1、郑州轻工业学院本科课程设计（论文）题 目 简易水塔水位控制电路 学生姓名 杨二兵 专业班级 电信 11-01 学 号 541101030143 院 （系） 电气信息工程学院 指导教师(职称) 完成时间 2013 年 6 月 25 日 简易水塔水位控制电路1郑州轻工业学院课程设计任务书题目 简易水塔水位控制电路 专业 电信工程 11-01 学号 541101030143 姓名 杨二兵 主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容1阅读相关科技文献。2学习 protel 软件的使用。3学会整理和总结设计文档报告。4学习如何查找器件手册及相关参数。技术要求1. 要求电路能够通过控制两个水泵实现对水位
2、的控制。假定水位范围是 S1S 2（S 1S 2） ，S 为实际水位。当 SS 1时，两个水泵都放水；当 S1SS 2时，仅一个水泵放水；当 SS 2时，两个水泵都关闭。2. 要求电路在 S1、S 2处不能出现跳闸现象，即水泵不能在短时间内反复在放水和关闭的状态之间转换。3. 要求电路能够显示出水泵的状态。4. 要求电路能够手动调节水位控制的范围。主要参考资料1何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001 年 6 月2姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001 年 10 月3王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999 年 10 月4李银华，电子线路设计指导，北京航
3、空航天大学出版社，2005 年 6 月5康华光，电子技术基础，高教出版社，2003完 成 期 限： 2013 年 6 月 30 日 指 导 教 师 签 章 ： 专业负责人签章： 2013 年 6 月 22 日简易水塔水位控制电路2简易水塔水位控制电路摘 要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。它采用了水压传感器、74LS00、74139、二极管、三极管、稳压管、继电器、三端稳压电路等多种电
4、子元件来实现各部分电路。水位范围测量电路的功能是利用比较器的原理实现水位范围的确定，同时利用迟滞比较器的迟滞特性避免跳闸现象。水泵开关电路的功能是完成控制电路和水泵是否工作，显示电路的功能是显示水泵是否在工作，有三种颜色不同的发光二极管实现对水位状态的显示。电源电路则为以上电路提供直流电源。关键词 电源/水压传感器/比较器/74LS00/继电器 /74139简易水塔水位控制电路3目录简易水塔水位控制电路 .2摘 要 .21 电路综合设计方案及原理 .41.1 综合设计图 .41.2 电路设计原理 .41.2.1 电源电路 .41.2.2 水位检测及范围测量电路 .51.2.3 水位状态显示电路
5、 .61.2.4 电动机控制电路 .82 本实验所用器件清单及说明 .82.1 水压传感器 .82.2 迟滞比较器 .92.2.1 电路组成 .92.2.2 门限电压的估算 .102.2.3 传输特性 .112.3 稳压二极管 .112.4 发光二极管 .122.5 三极管 .132.6 电磁继电器 .152.7 74LS200 .16致 谢 .17参考文献 .18附录 1:元器件清单 .19继电器 .19附录 2:总设计原理图 .20简易水塔水位控制电路41 电路综合设计方案及原理1.1 综合设计图 图 1.1 综合构架图如图 1.1 所示，该电路每部分相应的功能：首先有水位检测电路产生整个
6、电路的输入信号，该信号传至范围测量电路，输出其他电路的控制信号，控制其他电路的工作，电机控制电路部分接收到有信号处理电路输出的有效控制信号后正常工作驱动电机转动抽水，使水位上升，而水位的变化直接关系到信号的产生，水位显示电路接收到有效信号后驱动显示器工作，使其显示该时刻的水位状态，因此有个循环过程：由“信号产生信号处理电机控制电机信号处理”这个循环就能使该水塔具有自动控制水位的能力。本设计图由电源电路给各个电路提供直流电源。 1.2 电路设计原理1.2.1 电源电路图 1.2.1 电源电路水位检测电路水位范围测量电路水泵开关电路显示电路电源电路简易水塔水位控制电路5如图 1.2.1 为电源电路
7、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。采用常规的铁心变压器，将高压转变为低压。二极管桥式电路，任务是将交流电换成直流电。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。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
