电子专业课程设计林锦森.doc

电子课程设计

数理 学院 应用物理 专业

题 目： 带保护装置水塔自动进水装置

姓 名： 林锦森

学 号：

指引教师： 米启超、宁蕴绯

时间： 1 月 05 日~ 年 1月 10日

目录

一、设计目………………………………………………………3

二、设计规定………………………………………………………3

三、设计方案………………………………………………………4

四、设计构成及原理分析…………………………………………6

五、整体电路图……………………………………………………10

六、元器件选用及其参数………………………………………11

七、设计总结………………………………………………………13

八、参照文献………………………………………………………15

一、设计目
通过这次设计纯熟对电子设计动手技能提高电子设计能力同步也培养学生收集、整顿、分析和刷选运用资料及各类信息能力也使得学生通过这次设计对所学数电和模电知识及各种电路、电路元件功能更好理解和运用。
二、 设计规定
(1)规定设计制作一种带保护装置水塔自动进水装置。
(2)规定有水满、进水、水量局限性批示,当水位底时要自动进水水满时断电停水,水位过低时能进行断电保护信号。
本文设计了一种水位控制电路。当水位超过规定范畴时,系统可以自动调节水位,使其落在规定范畴内；当水位低于规定范畴时就控制水泵工作抽水，使水塔内水位上升，到达规定高度。从而达到不用人工专门去控制即可使水位保持在一定范畴内目。此外本
电路还具备显示水位和超过一定范畴报警功能。
常生活和工业生产中，水位控制装置有着广泛应用，如水塔、楼房水箱、锅炉等。水位控制装置形式有诸各种，浮子开关式电节点式，压力式，电子式，微机式等。这些装置或多或少存在着某些缺陷，浮子开关式采用机械构造，维护起来不以便；微机式控制装置，虽然操作以便，但造价较贵……本文从实用型和经济型出发，设计了一种水位控制装置，该装置构造简朴，维护以便，工作可靠，性能价格比优良，并且在不同限度上克服了其她办法某些缺陷，并提供
了自动报警自动保护功能。有诸多场合下均可采用。
三、 设计方案
1、设计思路
每某些电路均有其相应功能，一方面有信号产生某些产生整个电路输入信号，该信号通过信号解决某些解决之后输出其她电路控制信号，控制其她电路工作，电机控制电路某些接受到有信号解决电路输出有效控制信号后正常工作驱动电机转动抽水，使水位上升，而水位变化又直接关系到信号产生，因而有个循环过程，虽然水位保持在一定范畴内，水位显示电路接受到有效信号后驱动显示屏工作，使其显示该时刻水位；水位超限时输出为报警电路有效2 控制信号使报警电路工作，驱动报警器报警。由“信号产生→信号解决→电机控制→电机→信号产生”这个循环就能使水塔具备自动控制水位能力。
2、 既有设计方案分析
（1）继电器式自动上水控制装置
继电器式自动上水控制装置工作原理是通过接入220V继电器控制电路3个探测电极来检测水位高低使继电器闭合或启动，控制水泵电动机开停，达到控制水位目，控制电路较简朴，但要注意如下几点：
1)在维修水塔中水位探测电极时，须断开主回路和控制回路电源开关，以防止N线回路由于零电位漂移而带电，或从控制回路线圈回路串过来使N线带电，导致维修人员触电危险。
2)在水塔低水位探测电极C引线端必要进行N线重复接地。接地电阻规定不大于4Ω，使C点水位探测电极保持良好零电位，以利于继电器可靠吸合，使自控电路运营稳定。
3)在水泵向水塔供水时，由于水流冲击，使水塔内水位波动起伏，容易导致继电器吸合、断开频繁跳动，影响自控电路正常稳定运营。为理解决这个问题，咱们可以在水塔中放置一木排浮漂，使水塔水位上升平衡稳定。
（2）晶体管式自动上水控制装置
晶体管式自动上水控制装置工作原理是水位高低控制串接探测电极2支晶体三极管导通、关断，从而控制继电器回路，达到自动(可手动)启停水泵电动机目以控制水位。设计与使用中应注意如下问题：
1)自制电子式自控装置所选用电子电器元件必要是正规产品，并应对元器件重要技术参数逐项检测。对装配好整机要进行电老化及热老化实验，并在电气实验室作额定工作状态频繁动作100次以上传动实验，以及绝缘耐压实验等。
2)由于三极管输出信号较小，需通过中间继电器来控制主回路接触器，以延长器件寿命，增长可靠性。
3)水位探测电极，至少要用6mm2铜芯塑料线，如用30mm×3mm或40mm×4mm铜排则更好。其端部要用电烙铁加热搪锡，以防止探测电极氧化锈蚀减少电极3 导电性能。
4)定期对整个控制电路检修维护和探测电极清扫除垢。
3、总体设计框图
由任务分析可知该设计电路有两个功能：水位控制、水位显示。而要有这些功能就必要要有使其工作控制信号，因此一方面即必要要有输入信号，由于任务规定是自动控制，因此输入信号也必要由电路自己产生而不能人为加入，因而可以将整个电路设计为如下某些：信号产生、信号解决、电机控制和水位显示电路。整体电路框架如下图1所示。

