水塔水位自动控制器的设计

水塔水位自动控制器的设计作者:日期:目录：第一章目录1第二章摘要2第三章设计方案及设计原理2第四章 电路总图8第五章元器件清单9第六章 总结10第七章 参考文献11第八章附录11第二章摘要水塔水位自动控制器主要用途是配合水泵， 根据水塔水位高 低的变化来启动及停止。适用于工农业及民用自动供水 .本电路包括水位检测电路，水位范围测量电路，水泵开关电路 显示电路和电源电路5部分。水位测量电路的功能是利用水的导电 性检测水位的变化，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，应根据水井涌水量来调节中水位探头及高水 位探头之间的距离，应调节在水塔水满后，而水泵不应离水工作为 宜，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.电源电路则为以上电路提供直流电源。本控制器适用于家庭住宅、学校、工厂、宾馆、办公、楼宇的 自来水水塔（水池）式增压供水与江河井水控制，以及供水、消防、 轻工、印染、化纤、造纸、化工、食品、饮料、酿造、制糖、养殖、 工矿、农业、水处理等行业的给排水和其它生产用液体供给排放自 动化控制或上、下限位报警.第三章设计方案及设计原理：第一节综合图：由电源电路给各个电路提供直流电源， 通过检测电路对水塔水位及 范围的测量，产生不同的电位 Vs,利用迟滞比较器的特性，控制 继电器的工作状态，从而实现对水泵工作状态的自动控制。第二节主要单元电路设计：一 水位测量电路和水位范围测量电路123如图中左边电路所示，水位检测电路主要由电阻R9 (R9 =10K)和定电阻R14组成，水位处于不同的位置时对应的 Vs不同， 水位彳氐于S1时，VCC经R9和R14的电路短路，止匕时Vs= VCC = 12V,水位高于 S1 彳氐于 S2 时，Vs=R14* VCC/(R9+R14) =6V , 水位高于S2时，R14被短路，此时Vs = 00通过调节水井中两探针位置来实现水位范围的控制。水位测量电路如图中右边所示，它 由两部分组成：1 .电阻R1, R2和稳压管D1、D2构成的参考电压产生电路：2 .由迟滞比较器构成的水位范围测量电路。参考电压产生电路产生两个稳定的电压，分别代表水位范围的 上限值S2和下限值S1.由于参考电源产生电路输出端接入比较器的 输入，为了防止出现输出电流不稳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.其中稳压管的稳定电压均为 +8V,而输出Vref1=+8VVref2=12V 8V =4V水位范围测量电路的功能有两个：1 .确定实际水位和水位控制范围的大小关系；2 .防止出现跳闸现象。首先,Vrefl和Vref2分别输入到运算放大器的同相输入端，而Vs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=13VVp2 = 4V,V1和V2输出都为高电平；当水位高于 S1 低于 S2 时，Vp2 (4V)Vs (6V) Vp1 (8V) ,V1 输出为高电平， V2输出为低电平；当水位高于 S2时，Vs(0V) Vp1 (8V), V1和 V2输出都为高电平。由于 Vs、Vrefl和Vref2分别代表S、S2和S1,实 际水位和水位控制范围的大小关系就确定了。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V1t+=Vp1=R5*Vref1/(R3+R5 ) +R3 * V1/(R3+R5) =8。4VV1t =Vp1=R8 * Vref2/ (R3+R5) +0=7。3V由上式可得到回差范围 Vt=V1t+ -V1t =1.1V,即1.1V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电压值有了 1。1V的差别，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V2t+=Vp2=R8 * Vref2/(R7+R8) +R7*V2/(R7+R8 ) =4.7VV2t-=Vp2=R8 *Vref2/ (R7+R8)+0=3。6V由上式可求的迟滞比较器U2的V2t+ V2t-之差(4。7V-3.6V )同样具有1。1V的回差范围.二 水泵开关电路和显示电路345如图中左边电路所示，水泵开关电路是由三极管和继电器电路构成的。电路的输入即为图中电路的输出，当 SS1时，V1和V2 输出都为低电平，Q1, Q2截止；当S1S2时，输出都为高电平，Q1, Q2导通.电路中的开关采用继电器电路。而一般运算放大器的输出电流 无法驱动继电器，因此需要加入由三极管电路构成的电流放大电 路，它是一种比较典型的和简单的电路。其中 R9和R10为限流电 阻，防止输入电流过大烧毁三极管。三极管接为共集电极电路，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B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 管的发射极，当有电流驱动时，开关吸合，对应的水泵断开，发光 二极管熄灭；当无电流驱动时，开关断开对应的水泵通电，发光二极 管亮，同时在继电器两端并联入二极管进行保护。显示电路如图中虚线右边电路所示，通过发光二极管亮灭来表 示电阻丝是否同通电，同时由于继电器的驱动电流过大，需要加入 限流电阻。电源电路2DMC78L12CP电源电路的设计采用的方法如图所示电路，直接从电网供电，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的 220V 交流电转换成+12V支流电压。电路中变压器采用常规的铁心变压 器,整流电路采用二极管桥式整流电路，C1、C2、C3和C4完成滤 波功能，稳压电路采用三端集成电路来实现。第四章电路总图1234VCC=12VD2ENER1VCC=12VK1-1D5R410KMR31KRELAY-DPSTVCC=12VD4VCC=12VR7R13OPAMPRELAY-DPSTQ2NPNQ1NPNR610K0PAMP R10AR1VCC=12V-R1410KD1LR2ENER10KR12K2-1MC7 8L1 2 CPTitleSizeNumberRe10Date:File:26-Jun-2007Sheet olD:12BACKUP22.DDBDrawn By第五章元器件清单符号类别数目R1,R4, R5, R6,R9 R8, R1Q R11,R14,10千欧9R3, R7, R12,R131千欧4D1,D2稳压管2D3, D4二极管 IN41482D5, D6LED2T1,T2三极管90132J1,J2 , J3, J4继电器JQX-4 12V4TTRANS11C1470 仙 F1C2, C40。1 仙 F2C347仙F1DBRIDGE11U1,U2LM3242U3MC78L12CP1M1, M2微型支流220V,1千欧2第六章总结通过这次电子课程设计，我学到了很多东西，基本上学会了Protel软件的常用作图方法，对课本上的一些公式及其应用有了进 一步的理解，增强了我的动手能力，为以后的毕业设计跟工作后的 各种工程设计打下了坚实的基础，而且在一定程度上了解了一些常 用元件的使用方法及其特性，而且使我更深刻的明白了理论一定要 和实践结合起来，现在所学知识就是为了实践，如果只懂得理论知 识，学习效果就会大打折扣。另外还培养了我的思维能力，在设计 电路时一定要全盘考虑到各种可能出现的问题，并进行解决。这次课程设计还让我看到了自己平时学习时的很多不足与缺 点,以后还要加以改正。另外这次设计还充分体现了团队合作的重要 性,能大量的节省时间，群众的力量就是大，在以后的学习中我会注 意和同学的探讨和交流，达到事半功倍的效果。第七章 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，2005年6 月4 .李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5 .康华光，电子技术基础，高教出版社，2003年附录基本电子器件简介