8、干扰。1.2.2 水位检测及范围测量电路图 1.2.2 水位检测电路及范围测量电路水位监测电路由可变电阻 R3R4 和一个电阻型水压传感器构成。电阻型水压传感器是最简单也最典型的一种水压传感器，它的工作原理是通过阻抗的变化来表示水压的变化，同时将水压信号转化为电信号 Vs，即 Vs 代表了实际水位 S。本电路采用的电阻型水压传感器型号为 PT500-501，是水压传感器，即传感器的阻抗随水压简易水塔水位控制电路6的增加而增加。可变电阻 R3 和 R4 的作用是通过调节可变电阻的阻值，就可以调 Vs的范围，也就可以调节水位控制范围。水位范围测量电路由两部分构成：第一部分是由电阻 R1、R2 和稳
9、压管 D1、D2 构成的参考电压产生电路；第二部分是由迟滞比较器构成的水位范围测量电路。参考电源产生电路的功能是产生一个稳定的电压，由于参考电源产生电路输出端介入比较器的输入，为了防止出现输出电流导致参考电源不稳定的情况，电路采用电阻和稳压管相结合的方式构成。其中稳压管的稳压电压为 8V，而输出VREF1=+8V，VREF2=+4V。水 位 范 围 测 量 电 路 的 功 能 有 两 个 ：第 一 是 确 定 实 际 水 位 和 水 位 控 制 范 围 的 大 小 关 系 ；第 二 是 防 止 出 现 跳 闸 的 现 象 。首先，Vs1 和 Vs2 分别输入到运算放大器的同相输入端，而 Vs
10、则同时输入到这两个运算放大器的反相输入端。当水位低于 S1 时，Vs VREF1，Vo1 和 Vo2 输出都为低电平。本电路通过迟滞比较器代替单门限比较器来防止跳闸现象的出现。迟滞比较器 U1 的特性表达式为迟 滞 比 较 器 U1B 的 特 性 表 达 式 为 ：=R10*Vs1/(R10+R8)+R8*V1/(R10+R8)=(7.3+1.1)V=8.4(V)T= R10*Vs1/(R10+R8)+0=7.3(V)由 此 可 得 到 回 差 范 围 =( )-( )=1.1（ V）T” 1T从 高 电 平 转 换 为 低 电 平 和 从 低 电 平 转 换 为 高 电 平 的 分 界 点
11、电 压 值 有1.1V 的 回 差 范 围 ， 从 而 就 可 以 防 止 跳 闸 现 象 的 出 现 。 同 理 迟 滞 比 较 器U2 的 特 性 表 达 式 为 =( )-( )=1.1（ v）TV” 2TV21.2.3 水位状态显示电路本原理图用三个发光二极管表示水位的状态，红色二极管表示正常水位低于 S1简易水塔水位控制电路7水位，即缺水状态，黄色二极管亮表明水位在 S1 和 S2 之间，绿色二极管亮表明水满状态。图 1.2.3 显示电路本原理图用三个发光二极管表示水位的状态。由电路输出可列出二极管驱动真值表：表 1.2.3 二极管驱动真值表水位A B绿灯D7黄灯D8红灯D9SS2
12、0 0 1 0 0有真值表可以得出 D7=A”B”,D8=A”B,D9=AB,(注：A”表示 A 非)此电路有 74LS00 来实现，其拥有四个两输入端与非门，再配合反相器，就能实现这个电路。简易水塔水位控制电路81.2.4 电动机控制电路图 1.2.4 电动机控制电路及水泵状态电路水泵开关电路时由三极管电路和继电器电路构成的。由于水泵中通过的都是大电流，产生大功率，而直流电源无法提供大电流和大功率，因此水泵需要交流供电，这样一来，电路中的开关必须采用继电器电路。而一般运算放大器的输出电流无法驱动继电器，因此需要加入电流放大电路。三极管接为共射极电路，当输入电压为高电平时，三机管导通饱和，可以
13、将输入电流放大 倍；当输入电压为低电平时，三极管截止，无电流通过。继电器连接三极管的集电极，当有电流驱动时，开关吸合，对应的水泵通电；当无电流启动时，开关断开，对应的水泵不通电，同时在继电器两端并联入二极管进行保护。显示电路由发光二极管构成。通过发光二极管亮灭来表示水泵是否通电，同时由于继电器的驱动电流过大，需要加入限流电阻。2 本实验所用器件清单及说明2.1 水压传感器本电路采用的电阻型水压传感器型号为 PT500-501，是水压传感器，即传感器的阻抗随水压的增加而增加。如图：简易水塔水位控制电路9图 2.1 水压传感器产品基本特性：PT500-500 系列压力变送器采用高精度高稳定性电阻应
14、变计/扩散硅晶体/陶瓷晶体等做为变压器的感压芯片，选进的贴片工艺，配套带有零点、满量程补偿，温度补偿的高精度和高稳定性放大集成电路，将被测量介质的压力转换成 420mA、05VDC、010VDC、0.54.5VDC 等标准电信号。产品结构采用全封焊结构，使之产品的抗冲击能力、过载能力、产品密封性等性能有了较大提高，产品最高压力可达 150MPa。产品过程连接部分和电气连接部分有多种方式，能够最大限度的满足用户的需求。2.2 迟滞比较器2.2.1 电路组成迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器。在反相输入单门限电压比较器的基础上引入正反馈网络，就组成了具有双门限值的反相输入迟滞比较器。由于反馈的作用这种比较器的门限电压是随输出电压的变化而变化的。它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高。图 2.2.1 迟滞比较器电路 图 2.2.3 传输特性
