大学毕业设计论文 全自动水塔水位控制器.docx
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大学毕业设计论文全自动水塔水位控制器
引言
我国的供水自动化系统发展已初有成效。
供水自动化系统主要包括水厂自动化和供水管网调度自动化两个方面。
由水工业的社会性所决定，水工业的学科体系由多个相互关联的学科组成，包括：
水质与水处理技术、水工业工程技术、水处理基础科学、水社会科学、水工业设备制造技术等，它们共同支撑着水工业的工业体系。
而在这些学科中水质与水处理技术和水工业工程技术是水工业学科体系中的主导学科。
近几十年来，自动控制技术迅猛发展，在工农业生产，交通运输，国防建设和航空，航天事业等领域中获得广泛的应用。
随着生产和科学技术的发展，自动控制技术至今已渗透到各种科学领域，成为促进当今生产发展和科学技术进步的重要因素。
比如在生活方面的温度调节、湿度调节、自动洗衣机、自动售货机、自动电梯、空气调节器、电冰箱、自动路灯、自动门、保安系统等。
在工业方面主要分为两大类：
一类是气体、液体、粉体、石油化工制药、轻工食品、建材等行业。
需要对温度、压力、物位、流量、成分等参数进行控制。
另一类是对已成型材料的进一步加工或者对多种已成型材料的装配，主要控制位移、速度、角度等参数这些都需要应用自动控制学科的知识。
控制理论一般分为经典控制理论和现代控制理论两大部分。
经典控制理论最初称为自动调节原理，适用于较简单系统特定变量的调节。
随着后期现代控制理论的出现，故改称为经典控制理论。
经典控制理论以传递函数为数学工具研究单输入、单输出的自动控制系统的分析和设计方法。
主要研究方法有时域分析法、根轨迹法和频率特性法。
现代控制理论的产生,随着科学技术的突飞猛进，特别是空间技术和各类高速飞行器的发展，使各受控对象要求高速度、高精度，而系统的结构更加复杂，要求控制理论解决动态耦合的多输入多输出、非线形以及时变系统的设计问题。
此外，对控制性能的要求也在逐步提高，很多情况下要求系统的某种性能是最优的，而且对环境的变化要有一定适应能力等。
这些新的要求用经典理论是无法解决的，这同时也为现代控制理论的形成创造了条件。
具有结构简单，使用寿命长，可靠性高，操作维修方便，经济实用的优点是用于各种高层液体储存的理想设备。
摘要
大型水塔水箱是很多公司生产过程中必不可少的部件，它的性能和工作质量的优良不仅仅对生产有着巨大的影响，而且也关系着生产的安全。
在过去，大量的对水箱操作是由相应的人员进行操作的，这样的人工方式带来了很大的弊端，比如水位的控制，时刻监控水箱的环境，夜间的监控等等，操作员稍有疏忽，或者简易的监则器件损坏，将带来无法弥补的损失，更严重的会危机到生产人员的人身安全等。
所以，对水箱控制，如果能够使用精密的而且完全会严格按照生产规定运行的自动化系统，可以最大限度的避免事故的几率，同时也能节省资源并能有效提高生产的效率。
本文采用分立元件电路实现了水塔水位的自动控制，设计出一种低成本、高实用价值的水塔水位控制器。
采用独立的电路实现超高、低水位处理，自动控制电机电路。
它能自动完成上水停水的全部工作循环，保证液面高度始终处于较理想的范围内，它结构简单，制造成本低，灵敏度高，节约能源显著，是用于各种高层液体储存的理想设备。
一．设计任务及要求
1.设计任务：
通过对制成品的分析，画出电路原理图，然后仿效制成品重新制作一个全自动水塔水位控制器。
2.设计要求：
（1）能够自主分析电路，然后画出电路原理图；
（2）会应用protel软件；
（3）效仿制成品重新制版，做一个全自动水塔水位控制器；
（4）电路能够实现手动、自动切换功能；
（5）整理和总结设计文档报告；
二．系统整体设计
1.方案论证：
1.1概述：
自动控制技术的应用，推动了控制理论的发展，而自动控制理论的发展，又指导了控制技术的应用，使其进一步完善，随着科学技术的发展，自动控制技术和理论已经广泛的应用于科技、冶金、石油、化工、电子、电力、航空、航海、航天、核反应堆等各个学科领域。
近年来，控制科学的范围还扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会领域，并为各个学科之间的相互渗透起了促进作用，可以毫不夸张的讲，自动控制技术和理论已经成为现代化社会的不可缺少的组成部分。
自动控制技术的应用不仅使生产过程自动化，从而提高生产率和产品质量，降低成本，提高经济效益，改善劳动条件，而且在探索新能源，发展空间技术和创造社会文明等方面都具有十分重要的意义。
1.2自动水塔水位控制电路方案的选择：
方案一：
基于单片机的全自动水塔水位控制器。
该系统为一个液位控制系统。
系统主要由控制部分和执行部分组成。
控制部分包括单片机最小系统模块、键盘模块、传感器、A/D转换器、显示模块、电源模块等。
执行部分主要由水泵装置组成。
整个系统实现对数据的采集运算，对液位参数的设置，对采集数据的显示和水泵装置的控制。
方案二：
基于模拟电路和继电器的搭建的全自动水塔水位控制器。
继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统和被控制系统通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
继电器的种类很多，如电磁继电器，热继电器，混合式继电器，高频继电器，同轴继电器，固态继电器等。
在本次设计中我们用电磁继电器来实现其控制功能。
电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。
只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。
当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。
这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：
继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
