电子技术课程设计水位操纵器设计.docx

1、电子技术课程设计水位操纵器设计东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程 电子技术课程设计 题 目 水位控制器设计 院 系 电气信息工程学院 专业班级 自动化12-07班 学生姓名 林彦超 学生学号 指导教师 白丽丽 2014年 7月 6日东北石油大学课程设计任务书课程 电 子 技 术 课 程 设 计 题目 水 位 控 制 器 设 计 专业 自 动 化 姓名 林彦超 学号 要紧内容：依照设计要求，运用所学的模拟电子技术及电路基础等知识，自行设计一种水位操纵器，能够实现水箱中的水位低于预定的水位时，自动启动水泵抽水；而当水箱中的水位达到预定的高水位时，使水泵停止抽水，始终维持水箱中有必然的水。工

2、作温度范围：-40+50持续工作时刻：可24小时持续工作。水位探头线长度小于1.5米（太长的话容易引入无线电干扰信号，而使系统无法正常工作）。具有自动启动水泵抽水的功能。要紧参考资料：1 潘松著. EDA技术有效教程M 北京：科学出版社，2005.2 阎石. 数字电子技术基础M 北京：高等教育出版社，20013 曹国清数字电路与逻辑设计M 徐州：中国矿业大学出版社，20014 乔铁柱水位传感器研究及测控仪研究D 山西：太原理工大学，20045 彭介华. 电子技术课程设计指导M 北京：高等教育出版社，1997.6 孙梅生. 电子技术基础课程设计M 北京：高等教育出版社，1998.7 高吉祥电子技

3、术基础实验与课程设计M 北京：电子工业出版社，2002.完成期限 指导教师 白 丽 丽 专业负责人 2014年 6 月30 日1 任务和要求 (1)任务：设计一种可自动操纵水面高度的水位操纵器。 (2)水位操纵器性能要求：工作温度范围：-40+50。持续工作时刻：可24小时持续工作。水位探头线长度小于1.5米（太长的话容易引入无线电干扰信号，而使系统无法正常工作）。具有自动启动水泵抽水的功能。2整体方案设计与选择 簧管触发双稳态水位操纵器簧管触发双稳态电路来操纵水泵，干簧管A用于低水位检测，千簧管B用于高水位检测。刚接通电源时，只要水位不在最高位置，电路即会处于V2饱和导通、V3截止的状态，继

4、电器K吸合，其常开触头接通水泵电动机的工作电源，水泵开始抽水。当水箱内水位上升至最高水位时，水上的浮体 (内有磁铁)靠近干簧管B，在磁场的作用下，干簧管A内部的常开触头接通，使V4导通，V3和V2截止，K释放，水泵停止抽水。当水位降至低水位时，干簧管A的常开触头在浮体内磁铁的磁场作用下接通，使Vl导通，V2饱和导通，V3截止，K吸合，水泵又开始抽水。如此周而复始，使水箱内水位始终在高水位与低水位之间起落转变。图1 簧管触发双稳态水位操纵器原理图 三相水位操纵器三相水位操纵器原理如图2接通刀开关Q，按动S2后，KM通电吸合，其常开触头吸合，水泵电动机通电工作。与此同时，相线L2与零线N之间的22

5、0V交流电压经Cl降压、VDl和VD2整流、VS稳压及C2滤波后，产生9V直流电压。该电压一路直接加至IC的l脚 (输入端);另一路经R2和电极a、b之间水的电阻加至IC1的5脚 (操纵端)，使IC内部的电子开关接通，其2脚的输出电压经R4将VLC内部的发光二极管点亮，VLC内部的光敏晶体管导通，其发射极输出的高电平通过V加至VT的门极，使VT受触发而导通，中间继电器KA通电吸合，其常开触点接通，使KM在S2松开复位后仍锁定为吸合状态。水被抽干后，电极a,b之间的阻值增大，使IC的5脚变成低电平，其内部的电子开关断开，VLC和VT截止，KA和KM断电释放，水泵电动机M停止工作。图2 三相水位操

