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水塔水位控制电路_图文

目 录

课程设计任务书 第一章 第二章 第三章 第一节 第二节 第三节 第四节 第四章 第一节 第二节 第五章 第六章 摘要

……………………………… ………………………………

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方案提出

…………………………… 3 ……… 5 5 6 7 9

电路的基本组成和工作原理 电源电路

……………………… …………………

水位检测电路

电阻开关电路和显示电路……… 集成电路管脚图 ………………

水塔水位电路的介绍图………… 10 原理图 ………………………… 10 原理介绍 ……………………… 11

器件清单 …………………………… 12 总结 ………………………………… 13 …………………………………15

参考文献及附录

1

第一章 摘要
本次课程设计要求设计一个简易的水塔水位控制电路,该系统具有 水位上下限手动控制、电机运转指示等功能.使用过程中,可以手动选择 一组上、下限的水位组合,低于下限两个电机同时运转;水位在上、下 限之间,一个电机运转;高于上限,两个电机都停止运转,电路还设计 了防止上、下限出现跳闸现象的功能。

随着科技的发展人们对水位控制的需求越来越多,它不仅要具有控 制水位的功能,而且要能自动控制,从而能解放人力,在不需要人为控 制的同时它还要能够调节控制水位的范围,我设计的这个电路由电源电 路,水位监测电路,水位范围测量电路,水泵开关电路和显示电路组成。 它采用了二极管、三极管、稳压管、继电器、三端稳压电路等多种电子 元件来实现以下为各部分电路及元件原理。

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第二章
第一节

方案提出

总体电路方案介绍

水位检测电路

电 源 电 路
电阻丝开关电路

显示电路

如图为简易水塔水位控制电路系统组成图,他由电源电路,水位检 测电路,电阻开关电路和显示电路组成。各部分电路的组成及其用途如 下: 水位检测电路:利用水的导电性检测水位变化,同时形成回路,形成电 信号实现对水位的控制。 电阻开关电路:完成控制电路和水泵通放水的转换 显示电路:利用发光二极管将水泵状态显示出来 电源电路:为上述所有电路提供直流电源
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第二节 对水位检测电路方案的论证
本次设计所考虑的方案有以下几种: 一、利用浮力原理使浮标带动触头工作,进而影响直流接触器动作, 控制交流接触器工作,实现水塔无水时自动开启水泵电动机,水满时自动 关闭的自动控制目的,同时,在浮标失效时保护电路自动报警,并切断供 水系统,延时实现间断供水和自动报警功能。鉴于当前水塔利用增多,可 设计成简单易行、成本低廉、便于安装的水泵自控电路。利用水的浮力 使浮标带动触头,使其闭合/(断开),致使直流接触器工作,电路自动接通 /(断路),从而控制主控电路,实现自动控制的目的。 二、通过两到三根电极放在水中,高度不同,其中一条伸到水底当地 线(如果底部是金属的也可以省去它), 另外两条一个在低水位一个在高水 位上,当低水位的对地失去连接时说明水位低,当两条都对地连接说明 水位高; 三、是用绝缘电极电容式测量,用两根(或两组)外表绝缘的电极垂直 伸进水低,通过测量电极上的电容量变化情况测定水位,水作为电容的 介质,水位越高电容越大,只要测定一下高低水位时的电容量就可以知 道结果了。 本次设计主要采用第二种方案。

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第三章 电路的基本组成和工作原理

第一节 电源电路

如图为电源电路直接可以从电网供电,通过变压器电路,整流电路, 滤波电路,和稳压电路直接将电网中的 220V 交流电转换成+12V 的支流 电压。其各部分功能如下:

一、 变压器:
采用常规的铁心变压器,将高压转变为低压。 整流电路: 采用二极管桥式电路,任务是将交流电换成直流电,这主要靠二极管的 单向导电作用,T 为电源变压器,作用是将交流电网电压变成整流电路 要求的电压价。其优点是输出电压高,纹波电压小,管子所承受的最大 反向电压底。