图1总体设计框图
四、 设计构成及原理分析
4.1信号产生某些
该电路目是产生有效输入信号，重要原理是运用水弱导电性。水属于弱导电质、虽然这样也可以通过水来传递薄弱电信号，鉴于此原理，初步将该电路设计成由水面上升与下降来控制电信号接通与断开；当水位上升时接通电信号；当水位下降时断开电信号。按此分析，只要在水塔里放上用来传递电信号探头，则水位上升到探头位置时接通电信号；水位低于探头位置时断开电信号。把电信号接通时设为有效信号即当做输入信号，而断开时设为无效信号，因

此可以由电信号接通与断开之间变化产生信号当做控制信号。在水塔不同位置放置几种探头时就可以依照水位高低接通某些探头和断开某些探头。因而只要懂得每个探头详细位置，再依照其输出电信号状况就能大体拟定水位位置，将探头输出电信号当做输入信号通过解决后成为电路控制信号。依照设计规定，设水塔分水满、局限性、两者之间三某些，因而可用探头个数设计为三个点水位，原理图如下
a-c为三个检测探头，其中a探头表达水箱底部水局限性临界点，b表达在水满和水局限性之间，c探头表达水满触点。COM为公共电极接+5V，为了提高精准度，将公共电极尽量接近探头，虽然电极与探头距离尽量小，有助于电信号传递。

图2 探头原理图
4.2信号解决某些
该某些重要是对输入信号进行解决输出其她电路控制信号，由于水导电性十分薄弱，不一定可以成为满足电路工作控制信号，因而可以接一种反相器对输入信号进行解决。

图3信号解决某些
4.3水位显示某些
由以上电路设计，可选用74LS147优先编码器，所谓“优先”编码即多5 个输入端同步满足编码条件时，只对最高位编码。先用优先编码器把所输入信号进行编码，编码后由于输出低电平信号有效因此用反相器进行校正，校正后驱动显示屏进行工作。
用开关通断来分别表达水满、局限性、中档这几种信号，水满时显示屏可显示3，水局限性时显示1。
依照规定该电路设计以编码器为核心编码电路，具备设计电路如下图4所示：

图4信号编码电路
4.4电机控制电路
该某些为整个设计电路重点某些，也是难点某些。重要目就是要控制电机工作，通过控制电机工作来控制水位，这也就是本实验重要设计目。
现用灯泡亮灭代替电机运转。由于任务规定：当水位低时要自动进水，满时要及时断电停水。也就是说只有A开关闭合时电机运转，当前用灯泡来表达即为灯灭；当3个开关都闭合是即显示3灯亮。该某些电路设计如下图：
图5电机控制电路
由于当DCBA为0011是灯亮，DCBA为0001是灯灭，故上图开关A闭合表达B=1，A打开表达B=0.
其原理为：A1和A2是两个555时基集成电路，其中，A1及R1、R2、C2构成自激多谐振荡器，A13脚每50s输出一种宽度仅为0.1s低电平脉冲。A2与R4、C3构成延迟约为70s单稳态触发器。
当水池中水位最低时即显示屏显示1时，上面开关断开，此时A22脚为低电平，3脚为高电平，灯不亮。当水位上升最高点时开关闭合，A22脚仍为高电平，A23脚变为低电平，灯亮。