6、纵器原理图 两线水位操纵器本设计采纳金属探针作为水位检测传感器，将水位信息输出到555按时器与逻辑门电路组合的电路中，通过组合电路判定出当前水位的情形，由两个与非门驱动继电器，使给、排水电机工作，达到自动操纵水位的成效。水位探针用细金属制作，垂直安放在盛水容器内。水位探针能够同供水器安装成一体，从盒体下部伸出，也可单独安装，其间用导线与供水器相连。当探针 A、B都为高电位时，信号进入555按时器后，输出转化为低电位，通过非门U2A转化为高电位，现在继电器K1打开，使给水电机工作。同时信号也通过U2B与A端输入信号的非信号进行与,转化为低电位，继电器K2仍然关闭，排水电机不工作。实现补水。当探针

7、A、B都为低电位时，信号进入555按时器后，输出转化为高电位,通过U2A非门转化为低电位，现在继电器K1关闭，给水电机不工作。同时信号也通过U2B与A端输入信号的非信号进行与,转化为高电位，继电器K2打开，使排水电机工作，实现放水。图3 两线水位操纵器原理图方案一用到了双干簧管，价钱比较高，尽管探测的成效比较好，可是制作起来比较麻烦，不适合作为课程设计的选择。方案二简单明了，但运用了光敏原件，容易受到外界条件的干扰，方案三用到了简单的元件而且设计合理，既具有了方案一的优势又解决了方案二的不足。因此选用方案三作为本课题的原理方案。3电路总原理框图设计水位操纵器的原理框图如图4示。图4 水位操纵器

8、原理图4 单元电路设计 传感器电路设计方案水位传感器的灵敏元件是利用单晶硅的压阻效应原理制成的，在单晶硅上形成1个与传感器量程相应厚度的弹性膜片，采纳微电子工艺在弹性膜片上形成4个应变电阻，组成1个惠斯顿电桥，如图5所示。当压力作用后，弹性膜片就会产生变形，形成正、负2个应变区，材料的电阻率就要发生相应的转变。当单晶硅片受到压力作历时，电桥一个对臂的2个电阻阻值增大，另一个对臂上的2个电阻阻值减小。如此，在必然电源鼓励下，电桥的输出端就会输出一个与被测压力成必然比例关系的电压信号。图5 传感器搜集水位信号原理图图5中R是由于压阻效应产生的电阻的转变量。在水的压力作用下，电桥的输出UBD=IR，

9、可见电桥的输出与电阻的转变量成正比，也确实是与水的压力(或深度)成正比，从而将水位物理量变成对应的近似成线性比例关系的电信号。当水位升高或降低时，单晶硅所受压力随之改变，输出正比于水位的电压信号。水位传感器利用水的压力与水的深度成正比的关系来测量水位，水压力即差压。当把传感器探头投入到水中某一名置时，测点的水压力为：式中P测点的水压力，g/cm2。H测点水深，即测点至水面距离，cm。水的密度，kg/m3。可推算得，测点水深：H=P/。 逻辑门电路设计方案逻辑门电路的要紧作用是判定探针传来的液位信息，分析可知，当A、B都为高电位时应使给水电机工作，A、B都为低电位时应使排水电机工作，其他状态均不

10、工作。逻辑门电路如图6所示。图6 逻辑门电路当A和B均为低电平常，那么两个均导通，T1导通而M4和M5均截止，输出L为。与此同时，M1通过M2和M5被VDD所鼓励，从而为T2的基区存储电荷提供一条通路。另一方面，当两输入端A和B中之一为高电平常，那么M2和M3的通路被断开，而且M4或M5导通，将使输出端为。M1或M6为T1的基极存储电荷提供一条释放。因此，只要有一个输入端接高电平，输出即为低电平。 继电器设计电路继电器是一种电子操纵器件，是具有隔离功能的自动开关元件，能够将电动机的干扰有效的隔离。它具有操纵系统和被操纵系统，通常应用于自动操纵电路中，它事实上是用较小的电流去操纵较大电流的一种“

