水塔水位过低自动报警自动抽水系统.docx
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水塔水位过低自动报警自动抽水系统
电子课程设计
——水塔水位过低自动报警、自动抽水系统
水塔水位过低自动报警,自动抽水系统
该系统主要由水位开关、显示器、报警灯和水泵抽水灯组成。
当水位到达某一个开关的时,该开关闭合,显示器中显示当前水位。
当水位过低时,过低开关闭合,系统将自动点亮报警灯和水泵抽水灯,以便补水,提升水位。
一、设计任务与要求
该水位检测电路主要功能是能显示当前水位,并且当水位过低时,电路能自动报警并且让水泵自动抽水的电路。
基本功能:
1、用编号为0-7的开关模拟水塔中的实时水位。
2、当水位持续下降时,0-6号开关顺序闭合,此时当每个开关闭合时,显示器上显示出来当时水塔里的水位情况。
3、7号开关为水位过低警示开关,当此开关闭合时,说明水塔中的实时水位已经过低,则要点亮水位过低报警灯和水泵抽水灯。
二、总体框图
水位正常
→→→→→→→→→→
↓
↓
↓
↓
→→→→
→→→
模块功能：
如上述总体框图所示，检测电路分为检测与显示电路和报警电路两大模块。
1、显示电路由74LS148优先编码器，74LS373锁存器和译码驱动显示电路组成。
0-6号开关依次闭合，信号进入优先编码器进行编码，再以二进制输出。
输出的信号所存起来，锁存器的输出端输出结果通过译码显示电路显示出来。
2、报警电路由一个NE555和外围电路以及报警灯和水泵抽水灯构成。
当代表水位过低的7号开关闭合时，信号则直接进入报警电路，通过多谐振荡器实现报警灯和水泵抽水灯的点亮。
设计思路：
该系统的主要作用是检测与显示水位、自动报警和自动抽水功能。
要实现要求的功能的话，我认为把整个系统分为两个部分来看：
1、检测与显示部分是用七个开关，在水塔里从上到下依次排列。
当水位下降到某个开关位置的时候，开关闭合，输出信号被送入8-3优先编码器进行编码，编码输出信号经锁存后送入显示电路，显示电路的作用是显示当前水位，从而显示电路把实时水位显示了出来。
2、报警电路的作用是当水塔中水位过低是，引起水位过低开关闭合，开关闭合产生的信号直接通过由NE555组成的多谐振荡器出来的信号直接触发报警灯和水泵抽水灯。
3、报警电路，由于没有报警器，所以选择一个LED灯来表示。
为了使更明显一些，给LED灯加了个连续脉冲信号，以使灯能够按我们需要的频率一闪一闪。
通过以上思路的设计，使电路达到显示水位，自动报警自动抽水的功能。
三、选择器件
选择器件尽量选用实验室有的常用的器件，以下分别对各部分所选择的器件给出具体的说明。
水塔水位过低自动报警、自动抽水系统中所用到的器件：
1、八个水位开关
2、EDA实验箱一个
3、芯片：
74LS148优先编码器一个、74LS373锁存器一个、74LS00与非门一个、非门一个、NE555一个
4、LED显示器
下面详细介绍每个器件：
1、优先编码器电路
我在这里采用的优先编码器是74LS148优先编码器，74LS148编码器功能表如下：
74LS148功能表
由表中不难看出，在ST=1电路正常工作状态下，允许I0~I7当中同时有几个输入端为低电平，即有编码输入信号。
IN7的优先权最高，IN0的优先权最低。
当IN7=1时，无论其他输入端有无输入信号，输出端只给出了IN7的编码，即000.
