水位控制系统设计报告.doc

电子技术课程设计报告水位控制系统 专业班级： 自动化091 学生姓名： 黄璐 学 号： 09133308 指导老师： 施丽莲 2011年7月1日目录目录1第一章 课程要求2第二章 方案选择32.1 水位控制系统32.2 5V直流稳压电源4第三章 系统结构框图与工作原理53.1 设计电路53.1.1 LED灯的控制63.1.2 数码管的控制93.1.3 蜂鸣器的控制123.2 电源设计133.2.1 整流桥133.2.2 平滑滤波器143.2.3 稳压电路14第四章 课程深化154.1 方案一154.2 方案二16第五章 问题分析与调试165.1 蜂鸣器纠正165.2 5V电源17第六章 课程展示186.1 水位控制系统的完整电路186.2 5V稳压直流电路186.3 实物展示196.3.1 实物图说明19第七章 设计心得21附录A 芯片清单21附录B 参考文献22第一章 课程要求教师姓名施丽莲教师联系方式612869设计题目水位控制系统小组成员黄璐 陈艳艳 吴文鹏学生人数 3设计主要内容及要求 1.能显示水箱的水位，液位分别为1,2,3档，档检测到水位低于一档的时候，发出缺水警报，并启动水位向水箱供水，当水位超过一档时，停止缺水警报，但继续供水，知道水位到达3档为止，关闭水泵。当水位超过3档时，发出越线警报。 2.1 根据技术要求进行总体方案设计。 2.2画出电路图（或者仿真图），要求设计5V直流稳压源 2.3 元器件及参数选择 2.4 电路制作调试或仿真 2.5 编写设计报告，写出设计过程，附上有关资料，图纸及心得第二章 方案选择2.1 水位控制系统 该控制系统的水位用开关表示，分别为A0，A1，A2，A3四个开关，分别用2进制表示水位情况。水泵的充水情况则用LED显示，若灯亮则表示正在加水，反之，则停止供水。用数码管显示水位。当水位低于1档时，用蜂鸣器发出警报，同时绿灯亮起，数码管显示0；超过1档，警报停止，表示供水；当水位达到3档时，绿灯熄灭，表示供水结束。此时，若水泵已损坏，及供水不能自动控制时，当水位高达极限水位4时，警报会重新发出警报，提醒关闭泵因此该设计需要用到4个开关。详细情况见表1。输入输出A32A1A0LED蜂鸣器数码管1111亮警报01110亮无11100亮无21000灭无30000灭警报4表2.12.2 5V直流稳压电源 该电源的设计需将220V的交流电转换为5V的直流稳压。220V经电源变压器降为约+24V的交流电，先经过整流桥和电容C1和C2进行滤波后，经过稳压芯片LM317得到在1.26v-17.51v可调的一个相对稳定的直流电压，然后把整流后的电压接到7805稳压芯片上，分别得到+5v的电压。图2.2则表示了设计的一个思路。图2.2第三章 系统结构框图与工作原理3.1 设计电路 将模拟过程控制系统中的控制器的功能用计算机来实现，就组成了一个典型的基于计算机仿真的控制系统，对于其设计思路，如图3.1所示。蜂鸣器5V电压74LS148编码器逻辑门开关74HC4511译码器数码管LED灯图3.13.1.1 LED灯的控制编码器输出的一端为控制LED灯的显示，灯亮是要在开关输入为1 1 1 1(A3 A2 A1 A0 )和1 1 1 0(A3 A2 A1 A0 )以及输入为1 1 1 0(A3 A2 A1 A0 )显示。而输入信号通过编码器进行编译后，其对应的信号分别为1 1 1(Y2 Y1 Y0)和0 1 1(Y2 Y1 Y0),所以要用到的逻辑关系为L=Y3Y1 +Y3Y2。而在接入LED灯时需要加限流电阻，防止灯被烧坏。设计如图3.1.1。 图3.1.13.1.1.1 74LS148芯片 如3.1.1.1所示为优先编码器的引脚图，在本次的设计中，采用它用于开关的优先性。其功能表如图3.1.1.2。由图可知：该芯片当EI为高电平时，该芯片才会开始工作。当EI为高电平时，该芯片是低电平有效，所以当高位的为0时，则显示的是该高位的数字。通过该芯图3.1.1.1片可以将开关的输入信号分别转换。图3.1.1.23.1.1.2 一般逻辑门图3.1.1.3Y=AB 与门（图3.1.1.3） 非门（图3.1.1.4）Y=A+B图3.1.1.4 非门（图3.1.1.5）图3.1.1.5 连接时需要注意连接各逻辑门的VCC以及GND3.1.2 数码管的控制编码器的另一个输入端计入了74LS04芯片，进行反向处理之后，进而接入38译码器，最后再通过数码管显示出数字。在接入数码管时，每个端口都需要接限流电阻，使之在安全的电压下工作。仿真图如3.2.1所示。图3.1.23.1.2.1 38译码器 38译码器即74HC4511芯片,如图3.1.2.1所示。该芯片的使能端为高电平有效。该芯片有4个输入端，在本次的设计中，我们只用了3个输入，所图3.1.2.1以D端接入低电平。输出端我们接入了数码管，使之显示数字。其真值表如图3.1.2.2所示。