水位控制电路设计.docx

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水位控制电路设计

水位控制电路设计任务书

1．设计目的与要求

设计一个水塔或锅炉水位控制电路，准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能：

（1）多点水位实时采集和显示功能；

（2）当水位低时，启动水泵自动加水，达到高水位时自动停止水泵；

（3）当达到警戒水位（高水位或低水位）时，电路能够自动报警提示；

（4）具备报警消音控制功能；

（5）所设计的电路具有一定的抗干扰能力。

2．设计内容

（1）画出电路原理图；

（2）确定元器件及元件参数；

（3）进行电路模拟仿真；

（4）SCH文件生成与打印输出；

（5）PCB文件生成与打印输出。

3．编写设计报告

写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有总结体会。

4．答辩

在规定时间内，完成叙述并回答问题。

目录

1引言……………………………………………………………………1

2总体设计方案…………………………………………………………1

2.1设计思路……………………………………………………………1

2.2总体设计框图………………………………………………………2

3设计原理分析…………………………………………………………2

3.1.1信号产生电路……………………………………………………2

3.1.2水位显示及警报、消音电路……………………………………3

3.1.3水泵自动加水电路………………………………………………3

3.2总体电路图…………………………………………………………4

3.3元件选择……………………………………………………………5

4总结与体会……………………………………………………………5

参考文献…………………………………………………………………6

附录1仿真图……………………………………………………………7

附录2PCB电路…………………………………………………………8

水位控制电路

摘要：

本文设计了一种水位控制电路，该电路由信号产生电路，水位显示电路，水泵控制电路和报警及消音电路组成。

采用了三极管、继电器、集成电路及发光二极管等多种电子元件。

其设置有5个水位监测点：

最低点，1/4点,2/4点,3/4点，最高点。

当水位低于设置的最低点时，水泵控制电路启动水泵自动加水；当水位达到规定的最高点时，水泵自动断开，而不用人工专门去控制即可实现水位的控制功能。

另外，该电路还具有显示水位和高水位自动报警及消音控制功能。

关键词：

水位控制；水位显示；自动报警；报警消音

1引言

随着科技的发展，人们对水位控制装置的需求越开越多，它不仅要具有控制水位的功能，而且，要能自动控制，从而解放人力。

在日常生活和工业生产中，水位控制装置有着广泛的应用，如水塔，楼房水箱，锅炉等。

水位控制装置有很多种：

浮子开关式、压力式、电子式、微机式等。

这些装置或多或少的存在着一些缺点：

浮子开关采用机械结构，维护起来不方便；微机式控制装置，虽然操作方便，但造价昂贵……本水位控制电路从使用型和经济型出发，设计了一种水位控制装置，结构简单，操作方便，工作可靠性高，设置有日常通用的功能：