74LS148的内部逻辑图
2、锁存器
74LS373锁存器：
373为三态输出的八D透明锁存器,共有54/74S373和54/74LS373两种线路
结构型式，其主要电器特性的典型值如下（不同厂家具体值有差别）:
型号tPdPD
54S373/74S3737ns525mW
引脚图
54LS373/74LS37317ns120mW
373的输出端O0~O7可直接与总线相连。
当三态允许控制端OE为低电平时，O0~O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总
线。
当OE为高电平时，O0~O7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但
锁存器内部的逻辑操作不受影响。
当锁存允许端LE为高电平时，O随数据D而变。
当LE为低电平时，O被锁存在
已建立的数据电平。
当LE端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV。
引出端符号：
D0～D7数据输入端
OE三态允许控制端（低电平有效）
LE锁存允许端
O0~O7输出端
真值表：
Dn
LE
OE
On
H
H
L
H
L
H
L
L
X
L
L
Q0
X
X
H
高阻态
内部原理图
3、多谐振荡器的组成部分，555定时器
国产双极型定时器CB555电路结构图。
它是由比较器C1和C2，基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。
555定时器是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当阻容元件，就可以方便地构成脉冲产生和整形电路。
555集成定时器由五个部分组成：
1、基本RS触发器：
由两个“与非”门组成
2、比较器：
C1、C2是两个电压比较器
3、分压器：
阻值均为5千欧的电阻串联起来构成分压器，为比较器C1和C2提供参考电压。
4、晶体管开卷和输出缓冲器：
晶体管VT构成开关，其状态受
端控制。
输出缓冲器就是接在输出端的反相器G3，其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。
其逻辑框图如下：
逻辑符号如下：
逻辑功能表如下图：
555定时器功能表
输入
输出
阈值输入（vI1）
触发输入（vI2）
复位（
）
输出（
）
放电管T
×
×
0
0
导通
1
1
截止
1
0
导通
1
不变
不变
逻辑功能描述如下：
555定时器的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制RS触发器和放电管T的状态。
图中RD为复位输入端，当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出v0为低电平。
因此在正常工作时，应将其接高电平。
由图可知，当5脚悬空时，比较器C1和C2比较电压分别为2/3VCC和1/3VCC。
当vI1>2/3VCC，vI2>1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器被置0,放电三极管T导通，输出端vO为低电平。
当vI1<2/3VCC，vI2<1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器被置1,放电三极管T截止，输出端vO为高电平。
当vI1<2/3VCC，vI2>1/3VCC时，基本RS触发器R=1、S=1,触发器状态不变，
电路亦保持原状态不变。
综合上述分析，可得555定时器功能表如表10.11.1所示。
如果在电压控制端（5脚）施加一个外加电压（其值在0-VCC之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，进而影响电路的工作状态。
图三为国产双极型定时器CB555内部电路结构原理图。
它是由比较器C1和C2，基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。
其中VH是比较器C1的输入端，v12是比较器C2的输入端。
C1和C2的参考电压VR1和VR2由VCC经三个五千欧电阻分压给出。
在控制电压输入端VCO悬空时，VR1=2/3VCC,VR2=1/3VCC。
如果VCO外接固定电压，则VR1=VCO,VR2=1/2VCO.
RD是置零输入端。
只要在RD端加上低电平，输出端v0便立即被置成低电平，不受其他输入端状态的影响。
正常工作时必须使RD处于高电平。
图中的数码1—8为器件引脚的编号。
4、数码显示器
数码显示器用4线的七段显示数码管。
功能表如下：
数字
4
3
2
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
四、功能模块
如上所述，主电路分为两部分。
1、检测和显示电路，电路图如下，并对电路进行仿真：
下面是对该电路部分的功能仿真，当水位开始下降并从上到下依次接触开关时，开关闭合，信号从开关输入，进入优先编码器进行编码，74LS148是低电平有效的优先编码器，输出信号进入锁存器锁存然后进入数码显示器，则电路显示出实时水位。
下面是仿真结果：
当水位降到第三个开关时
当水位降到底6个开关时
仿真结果准确，进行下一模块的仿真。
3、报警电路模块，电路图如下：
当水位过低开关闭合时，触发报警电路，此时报警灯与水泵抽水灯同时亮。
仿真结果如下：
可见，从报警电路模块的仿真来看，这个部分的功能也是正确的。
五、总体设计电路图
整体电路图如下：
图中水位监测开关感应水位，随着水位的下降依次闭合。
当开关闭合时，电路中输入低电平给74LS148优先编码器进行优先编码，信号进入锁存器后，在数码显示管上显示出实时水位。
当水位过低时，水位过低开关将会闭合，此时直接连接报警电路，信号通过555定时器输出到报警灯和水泵抽水灯上，使两灯点亮实现报警和抽水。
仿真结果如下：
水位正常并在降低
当水位过低时，水位过低开关闭合
六、实验心得
这学期的课程设计终于结束了，心里感觉不错，感受到了我的未来，对以后的目标也有所明确，在课程报告设计的过程中，真正的发现了自己对知识的掌握不足，为自己敲响了警钟，以后要认真学习。
在这次设计里我在指导老师的帮助下，也算是比较不错的完成了我们的课题。
其实这也是对我能力与耐力的双重考验，当用软件进行防真的时候，当在电路箱上实际连线的时候，我才发现是多么考验我们的耐力，密布的导线，多个芯片的调试。
总之，对我的收获比较大，通过亲自动手做实验才深深体会到计划和实践之间的不同，不实践就不知道真正的现实的东西是在实践中得出来的，而且也能巩固下已经掌握的知识。
两周的生活非常幸福，也得谢谢指导老师闫老师的细心指导，才能叫我从中体会那么多，这算是我大学生活中的一个美好的回忆了吧。
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