水箱水位控制_1

第 1 页 共 18 页 目录 目录.1 1.设计任务与要求.2 2.总方案设计.3 2.1 设计思路.3 2.2 方案分析比较.3 3.硬件电路各环节设计.5 3.1 5V，12V 直流稳压电源.5 3.2 控制电路.5 3.3 开关电路.6 3.4 功能电路.6 3.5 显示电路.7 4.主要元器件使用原理（附表 1 元器件清单）.8 4.1 NE555.8 4.2 74LS48.9 4.3 74LS148.11（整体的电路仿真请见附表 2）.12 5.总结和体会.13 6.参考文献.14 致谢.15 附页一：.16 第 2 页 共 18 页 1.设计任务与要求 如下图 1 为谁为控制器原理图。在水箱内的不同高度安装 3 根金属棒，以感知谁为变化情况，能用数码管显示水箱的液位，液位分 1，2，3 档，当检测到水位低于 1 档时，发出缺水警报，并通过继电器打开电磁阀向水箱供水，当水位超过 1 档时，停止缺水警报，但继续供水，直到水位达到 3 档为止，关闭电磁阀。当水位超过 3 档时，发出越线警报。0 接+5V，1，2，3 各通过一个电阻与地相连。图一 水位控制原理图 具体要求如下：1.根据技术要求进行总体方案设计。2.画出电路原理图（或仿真原理图），要求设计 5V 直流稳压电源；3.元器件及参数选择；4.电路仿真与调试；5.制作实物电路；6.编写设计报告，写出设计过程，附上有关资料，图纸及心得体会。第 3 页 共 18 页 2.总方案设计 2.1 设计思路 利用水的导电性，使得各个档位相互连接，从而通过门电路和基本的 555 电路的应用完成低水位报警供水和高水位的报警抽水，此过程完全是利用自动化的原则，整体的过程只有简单的按键控制。2.2 方案分析比较 1各档位电路的通断关系上。有两种方案，一种是在最低点设为高电平，根据水的导电性，则在最高档位时水均为高电平，但是这种方案很可能造成了 5V 电压值的不稳定，达不到高电平所需的条件。第二种方案是采用最低点设为低电平，这样可以较好地完成各个支路档位的契合，能够更好的保证电路的运行。所以我们采用的是第二种方式。2继电器的使用上。一种是直接与电路相连，但是这种方式经过我们测试不能够做到很好的使继电器的线圈闭合进而完成要求。第二种就是加上一个三极管的电流放大驱动继电器的电路，经过试验，基本完全能够实现功能，其中该方案供选择的也有两种，一种是 NPN放大，一种是 PNP 放大。3555电路的2端口和 6端口的上拉电阻和与其相连的三极管基极的 第 4 页 共 18 页 上拉电阻和三极管发射极的电阻的调整。经过不断地调整测试我们终于找到了相对符合条件的电阻值进而基本完成了本次的课程设计。4显示电路的元器件应用上。我们最初的设想是使用 CD4511 译码器和 CD4532 编码器，但是实际的情况是这两种元器件都已经缺货了。我们就重新选择了 74LS48 和 74LS148 作为编码器和译码器，这两种元器件拥有着更加昂贵的价格和更加优越的性能，正好实验室是有的。所以我们便的以方便的使用他们了。第 5 页 共 18 页 3.硬件电路各环节设计 3.1 5V，12V 直流稳压电源 zhengfuV1VSINEBR1BRIDGETR1TRAN-2P3SC2470uFC3470uFVI1VO3GND2U27805VI2VO3GND1U37905C4470uFC5470uF电源电路变压器220电源整流桥+5V-5V 我采用了单独焊接的方法，就是使用了单独的一块儿板子来焊接电源，这样在今后的题目中我可以不再浪费材料来焊接电源，可以直接使用电源来进行工作。其电源电路如上所视。这是一个+5V 的电源电路，而剩下的 12V 电源电路与其类似。3.2 控制电路 a0a1a3b0a2dxx1b3c1cR4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1NE555R1200D31N4001R2200D41N4001R34.7kR44.7kQ1ZTX108Q2ZTX108C10.01uC20.01uD51N4001C30.1uC4220uBUZ1BUZZER+5Va2a1a0R8220R9220 x1R3(2)R4(2)U1(TR)U1(TH)a1a2cca3Q1(E)U2AND_3BUZ2BUZZERR5100R6100?U3NOTU13NOTU14AND_2进水灯U15AND_2NE555控制电路 第 6 页 共 18 页 这个控制电路是以 555 为核心的电路，在这个电路中我们利用的是下列的表格的功能进而实现的。