)水位達(dá)到最高水位時；自動停止上水，不用人工控制。該電路的特點是通過一只中間繼電器來接通大功率的交流接觸器，控制上水水泵電動機的啟動。這是由于 555電路的輸出功率較小，不能驅(qū)動大功率的交流接觸器。電路中，NE555組成R-S觸發(fā)器，作為主控電路。R1、R3與R4組成輸入端分壓偏置電路，它將R-S觸發(fā)器的R端與S端分別偏置在既不大于2V3，也不小于VDD3的中間狀態(tài)。三個探測電極 A、B、C在水塔中的位置如圖 3-1所示。當(dāng)水塔中的水處于滿水位置時，電源電極A通過水電阻與B、C電極相連，使R-S觸發(fā)器的、RS端均為高電平，R-S觸發(fā)器輸出端為低電平，繼電器K通電吸合，通過常閉觸點K1-1將交流接觸器K2的電源斷開，上水水泵處于停歇狀態(tài)。當(dāng)水位下降使電極C脫離水位后，雖然NE555⑥腳電壓下降了，但它對電路不起觸發(fā)作用，電路仍保持原輸入狀態(tài)。當(dāng)水位繼續(xù)下降使電極B脫離水位后，由于NE555的②、⑥腳均被懸空，②腳上的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于VDD3。R-S觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖剑^電器K斷電釋放，它的常閉觸點K1-1將交流接觸器K2的電源接通。交流接觸器通電吸合，接通了上水泵的工作電源，水泵運轉(zhuǎn)進(jìn)入送水過程。在上水過程中，當(dāng)水位上升使電極A、B接觸后，通過水電阻與R2將電源電壓加至②腳，使R-S觸發(fā)器的S端出現(xiàn)高電平，但這一高電平對電路不起觸發(fā)作用。電路保持原狀態(tài)，上水過程繼續(xù)。當(dāng)水位進(jìn)一步上升使電極、AC連通后，電源電壓通過水電阻與R1加至⑥腳，使R-S觸發(fā)器的R端出現(xiàn)高電平。這一高電平作為R-S觸發(fā)器的復(fù)位電平，使電路復(fù)位，輸出端輸出低電平，繼電器K通電吸合，通過常閉觸點K1-1將交流接觸器的電源斷開，接觸器斷開水泵工作電源，上水停止。第4章 EWB軟件仿真4.1上水過程電路仿真現(xiàn)象Switch1Key閉合，Switch2Key斷開，燈泡亮。電路工作原理Switch1Key閉合，Switch2Key斷開，就相當(dāng)于水塔中的水高于

B點低于

C點，此時燈泡亮，相當(dāng)于水泵工作，水塔上水。電極

A、B

接觸后，通過水電阻與

R2將電源電壓加至②腳，使

R-S觸發(fā)器的

S端出現(xiàn)高電平。4.2水滿時電路仿真現(xiàn)象Switch1Key和Switch2Key都閉合，燈泡熄滅。電路工作原理把Switch1Key和Switch2Key都閉合，此時燈泡熄滅，相當(dāng)于水泵停止工作，水塔不再上水；上水過程完畢，水滿了。水塔中的水處于滿水位置時，電源電極 A通過水電阻與 B、C電極相連，使R-S觸發(fā)器的R、S端均為高電平，R-S觸發(fā)器輸出端為低電平。4.3水下降時電路仿真現(xiàn)象斷開Switch2Key，Switch1Key任閉合，燈泡不亮。電路工作原理若又?jǐn)嚅_Switch2Key，Switch1Key任閉合，燈泡不會亮，這相當(dāng)于水塔中的水下降至C點以下B點以上，水泵不工作。電極 C脫離水位后，雖然 NE555⑥腳電壓下降了，但它對電路不起觸發(fā)作用，電路仍保持原輸入狀態(tài)。4.4水低于最低點電路仿真現(xiàn)象Switch1Key和Switch2Key都斷開，燈泡亮。電路工作原理把Switch1Key和Switch2Key都斷開，就相當(dāng)于水塔中的水低于水塔中的 B點，此時燈泡亮，相當(dāng)于水泵工作，水塔在上水。電極 B脫離水位后，由于 NE555的②、⑥腳均被懸空，②腳上的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 VDD3。R-S觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖健？?結(jié)這次我的畢業(yè)設(shè)計是自來水塔自動控制電路的設(shè)計，設(shè)計比較突出的特點是控制。通過這次設(shè)計使我對自來水自動控制電路的組成與工作原理有了更深的認(rèn)識。設(shè)計花費了我大量的時間與精力，這是我們大學(xué)三年學(xué)習(xí)的重要成果，設(shè)計具有系統(tǒng)性它將我們所學(xué)到的知識有機的結(jié)合起來，涉及到多方面的知識，所以我們必須認(rèn)真對待，專心完成每個任務(wù)要求，通過反復(fù)檢查、修改和調(diào)試，最終設(shè)計如期的完成。從理論和實踐上我都得到了很大的提高，這次任務(wù)的完成使我學(xué)到了很多東西。首先，豐富了自己的知識面，學(xué)到了以前沒能學(xué)通的東西，具體了解了怎樣去完成一個電路的設(shè)計：從流程圖、電路圖、制作與焊接電路板、檢查電路板、仿真到測試。知道怎樣選擇這種電子線路中的元器件、怎樣確定其相關(guān)參數(shù)；鞏固了電子線路的基礎(chǔ)知識與EWB軟件的使用能力提高了自己動手的能力；學(xué)到了很多經(jīng)驗并且提高了自己分析問題的能力和創(chuàng)新能力；得到了理論聯(lián)系實際的機會。使自己在實際設(shè)計方面樹立了信心，為以后從事這方面的工作打好了基礎(chǔ)，這也是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲。以及學(xué)習(xí)到圖書室查閱相關(guān)書籍獲取有用的信息這種好的方法，在今后的學(xué)習(xí)、工作中是很重要的，只有不斷地學(xué)習(xí)才會有進(jìn)步。這次的畢業(yè)設(shè)計總的來說還是很成功的，自己從中學(xué)到很多，也發(fā)現(xiàn)了不少問題，為自己以后的學(xué)習(xí)進(jìn)步打下了不錯的基礎(chǔ)。致 謝在畢業(yè)設(shè)計接近尾聲之時，我要衷心地感謝我的指導(dǎo)老師趙文宣老師，在我整個畢業(yè)設(shè)計過程中，趙老師給了我很大的幫助和細(xì)心的指導(dǎo)，在遇到問題時，趙老師總是細(xì)心給我解答。趙老師的言傳身教，讓我們學(xué)會了以前在課堂上沒有的東西。同時還要感謝在我的整個畢業(yè)設(shè)計中所有幫助過我的老師，感謝曾經(jīng)教育過我的老師。是你們給與了我最基礎(chǔ)的知識使我在此時得以綜合利用。正是因為有各位老師的幫助和指導(dǎo)才使我的畢業(yè)設(shè)計能夠順利的完成。在此，對你們表示衷心的感謝！祝愿你們