11、自动开关”。故在电路中起着自动调剂、平安爱惜、转换电路等作用。本设计继电器采纳固态继电器，以降低功耗。固态继电器是一种没有机械，不含运动零部件的继电器，但具有动作快、工作稳固、利用寿命长、体积小，能以微小的操纵信号直接驱动大电流负载等优势。图7 继电器原理图继的输入信号x从零持续增加达到衔铁开始吸合时的动作值xx,继电器的输出信号立刻从y=0跳跃到y=ym,即常开触点从断导通。一旦触点闭合，输入量x继续增大，输出信号y将再也不起转变。当输入量x从某一大于xx值下降到xf,继电器开始释放，常开触点断开。咱们把继电器的这种叫做继电特性，也叫继电器的输入-输出特性。 释放值xf与动作值xx的比值叫做

12、反馈系数，即Kf= xf /xx ，触点上输出的操纵Pc与线圈吸收的最小功率P0之比叫做继电器的操纵系数，即Kc=PC/P0。 电机参数与作用电机采纳24V供电直流电机。负责给水、排水。5 单元电路的级联设计将传感器、逻辑门电路、继电器、电机按图4所示顺序用直接耦合的方式连接，就组成了完整的水位操纵器。6 实验调试结果当探针 A、B都为高电位时，信号进入逻辑门电路组合的电路中，输出转化为高电位，现在继电器K1打开，LED2显示红灯亮，使给水电机工作。同时信号也通过U2B与A端输入信号的非信号进行与,转化为低电位，继电器K2仍然关闭，排水电机不工作。实现补水。当探针A、B都为低电位时，信号进入5

13、55按时器与逻辑门电路组合的电路中，输出转化为低电位，现在继电器K1关闭，给水电机不工作。同时信号也通过U2B与A端输入信号的非信号进行与,转化为高电位，继电器K2打开，LED1显示绿灯亮，使排水电机工作。实现放水。从而实现对水位的操纵。7 设计总结本设计通过电子探头对液位进行检测，再由液位检测专用芯片对检测到的信号进行处置,当被测液体抵达动作点时，芯片输出高或低电平信号，再配合水位操纵器，从而实现对液位的操纵。此设计尚不成熟，采纳了比较简易的设计方式，但大体上知足要求。由于我的能力所限那个设计不是很完善，还有许多的地址需要加以改善。在与同窗们的讨论和教师的指导下，我终于完成了本次的课程设计。

14、通过本次的课程设计，我学会了设计电路的大体设计方式和设计的思路，同时也感觉到自己基础知识的不牢固和知识面的缺乏。从本次设计中体会到平常应该注重知识面的扩展和基础知识的积存。而且应该多亲自动手设计，巩固基础知识,拓展知识面,提高电子设计的能力。参考文献1 潘松著. EDA技术有效教程M 北京：科学出版社，2005.2 阎石. 数字电子技术基础M 北京：高等教育出版社，20013 曹国清数字电路与逻辑设计M 徐州：中国矿业大学出版社，20014 乔铁柱水位传感器研究及测控仪研究D 山西：太原理工大学，20045 彭介华. 电子技术课程设计指导M 北京：高等教育出版社，1997.6 孙梅生. 电子技

15、术基础课程设计M 北京：高等教育出版社，1998.7 高吉祥电子技术基础实验与课程设计M 北京：电子工业出版社，2002.附 录表1 元件清单序号器件名称型号单位数量备注1电阻R15K个12电阻R25K个13电阻R3220K个14电阻R4220K个15发光二极管LED红色和绿色个26继电器K固态个27U1555片18U274LS04片29U374LS08片110电机M24V个2东北石油大学课程设计成绩评判表课程名称电 子 技 术 课 程 设 计题目名称水 位 控 制 器 设 计学生姓名林彦超学号 指导教师姓名白丽丽职称教授讲师序号评价项目指 标满分评分1工作量、工作态度和出勤率按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。202课程设计质量课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。453创新工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。54答辩能正确回答指导教师所提出的问题。30总分评语：指导教师： 年 月 日