图3.1.2.23.1.2.3 数码管数码管的引脚如图3.1.2.3所示，根据图完成来连接。注意3端以及8端接地。图3.1.2.33.1.3 蜂鸣器的控制要使蜂鸣器发出警报，则在其另一端输入低电平，发出警报是要在开关输入为1 1 1 1(A3 A2 A1 A0 )以及输入为0 0 0 0(A3 A2 A1 A0 )。而输入信号通过编码器进行编译后，其对应的信号分别为1 1 1(Y2 Y1 Y0)和0 1 1(Y2 Y1 Y0),所以要用到的逻辑关系为L=Y1+Y2。设计图3.1.3.图3.1.33.1.3.1 蜂鸣器蜂鸣器的使用需要在两端分别接入高低电平。所以根据上面的逻辑关系，蜂鸣器的另一端需要接入高电平。如图3.1.3.1所示图3.1.3.13.2 电源设计如图3.2所示220V交流电引入后通过变压器将其电压变小，再经过整流桥以及电容的滤波后，再对其整流，再接到稳压芯片上，最后输出5V的电压。图3.2 3.2.1 整流桥 整流就是利用二极管的单向导电特性，将具有正负两个极性的交流电压变换成只有一个极性的电压。整流后的单极性电压不仅包含了有用的直流电压分量，还有我们不希望存在的交流电压分量。如图3.2.1所示。 图3.2.13.2.2 平滑滤波器 电路中的C承担了滤波的任务。这时的直流输出电压与其交流输入电压有效值的关系为 U0=1.2U2。3.2.3 稳压电路 把整流后的电压接到7805稳压芯片上，得到+5v的电压。电路如图3.2.3所示。图3.2.3第四章 课程深化4.1 方案一 该设计的输入只用2个开关，分别用二进制中的00,01,10表示1,2,3档位。而开关直接通过74HC4511进行译码，同时输出接数码管，是数码管显示。当输入为00时，数码管通过译码器后，显示0，二极管发光，同时蜂鸣器发出警报。当输入为01，数码管显示1，LED发光，警报不发出声，表示水位已经过了1档。当输入为11时，数码管显示3，表示水位达到3，于此同时LED灯灭，表示供水停止。但是该系统存在缺陷，如果在水泵损坏，可是人不知道的话，则水泵会一直加水，直到溢出为止，这样就会有危险。设计如图4.1所示图4.14.2 方案二 该设计依旧是通过4个开关来控制，与前面不同的是该设计不会显示4档位。设计的程序如图4.2所示。图4.2第五章 问题分析与调试5.1 蜂鸣器纠正对电路进行仿真时，发现当运行电路时，蜂鸣器并不会发出警报。我们检查了电路，没有发现其逻辑错误，查找了资料，发现仿真时蜂鸣器的工作电压为12V，而我们接入的蜂鸣器，默认的电压只有5V，所以蜂鸣器根本不能正常供电，因此我们在编辑元件菜单中（如图5.1所示）将Operating oltage改成3V，蜂鸣器才能正常工作。图5.15.2 5V电源在仿真中，如图5.2所示，经过变压器后需要一个电阻限流再接入电桥。如若不然则输出的电压一直为0.当我们连接好实物后，发现当电源不接入时，其输出端的电压为5V，而当接入电路板时，其电压只为1.69V，不能使电路中芯片正常工作。因此在调试的过程中我们将限流电阻短路，再将其接入电路，电源能达到5V左右的电压。图5.2第6章 课程展示6.1 水位控制系统的完整电路图6.1 6.2 5V稳压直流电路图6.26.3 实物展示图6.3.2图6.3.1图6.3.5图6.3.4图6.3.4图6.3.36.3.1 实物图说明6.3.1 实物图说明图6.3.1表示的是水位低于1档时，数码管显示0，蜂鸣器发出警报，并且LED灯亮，表示在蓄水。图6.3.1表示的是水位在1档时，数码管显示1，蜂鸣器不发出警报，并且LED灯亮，表示仍在蓄水。图6.3.1表示的是水位在2档时，数码管显示2，蜂鸣器不发出警报，并且LED灯亮，表示仍在蓄水。图6.3.1表示的是水位在3档时，数码管显示3，蜂鸣器不发出警报，并且LED灯灭，表示蓄水停止。图6.3.1表示的是水位高于3档时，数码管显示4，蜂鸣器发出警报，提醒关闭水泵。第七章 设计心得 通过这次的课程设计，掌握了数电以及模电中的知识，并将他们结合起来使用。在方案的设计中，与组员讨论，合作，发现不同的方法可以达到相同的目的。而在真正的生产过程中，我们需要的往往是更简单，经济，环保的设计。因此我们需要用我们所学的知识来更加完善我们的设计，而且通过课程设计我们也学到了一些课堂上学不到的知识。在焊接电路时，由于虚焊等问题导致电路不能正常显示。本次的设计，也知道如何运用身边的工具对设计进行调试，检查以及纠错。附录A 芯片清单开关 4个 74LS04 1片电阻 1K 8个 74LS32 1片电阻 300欧 9个 LED 1个74HC4511 1片 蜂鸣器 1个74LS148 1片 数码管 1个74LS09 1片 变压器 1个7805 1片 电容 3300uf 2个电桥 一个 电容 0.1uf 2个附录B 参考文献华中科技大学电子技术课程组编，康华光主编，电子技术基础，数字部分第五版，高等教育出版社华中科技大学电子技术课程组编，陈大钦 罗杰主编，电子技术基础实验，第三版，高等教育出版设