本电路采用分立元件电路实现了对水塔水位的自动控制，设计出一种低成本、高实用价值的水塔水位控制器。
采用独立的电路实现超高、低水位处理，超高水位处理，自动控制电机电路。
本次毕业设计我们选择了方案二，此方案电路图构成简单易懂，元器件的价格便宜，性能较稳定，操作简单，具有经济前景。
2.系统原理框图
三．系统硬件设计
1.总原理图及工作原理
1.1总原理图：
1.2工作原理：
（1）自动控制：
1、当水位低于中时，水位传感点1、2、3均悬空，Q3、Q4均截止，继电器由闭合状态变成关断状态，继电器管脚2-8和3-5导通，抽水机工作。
2、当水位达到高时，水位传感点ABC均导通，Q3、Q4均导通，继电器由关断变成闭合状态，继电器管脚2-7和3-6导通，抽水机停止工作。
3、当水位从高位开始下降，未到中时，水位传感点AB导通，C悬空，由于继电器已经切到2-7和3-6导通，Q3、Q4仍然导通，抽水机仍然停止工作。
（2）手动控制：
由于当切换到手动状态时1和3线相连，当220V交流电经过变压器T1和整流桥堆F1得到直流电，直流电供给与自动手动按钮的1线，3线得电，由3线的开关来控制继电器K1的关断，从而来控制继电器K2的关断，而继电器K2的关断直接控制整个电路的通断。
2.单元电路设计
电源电路由电源变压器、整流二极管和滤波电容器组成。
液位检测电路由高液位电极A、低液位电极B和主电极组成。
控制执行电路由继电器、控制晶体管和交流接触器等元件组成。
交流220V电压经电源变压器降压电容滤波后，产生交流12V电压，供给控制执行电路。
四．总结
虽然这次毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。
各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，各种元件的安装方式，我们都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。
顺利如期的完成本次毕业设计给了我们很大的信心，让我们了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，无论给水系统还是排水系统，都采用了一些新的技术和设备，他们有着很多的优越性，但同时也存在一定的不足，这些不足在一定程度上限制了我们的创造力。
比如设计在节约水能源上就有很大的不足，在这个能源紧缺节能被高度重视的社会中，这无疑是很让我们感到遗憾的，可这些不足正是我们去更好的研究更好的创造的最大动力，只有发现问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾不会给打击只会更好的鞭策我们前行，今后我们会多关注新技术新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识，更好的为祖国奉献。
五．心得体会
在这次毕业设计的过程中，首先达到了老师预期所希望的，提升了我们自主分析电路和效仿的能力；虽然这次的设计难度不大，通过效仿重制一个作品，但是通过分析电路并画出原理图还是有难度，考核了对以前所学过的知识的综合应用能力，同时提高了对protel软件的使用能力。
毕业论文是我们学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的水塔水位的自动控制系统设计，我们摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高了我们查阅文献资料，设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我们很多方面的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，分析能力，效仿能力，抗压能力及耐力也得到了不同程度的提升。
这是我们希望看到也是进行毕业设计的目的所在。
在这次毕业设计中，和老师的沟通时间比较多，他使我们从经济角度对设计有了新的认识，也让我们对自己提出了新的要求，提高是有限的但也是全面的，正是这次设计让我们积累了无数实际经验，使我们的头脑更好的被知识武装起来，也必然会让我们在未来的工作学习中变现出更高的应变能力，更强的沟通能力和理解能力。
六．致谢语
毕业设计在紧张和忙碌中画上了句号。
在这期间我设计小组得到了指导老师的悉心指导和关怀，对存在的问题进行及时的指导，并督促我按时、按计划的完成预计进度。
除此之外，吴老师还传授我们一些他认为对我们学习、工作方面有益的东西，教导我们怎么应用网络来查找、学习、解决问题。
正是因为吴老师的敬业和对学生的关心才使我们的这次设计及时完成。
在毕业设计结束之际，特此表示我们最真诚的谢意，谢谢吴老师！
祝您在以后的生活中身体健康、工作顺利！
同时，也很感谢在大学里教过和指导过我的老师，谢谢你们对我的栽培与关心。
大学三年是我一生的重要阶段，是学习专业知识及提高各方面能力为以谋生发展的重要阶段。
从跨入大学的校门的那一刻起我就把这一信念作为人生的又一座右铭。
在这大学生涯里有喜有忧也有悲，但这正是添加生活色彩的颜料，谢谢一路一起走过的同学们，舍友们还有朋友们，谢谢你们一直以来的帮助和支持，让我坚持到了最后。
七．参考文献
八．附录
1.元器件清单：
位号
代号
名称和型号
（基本数据）
数量
备注
更
改
C1、C12
100uF电容
2
C2、C4、C5、C7
1uF电容
4
C20、C21
1000uF电容
2
C31
CNR电容
1
C8、C11
124电容
D1~D18
1N4007二极管
18
D19
发光二极管
R1~R5
560Ω电阻
5
R9~R10
10Ω电阻
2
Q1~Q4
9013三极管
4
K1
BRIDGEI电桥
1
K1~K3
开关按钮
3
M1
电机
1
F1
电源
1
G1~G2
保险丝
2
L1
变压器
1
媒体编号
旧底图总号
底图总号
拟制
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日期
第张
2.实物图絮
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