水位控制电路设计.docx
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水位控制电路设计
水位控制电路设计任务书
1.设计目的与要求
设计一个水塔或锅炉水位控制电路,准确地理解有关要求,独立完成系统设计,要求所设计的电路具有以下功能:
(1)多点水位实时采集和显示功能;
(2)当水位低时,启动水泵自动加水,达到高水位时自动停止水泵;
(3)当达到警戒水位(高水位或低水位)时,电路能够自动报警提示;
(4)具备报警消音控制功能;
(5)所设计的电路具有一定的抗干扰能力。
2.设计内容
(1)画出电路原理图;
(2)确定元器件及元件参数;
(3)进行电路模拟仿真;
(4)SCH文件生成与打印输出;
(5)PCB文件生成与打印输出。
3.编写设计报告
写出设计的全过程,附上有关资料和图纸,有总结体会。
4.答辩
在规定时间内,完成叙述并回答问题。
目录
1引言……………………………………………………………………1
2总体设计方案…………………………………………………………1
2.1设计思路……………………………………………………………1
2.2总体设计框图………………………………………………………2
3设计原理分析…………………………………………………………2
3.1.1信号产生电路……………………………………………………2
3.1.2水位显示及警报、消音电路……………………………………3
3.1.3水泵自动加水电路………………………………………………3
3.2总体电路图…………………………………………………………4
3.3元件选择……………………………………………………………5
4总结与体会……………………………………………………………5
参考文献…………………………………………………………………6
附录1仿真图……………………………………………………………7
附录2PCB电路…………………………………………………………8
水位控制电路
摘要:
本文设计了一种水位控制电路,该电路由信号产生电路,水位显示电路,水泵控制电路和报警及消音电路组成。
采用了三极管、继电器、集成电路及发光二极管等多种电子元件。
其设置有5个水位监测点:
最低点,1/4点,2/4点,3/4点,最高点。
当水位低于设置的最低点时,水泵控制电路启动水泵自动加水;当水位达到规定的最高点时,水泵自动断开,而不用人工专门去控制即可实现水位的控制功能。
另外,该电路还具有显示水位和高水位自动报警及消音控制功能。
关键词:
水位控制;水位显示;自动报警;报警消音
1引言
随着科技的发展,人们对水位控制装置的需求越开越多,它不仅要具有控制水位的功能,而且,要能自动控制,从而解放人力。
在日常生活和工业生产中,水位控制装置有着广泛的应用,如水塔,楼房水箱,锅炉等。
水位控制装置有很多种:
浮子开关式、压力式、电子式、微机式等。
这些装置或多或少的存在着一些缺点:
浮子开关采用机械结构,维护起来不方便;微机式控制装置,虽然操作方便,但造价昂贵……本水位控制电路从使用型和经济型出发,设计了一种水位控制装置,结构简单,操作方便,工作可靠性高,设置有日常通用的功能:
自动加水,水位显示,自动报警等功能,在日常生活和工业生产中很多地方均可采用。
2总体设计方案
2.1设计思路
根据本电路预设的功能,设计出完成相应功能的分电路。
首先,有信号产生部分来作为整个电路的输入信号:
采集多点水位,以高、低电平的形式存在,作为其他分电路的控制信号,控制其工作。
水位显示电路:
当没有接收到有效控制信号时,二极管不亮,不指示水位;当接收到有效控制信号后,三极管导通,驱动发光二极管发亮,显示其水位状态。
水泵控制电路:
随着水位的上升,采集的控制信号在不停变化,达到设定的报警条件后,可以使报警电路接通,实现水满报警。
而该信号又得作为水泵控制电路的有效信号,控制水泵停止运转,完成自动加水。
通过水位的变化,引起信号产生电路输出信号的改变,从而使整个电路能按设定的功能稳定工作。
2.2总体设计框图
总体设计框图,如图1所示
扬声器
报警电路
水位控制电路
水位采集
水位显示
水泵控制电路
水泵
图1.总体设计框图
3设计原理分析
3.1分电路工作原理分析