ccVV312 ccVV326 3 脚高电平 ccVV312 ccVV326 3 脚低电平 ccVV312 ccVV326 3 脚状态不变 3.3 开关电路 b1b2c1b0cB25VSW1SW-ROT-3D8LED-RED开关电路 因为功能的要求，我们设定了电源的开关指示灯，一个单独的按键是电源的总开关，而单刀三掷开关是分别控制电源的正常电路，紧急进水和紧急排水的电路。3.4 功能电路 xx1b2b3RL3T7NS5D1-12VB15V进水系统D1LED-REDR11150RL3(C1)Q3ZTX108D91N4001继电器功能电路 第 7 页 共 18 页 这个是继电器的驱动电路和电机的运动电路。分别是采用了NPN驱动和 PNP 的驱动方式，在电机的运动电路上我采用了是指示灯和电机并联的方式，在这个过程中用的是 12V 对电机进行驱动，我用的杜邦线有些多了，因为我只有一个 5V 的继电器，导致我在驱动电机上出现了问题，所以我在这里采用了拨码开关进行调试。3.5 显示电路 Y0Y1Y2a2a1a3a0Y0Y1Y212345678161514131211109RN2300A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U874LS4801011121231341526374EI5EO15A09A17A26GS14U474LS148U5NOTU6NOTU7NOT编码器、译码器共阴数码管显示电路 这里我采用的是 74LS148 和74LS48 的电路进行共阴数码管的显示。具体的使用方法会在下面实验中。第 8 页 共 18 页 4.主要元器件使用原理（附表 1 元器件清单）4.1 NE555 555 定时器的内部电路由分压器，电压比较器 A1 和 A2，简单SR 锁存器，放电三极管 T 以及反相器 G 组成，其内部结构图如图14.3.1 所示。三个 5000 欧姆的电阻串联组成分压器，为比较器 A1，A2 提供参考电压。当控制电压端（5）悬空时，比较器 A1，A2 的基准电压分别为 2/3Vcc 和 1/3Vcc。放电三极管 T 为外接电路提供放电通路，在使用定时器时，该三极管的集电极（7 脚）一般都要外接上拉电阻。当 V112/3Vcc,V121/3Vcc 时，比较器 A1 输出低电平，比较器 A2输出高电平，简单 SR 锁存器 Q 端置 0，放电三极管 T 导通，输出端V0 为低电平。当 V112/3Vcc，V121/3Vcc 时，比较器 A1 输出高电平，A2 输出低电平，简单 SR 锁存器置 1，放电三极管截止，输出端 V0 为高电平。当 V111/3Vcc 时，简单 SR 锁存器 R=1，S=1，锁存器状态不变，电路保持原状态不变。第 9 页 共 18 页 4.2 74LS48 74LS48 除了有实现 7 段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（YaYg）端外，7448 还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。由 7448 真值表可获知 7448 所具有的逻辑功能：（1）7 段译码功能（LT=1，RBI=1）第 10 页 共 18 页 在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入 DCBA 经 7448 译码，输出高电平有效的 7 段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除 DCBA=0000 外，RBI 也可以接低电平，见表 1 中 116 行。（2）消隐功能（BI=0）此时 BI/RBO 端作为输入端，该端输入低电平信号时，表 1 倒数第 3行，无论 LT 和 RBI 输入什么电平信号，不管输入 DCBA 为什么状态，输出全为“0”，7 段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。（3）灯测试功能（LT=0）此时 BI/RBO 端作为输出端，端输入低电平信号时，表 1 最后一行，与 及 DCBA 输入无关，输出全为“1”，显示器 7 个字段都点亮。该功能用于 7 段显示器测试，判别是否有损坏的字段。（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）此时 BI/RBO 端也作为输出端，LT 端输入高电平信号，RBI 端输入低电平信号，若此时 DCBA=0000，表 1 倒数第 2 行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA0，则对显示无影响。该功能主要用于多个 7 段显示器同时显示时熄灭高位的零。