二、 滤波电路:
由 C1,C2,C3,C4 构成,用于滤去整流输出电压中的纹波,本电路采用 电容输入式,电容具有平波作用。使纹波较小,适用于负载电压较高, 负载变动不大的电路。

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三、 稳压电路:
采用三端稳压集成电路,有输入,输出和接地端,内部由启动电路, 基准电压电路,取样比较放大电路,调整电路和保护电路组成。电路中 接入电容用来实现频率补偿防止稳压器自激振荡和抑制电路引入的高频 干扰,另一方面以减少稳压电源输出端由输出电源引入的低干扰。

第二节

水位检测电路

实验证明,纯净水几乎是不导电的,但自然界存在的以及人们日常 使用的水都会含有一定的导电离子,本智能水位检测装置就是利用水的 导电性完成的。检测装置控制图中的虚线表示允许水位变化设定的上下 限。在正常情况下,应保持水位在虚线范围内。为此,在水塔的不同高 度安装了 3 根金属棒,以感知水位变化情况。这样 b、c 两点的电压信号 位数字信号,不需要再进行数字信号变换处理,如下图所示:





6





B 棒处于设定下限水位,C 棒处于设定上限水位,A 棒接+12V 电源, 控制过程如下: 一、当水塔补水过程中水位达到上限时,由于水的导电作用,B、C 棒连通+12V。因此,b、c 两端均为 1 状态,这是应停止电机和水泵工作, 不再给水塔供水。 二、当水位在水位下限时, B、C 棒都不能与 A 棒导电。因此,b、 c 两端均为 0 状态。这时正常起动电机,并接通相关电路开关电源,带动 水泵工作,给水塔供水。 三、当水位处于上下限之间时,B 棒与 A 棒导通,b 端为 1 状态。C 端为 0 状态。这时,无论是电机以带动水泵给水塔加水,水位在不断上 升;或者是电机没有工作,用水使水位在不断下降,都应继续维持原来 的工作状态。

第三节
构成,电路的输入如图:

电阻开关电路和显示电路

如图虚线左侧电路所示,水泵开关电路是由三极管电路和继电器电路

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当 S <S1 时,V1、V2 输出为低电平,三极管截止,水泵两水泵开始放水;当 S1<S<S2 时,V1 输出为高电平, 输出为低电平, 导通, 截止, V2 T1 T2 有一水泵放水; 当 S>S2 时,V1、V2 输出都为高电平,T1,T2 都导通,两水泵停止放水。

一、开关电路 (一)继电器电路: 继电器是自动控制电器执行和控制的元件,它是将小电流,小功率 的转化为大电流, 大功率的开关元件。 由于水泵发电机中要通过大电流, 产生大功率致使支流 电源无法提供,因此需用交流供电,故电路中开关 必须采用继电器电路 (二)三极管电路: 它构成的电流放大电路是一种比较典型的和简单的电路。R10,R11 为限流电阻,防止输入电流过大烧毁三极管,三极管为共集电极电路。 当输入电压为高电平时,三极管导通饱和,可以将输入电流放大;当输 入电压为低电平时,三极管截止,无电流通过。 (三)继电器连接三极管发射极,当有电流驱动时,开关吸合,对应水 泵开始放水;当无电流驱动时,开关断开对应水泵停止放水,同时在继 电器两端并联二极管进行保护 二、 显示电路: 如虚线右方电路所示,通过发光二极管亮灭来显示是否电路通路, 水泵是否工作。由于继电器的驱动电流过大,需要加入限流电阻

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第四节

集成电路管脚图

三端集成稳压器外形和典型应用电路: ①脚为电压输入瑞,②脚为公共接地端,③脚为电压输出端。集成稳压 器正常工作时,在②脚应输出与其稳压值相同的电压,供给负载使用。