3.1.1信号产生电路
信号产生电路又称为水位采集电路,该电路主要是产生整个电路的输入信号。
利用水的弱电性,这样,弱电的电信号可以通过水来传递。
鉴于此原理,该电路设计成由水位上升与下降来控制电信号的接通与断开。
当水位上升到检测点时,接通电信号;下降到低于检测点时,断开电信号。
按此分析,只要在水塔里装上用来传递电信号的探头,水位上升与下降即可实现电信号的接通与断开,电信号的变化作为整个电路的输入信号。
本电路设计了5个水位检测点(6个探头),A探头放置在水塔底部,连接12V电源,B、C、D、E、F分别为水塔高度的:
最低点,1/4,2/4,3/4,最高点。
如果,需要精确指示水位时,尽可能多的设置探头,采集多点水位信息,进行检测,探头间距离越小,越有利于电信号的传递。
3.1.2水位指示、报警消音电路
由五组NPN型三极管和相关元器件组成,三极管的导通与截止,可以控制发光二极管的亮、灭,来指示水位。
当水箱无水(水位低于最低点)时,三极管基极没有偏置电压,其不工作,发光二极管VD1~VD5不亮。
随着水位的增加,由于水的导电特性,使得三极管的基极有合适的偏压,Q1导通,驱动VD1点亮。
当水位逐渐增加时,VD2、VD3、VD4依次发光指示水位。
当水位达到最高点时,VD5发光,显示水满,同时Q6导通,扬声器发出警报声,提示水满。
此电路需要手动消音,当水满发出警报时,断开K1完成报警消音控制功能。
待一段时间后,水塔里水位下降一定高度(低于最高水位)后,再闭合K1以保证下次自动加水时电路能自动报警。
水位指示、报警消音电路,如图2所示
图2.水位指示、报警、消音电路
3.1.3水泵自动加水电路
由555集成电路及相关元器件组成的施密特触发器控制继电器J1的开断来实现。
当水位低于最低点时,555集成电路的3脚为高电平,继电器J1闭合,启动水泵自动加水。
水位达到最高点时,3脚跳变为低电平,继电器断开,加水完成。
水泵自动加水电路,如图3所示
图3.水泵自动加水电路
3.2总体电路图
总体电路图,如图4所示
图4.总体电路图
3.3元件选择
表1.元件参数
元件
型号、参数
电阻:
R1~R5
RTX-1/8W型碳膜电阻器,10Kῼ
电阻:
R6~R11
RTX-1/8W型碳膜电阻器,500ῼ
Q1~Q6
9013型硅NPN中功率三极管,ρ>150
U1
555集成电路
VD1~VD5
红色发光二极管
继电器J1
JQX-14FF
电容C
CTI型瓷介电容,0.01uF
电源VCC
12V
扬声器
YD57-2型8ῼ圈式扬声器
4总结与体会
课程设计是培养学生理论联系实际能力的很好的机会,可以充分运用所学过的知识,发现,分析,解决设计中遇到的各种问题,很好的锻炼实践能力。
通过这次课程设计,我懂得了电路设计的基本方法,拿到一个题目后,应该广泛查阅大量的相关资料,收集自己能够用到的信息,对其好好的分析、研究,最终确定自己的设计方案。
在设计中间,我遇到了很多问题。
如:
水泵的控制电路,起初想着只用逻辑关系就能实现,在仿真中间发现原先的思路是错误的。
水位的上升和下降过程中,水泵的工作状态是不同的,按原来的逻辑关系,将导致水泵只要在水位低于最高点时,就会启动加水,这是不合理的。
经过和其他同学的讨论和查阅书籍后,自己把这个设计中的问题解决了,采用555构成的施密特触发器可以很好的实现该有的功能,而不会产生之前的问题。
另外,课程设计过程中,需要作图,通过这次课程设计,让我对protel和EWB的应用有了更深的了解。
课程设计不仅是对前面所学知识的一种校验,而且也是对自己能力的一种提高。
在这次课程设计中,使我明白了自己原有知识的的欠缺,自己要学习的东西还很多,只有在实践中才能发现自己的不足。
参考文献
[1] 刘修文.实用电子电路设计制作300例[M].北京:
中国电力出版社,2005
[2] 康华光.数字电子技术基础(第五版)[M].北京:
高等教育出版社,2006.1
[3]陈永甫.常用电子元器件及其应用[M].北京:
人民邮电出版社.2005.8
[4]赵负图.开关电路手册[M].北京:
化学工业出版社,2006.7
附录1
仿真图,如图5所示
图5.仿真图
附录2
PCB电路图,如图6所示
图6.PCB电路图