第 11 页 共 18 页 4.3 74LS148 74ls148 优先编码器管脚功能介绍:为 16 脚的集成芯片，电源是 第 12 页 共 18 页 VCC(16)GND(8),I0I7 为输入信号，A2,A1,A0 为三位二进制编码输出信号，IE 是使能输入端，OE 是使能输出端，GS 为片优先编码输出端。当 OE 输入 IE=1 时，禁止编码、输出(反码)：A2,A1,A0 为全 1。当 OE 输入 IE=0 时，允许编码，在 I0I7 输入中，输入 I7 优先级最高，其余依次为：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0 等级排列。（整体的电路仿真请见附表 2）第 13 页 共 18 页 5.总结和体会 通过这次的课程设计水箱水位控制，我感受到了数字电路的神秘，555 电路的应用的神奇，尤其看到了 555 电路的 150 种用法时，感觉自己真的知道的还是很少。在这次的课程设计中，我们每天都努力的查资料，改电路，控制调试，很多问题我们都是合作完成的，可以说这件作品是我们两个人共同的成果。再次浅谈一下这次的收获，主要有下面二点：第一，通过系统的完成了一个课题，初步积累了课题研究经验，为后面假期几个课题的研究提供了帮助。第二，再次温习了一遍数电的知识，例如，门电路，编码器，译码器的使用和 555 电路的原理。第 14 页 共 18 页 6.参考文献 1 康华光.电子技术基础-数字部分J.,2012.2 百度文库.NE555，74 系列引脚图M/OL.百度文库:.http:/ 15 页 共 18 页 致谢 首先感谢我的课题的指导老师老师，施老师在选题上对我们完成这次课题给予了巨大的帮助，而且多次的对我们的电路等方面进行指导。其次必须要感谢的是我们的班主任老师，张老师在这 10 天中不辞辛苦，每天都是早晨早早来开门安排签到，下午 2 点安排签到。并且面对同学们去领取元器件都耐心的给同学们解释和解决同学们的问题。最后作为报告最后的写者，我还非常感谢我的好搭档，在这么多天中，正是因为我们一起努力，发现问题，解决问题，才能够完成本次课题。第 16 页 共 18 页 附页一：所需元器件类型 元器件个数 74HC00（与非门）1 电阻 100 4 电阻 150 4 电阻 220 3 电阻 4.7k 3 电容 0.1u 3 电容 0.01u 2 S8050（三极管）3 74HC08(2 输入与门 4 个)2 74HC11（3 输入与门 3 个）1 74HC04（单输入非门 6 个）1 水泵装置 2 套（1 套经拆卸也可使用）5V 的继电器 1 5V 的嗡鸣器 2 Led 红灯（电源灯）1 Led 绿灯（进水 排水）2 单刀多掷开关（34 更多均1 第 17 页 共 18 页 可）555 1 自锁开关（电源 进出水）4 7805 7905 7812 7912 1 220u 电解电容 2 整流桥 2 12V 变压器 2 共阴数码管（1 个）1 74LS148 74LS48 1 1n4001 5 插针 2 排 板子（电源 系统）1 小 1 中 1 小 铜柱和螺丝 12 S8550 1 第 18 页 共 18 页 附件二：a0a1a3b0b1b2b0b3b1b3b2b3a2Y0Y1Y2a2a1a3a0Y0Y1Y2R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1NE555R1200D31N4001R2200D41N4001R34.7kR44.7kQ1ZTX108Q2ZTX108C10.01uC20.01uD51N4001C30.1uRL3T7NS5D1-12VB15VD6LED-REDC4220uBUZ1BUZZER+5VB25Va2a1a0R8220R990b3R3(2)R4(2)U1(TR)U1(TH)a1a2b0b0a3Q1(E)U2AND_3BUZ2BUZZERR5100R6100RL1OMIH-SH-105DB35VD7LED-RED?U3NOTU13NOTU14AND_2D2LED-REDR7150抽水系统进水系统档位在数码管上显示进水灯出水灯SW1SW-ROT-3U15AND_2D1LED-REDR11150D8LED-RED12345678161514131211109RN2300RL3(C1)Q3ZTX108D91N4001A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U874LS4801011121231341526374EI5EO15A09A17A26GS14U474LS148U5NOTU6NOTU7NOTRL1(C1)RL1(C2)Q3(C)Q4PNPD101N4001U9NOTU2(Q)D3(K)