自动加水，水位显示，自动报警等功能，在日常生活和工业生产中很多地方均可采用。

2总体设计方案

2.1设计思路

根据本电路预设的功能，设计出完成相应功能的分电路。

首先，有信号产生部分来作为整个电路的输入信号：

采集多点水位，以高、低电平的形式存在，作为其他分电路的控制信号，控制其工作。

水位显示电路：

当没有接收到有效控制信号时，二极管不亮，不指示水位；当接收到有效控制信号后，三极管导通，驱动发光二极管发亮，显示其水位状态。

水泵控制电路：

随着水位的上升，采集的控制信号在不停变化，达到设定的报警条件后，可以使报警电路接通，实现水满报警。

而该信号又得作为水泵控制电路的有效信号，控制水泵停止运转，完成自动加水。

通过水位的变化，引起信号产生电路输出信号的改变，从而使整个电路能按设定的功能稳定工作。

2.2总体设计框图

总体设计框图，如图1所示

扬声器

报警电路

水位控制电路

水位采集

水位显示

水泵控制电路

水泵

图1.总体设计框图

3设计原理分析

3.1分电路工作原理分析

3.1.1信号产生电路

信号产生电路又称为水位采集电路，该电路主要是产生整个电路的输入信号。

利用水的弱电性，这样，弱电的电信号可以通过水来传递。

鉴于此原理，该电路设计成由水位上升与下降来控制电信号的接通与断开。

当水位上升到检测点时，接通电信号；下降到低于检测点时，断开电信号。

按此分析，只要在水塔里装上用来传递电信号的探头，水位上升与下降即可实现电信号的接通与断开，电信号的变化作为整个电路的输入信号。

本电路设计了5个水位检测点（6个探头），A探头放置在水塔底部，连接12V电源，B、C、D、E、F分别为水塔高度的：

最低点，1/4，2/4，3/4，最高点。

如果，需要精确指示水位时，尽可能多的设置探头，采集多点水位信息，进行检测，探头间距离越小，越有利于电信号的传递。

3.1.2水位指示、报警消音电路

由五组NPN型三极管和相关元器件组成，三极管的导通与截止，可以控制发光二极管的亮、灭，来指示水位。

当水箱无水（水位低于最低点）时，三极管基极没有偏置电压，其不工作，发光二极管VD1～VD5不亮。

随着水位的增加，由于水的导电特性，使得三极管的基极有合适的偏压，Q1导通，驱动VD1点亮。

当水位逐渐增加时，VD2、VD3、VD4依次发光指示水位。

当水位达到最高点时，VD5发光，显示水满，同时Q6导通，扬声器发出警报声，提示水满。

此电路需要手动消音，当水满发出警报时，断开K1完成报警消音控制功能。

待一段时间后，水塔里水位下降一定高度（低于最高水位）后，再闭合K1以保证下次自动加水时电路能自动报警。

水位指示、报警消音电路，如图2所示

图2.水位指示、报警、消音电路

3.1.3水泵自动加水电路

由555集成电路及相关元器件组成的施密特触发器控制继电器J1的开断来实现。

当水位低于最低点时，555集成电路的3脚为高电平，继电器J1闭合，启动水泵自动加水。

水位达到最高点时，3脚跳变为低电平，继电器断开，加水完成。

水泵自动加水电路，如图3所示

图3.水泵自动加水电路

3.2总体电路图

总体电路图，如图4所示

图4.总体电路图

3.3元件选择

表1.元件参数

元件

型号、参数

电阻：

R1～R5

RTX-1/8W型碳膜电阻器，10Kῼ

电阻：

R6～R11

RTX-1/8W型碳膜电阻器，500ῼ

Q1～Q6

9013型硅NPN中功率三极管，ρ>150

U1

555集成电路

VD1～VD5

红色发光二极管

继电器J1

JQX-14FF

电容C

CTI型瓷介电容，0.01uF

电源VCC

12V

扬声器

YD57-2型8ῼ圈式扬声器

4总结与体会

课程设计是培养学生理论联系实际能力的很好的机会，可以充分运用所学过的知识，发现，分析，解决设计中遇到的各种问题，很好的锻炼实践能力。

通过这次课程设计，我懂得了电路设计的基本方法，拿到一个题目后，应该广泛查阅大量的相关资料，收集自己能够用到的信息，对其好好的分析、研究，最终确定自己的设计方案。

在设计中间，我遇到了很多问题。

如：

水泵的控制电路，起初想着只用逻辑关系就能实现，在仿真中间发现原先的思路是错误的。

水位的上升和下降过程中，水泵的工作状态是不同的，按原来的逻辑关系，将导致水泵只要在水位低于最高点时，就会启动加水，这是不合理的。

经过和其他同学的讨论和查阅书籍后，自己把这个设计中的问题解决了，采用555构成的施密特触发器可以很好的实现该有的功能，而不会产生之前的问题。

另外，课程设计过程中，需要作图，通过这次课程设计，让我对protel和EWB的应用有了更深的了解。

课程设计不仅是对前面所学知识的一种校验，而且也是对自己能力的一种提高。

在这次课程设计中，使我明白了自己原有知识的的欠缺，自己要学习的东西还很多，只有在实践中才能发现自己的不足。

参考文献

[1]　刘修文.实用电子电路设计制作300例［Ｍ］.北京：

中国电力出版社，2005

[2]　康华光.数字电子技术基础（第五版）［Ｍ］.北京：

高等教育出版社，2006.1

[3]陈永甫.常用电子元器件及其应用［Ｍ］.北京：

人民邮电出版社.2005.8

[4]赵负图.开关电路手册［Ｍ］.北京：

化学工业出版社，2006.7

附录1

仿真图，如图5所示

图5.仿真图

附录2

PCB电路图，如图6所示

图6.PCB电路图