表1
D
C
B
A
灯
0
0
0
1
灭
0
0
1
0
保持
0
0
1
1
亮

五、 整体电路图

图6整体电路图
六、 元器件选用及其参数
（1）在这里选取555单稳态触发器，是由555定期器基本上发展而来。先对555定期器做个简朴简介。如图7示是它内部构造图。

图7 555定期器
下表是555定期器功能表充分阐明了它特性。
表2 555功能表

555定期器是一种应用极为广泛中规模集成电路。该电路使用灵活、以便，只需外接少量阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号产生、变换、控制与检测。
在这里用到555单稳态触发器其工作特性是没有触发信号时，电路只有一种稳定状态始终保持低电平不变，有触发信号时，先会进入暂稳态再回到稳定状态。555时基电路(IC)接成单稳态触发器形式，继电器接在IC输出端3脚与地之间，2脚为触发信号输入端。平时3脚输出信号V=0，单稳态触发器为稳态。当有一负触发脉冲Vi作用于2脚时，单稳态触发器翻转为暂稳态，3脚输出信号Vo=VCC。单稳态触发器驱动电路特点是每触发一次555时基电路便驱动负载工作一种固定期间，该工作时间等于单稳态触发器输出脉宽丁(T=1.1RC)。在这里重要发挥了它三大特点:其一，触发电流仅为0.5μA，特别合用于电极式水位触发导通电流越小越好核心技术特性；其二，输出负载电流大，最大可达200mA，可直接驱动继电器；其三，可运用单稳态电路延时特性避免由于水流冲击导致水塔内水面波动起伏而影响输出继电器频繁跳动不良现象，以使自控电路工作更加稳定可靠。如图8示为555单稳态触发电路图。

图8 555单稳态触发电路图
（2）其她元器件及其参数
表3器件及其参数
Q1-Q8、Q9
三极管 9013 9014
R1-R8、R9、R10-R16
电阻10k 2k 220欧姆
IC1
编码器 74147
IC2
反相器7404
IC3、IC4
四输入与非门7420
IC5
译码器7448
IC6
二输入或门4071
IC7
二输入与门7400
C1-C8
电解电容10uf
报警器
NE555时基定期器
显示屏
显示屏
七、 设计总结
通过本次课程设计，使我更加夯实掌握了关于数字电子方面知识，在设计过程中虽然遇到了某些问题，但通过一次又一次思考，一遍又一遍检查终于找出了因素所在，也暴露出了前期我在这方面知识欠缺和经验局限性。实践出真知，通过亲自动手制作，使咱们掌握知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，咱们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最后检测调试环节，自身就是在践行“过而能改，善莫大焉”知行观。

这次课程设计终于顺利完毕了，在设计中遇到了诸多问题，最后在教师指引下，终于游逆而解。课程设计诚然是一门专业课，给我诸多专业知识以及专业技能上提高，同步又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我诸多思，给了我莫大空间。同步设计让我感触很深。使我对抽象理论有了详细结识。
通过这次课程设计，我掌握了555单稳态触发器辨认和测试；熟悉了信号产生某些；理解了电机控制电路办法；以及如何提高信号解决性能等等，掌握了电路仿真办法和技术，通过查询资料，也理解了555定期器原理。
我以为，在这学期实验中，不但培养了独立思考、动手操作能力，在各种其他能力上也均有了提高。更重要是，在实验课上咱们学会了诸多学习办法。后来，不论有多苦，我想咱们都能变苦为乐，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要，只有理论知识是远远不够，只有把所学理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才干真正为社会服务，从而提高自己实际动手能力和独立思考能力。
在设计过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜是最后都得到理解决。实验过程中，也对团队精神进行了考察，让咱们在合伙起来更加默契，在成功后一起体会喜悦心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽配合才干换来最后完美成果。本次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂知识，收获颇丰。
八、参照文献
[1] 康华光. 电子技术基本（数字某些）[M]. 华中科技大学电子技术课程组 编.高等教诲出版社 1月第5版. 12月第6次印刷. Page 203-230
[2] 卿太全，李箫，郭明琼.惯用数字集成电路原理与应用[M].北京：人民有点出版社，
[3] 刘修文. 实用电子设计制作300例[M].中华人民共和国电力出版社，
[4] 刘浩斌. 数字电路与逻辑设计[M].电子工业出版社，
[5] 阎 石. 数字电子技术基本（第五版）.高等教诲出版社，
附录：