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第四章 水塔水位电路的介绍
第一节 原理图









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第二节 原理介绍
电源电路直接可以从电网供电,通过变压器电路,整流电路,滤 波电路,和稳压电路直接将电网中的 220V 交流电转换成+12V 的支流电 压,此 12V 电压被导入水塔中,当水塔补水过程中水位达到上限时,由 于水的导电作用,B、C 棒连通+12V。因此,b、c 两端均为 1 状态,此 电压各通过一个非门后变为 0 状态, 这时三极管不导通, 因此停止电机 和水泵工作,不再给水塔供水;当水位在水位下限时, B、C 棒都不能 与 A 棒导电。因此,b、c 两端均为 0 状态,此电压各通过一个非门后 变为 1 状态,这时三极管导通,因此这时正常起动电机,并接通相关电 路开关电源,带动水泵工作,给水塔供水;当水位处于上下限之间时, B 棒与 A 棒导通,b 端为 1 状态。C 端为 0 状态。这时只有一个电机工 作,给水塔放水。

C(上限) 0 0 1

B(下限) 0 1 1

操作 两个电机运转 一个电机运转 电机停转

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第五章 器件清单

符号

类别

数目

TTL 反相器

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R9,R10 D5,D6 D1,D2,D3,D4 D7,D8 T1,T2 J1,J2 T C1 C2,C4 C3 D U1,U2 U9

10 千欧 稳压管 二极管 IN4148 发光二极管 三极管 9013 继电器 JQX—4F—12V 变压器 470uF 0.1 uF 47 uF BRIDGE1 运放 LM324 稳压器 MC78L12CP

2 2 4 2 2 2 1 1 2 1 1 2 1

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第五章

总结

这一周终于在充实和忙碌,迷茫和需找悄悄的过去了。 因为以前没有做过类似的设计,有许多的地方不是很符合要求,等 做过这次课程设计之后对以后的类似的课程设计以及毕业论文都有很大 得帮助。在最初拿到题目的时候感到有些无所适从,不知道从哪下手。 但是经过查阅一些资料和看一些相关的例子,思路逐渐的清晰起来,虽 然在设计过程中出现了很多的困难, 但是通过自己的努力解决了一部分, 剩下的也通过和同学讨论和请教老师一一解决了。虽然其中走了很多的 弯路,但是我在这一周的时间里是充实的,在这一周里使我对电工和电 子课程有了更深一步的了解和掌握。不仅丰富了课本的理论知识,而且 锻炼了自己的能力。这次的课程设计,是一次理论与实践的结合,也可 以说让我们平时的积累得到了一次施展, 让我加深了对电子技术的理解, 明白了所学知识的重要性和自己理论知识的欠缺,增加了自己对所学课 程的兴趣。将理论和实践相结合使自己的能力有了很大的提高。 课程设计是本科生教学不可缺少的部分,通过本课程设计的练习过 程,使我牢固的掌握了电子技术的相关知识,特别是一些元器件的应用 知识,这些在课本上是没法系统的学到的,通过本设计,我能了解各种 元器件的特性,并且利用他们来完成我的目的。使我对电子技术整本书 有系统的学习了一遍,同时我查阅相关的资料,丰富的我的知识面,锻 炼了自己的动手操作能力。 这次课程设计提高了我的动手能力,加深了知识点的学习,在合作 中曾强了同学之间的了解,加深了同学之间的友谊。同时再请教老师的 过程中也曾加了和老师的接触,同时这次课程设计有答辩环节,这也是
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毕业答辩的一次演练从而使我们更加了解答辩流程,答辩方法,为毕业 答辩做好充分的准备。顺利完成这次课程设计,不仅要感激一些同学的 热心帮助,尤要感激老师的耐心指导,是他的指导才让我们的设计更加 完善合理,并让我们从中学到很多实践知识。

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第五章 参考文献
张晓东,电工实习电子制作,国防工业出版社,2005.1 刘修文,新编电子控制电路 300 路,机械工业出版社,2005.10 姚福安,电子电路设计与实践,山东科学技术出版社,2001.6 王澄非,电路与数字逻辑设计实践,东南大学出版社,2001、10 李银花,电子线路设计指导,北京航空大学出版社,1999、10 康光华,电子技术基础,高教出版社,2003

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