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1、水位报警器设计水位报警器设计摘要本产品采用 CD4066 双向模拟开关进行水位监控，LDE 发光二极管和数码管显示水位高度，蜂鸣器给予报警。从水位监控器到水位显示器用 74LS147 编码器编码，4511 译码器译码。由于74LS147 是低电位编码器，故要用 4077 同或门对水位监控器处理后的数据输入 74LS147 编码，再用 CD4069 处理 74LS147 输出的数据传入 4511 译码。关键词：74LS147、CD4066、407711、总体方案水位监测器LED显示并报警编码译码数码管显示图 1-1 总体方案1.1 控制部分方案一：采用 CD4066 作为控制部分。CD4066
2、是双向模拟开关，能控制数字及模拟信号的传送，其输出端与输入端可互换使用，能用外部电路控制内部电路，可用于水位监测水位高度。 方案二：采用继电器作为控制部分。继电器的作用与 CD4066 相似，但所占空间大，价钱也较贵。综合比较以上两个方案，并与实际情况相结合考虑，我们决定选择方案一。1.2 显示部分方案一：采用液晶显示来实现。液晶显示内容比较丰富，但需要编辑程序方能显示不同数字，且价钱较 LED 与数码管贵。方案二：采用 LED 与数码管来显示。LED 价钱便宜，易于驱动，能直观的显示出水位高度与警戒水位的差距，便于对水位高度的控制，降低危险率；数码管价钱介于 LED 与液晶之间，容易驱动，能
3、精确的显示出水位的高度，便于对水位高度的读取。将 LED 与数码管结合2起来使用，能更好的监控水位。 根据设计要求，结合实际情况，决定采用方案二。2、单元模块设计2.1 水位监控：显示信号信号处理接收信号图 2-1 水位监控流程图接受信号是由一个铜板制成的探针，如图（三）所示。每个铜片之间的长度相差 1 厘米。当水位每上升 1 厘米铜片就接收到相应的信号，并传入系统中。567210911123481图 2-2 探针信号输入系统之后，由 CD4066 进行处理：当输入的信号为“1”时，CD4066 接通，使需要的信号送出。如图（四）C13A1B2U1A信信信信信信信信信信信信CBA图 2-3 C
4、D4066 信号处理信号送到 LED 发光二极管，相应的 LED 发光二极管就亮起来。没到五厘米的时候第一个发3光二极管亮，并报警；到达五厘米时第二个发光二极管亮，第一个发光二极管灭，六厘米时第三个发光二极管亮，以此类推，当亮到十二个发光二极管时信号达到警戒地，警报器（蜂鸣器）响起来。2.2 编码译码部分接收信号处理信号编码成 BC8421码译码图2-4 编码译码流程图信号从 CD4066 双向模拟开关送进来，由 4077 同或门接收信号，并处理信号，处理原理如下图： 表2-1接收信号 1接收信号 2输出信号111010001信号输送到 74LS147 进行编码，由于这编码器是低电平有效，所以
5、处理后得到的信号是 0才能被 74LS147 识别，输出的信号是 1 的则被视为无效。如下图。低电平以十进制进入74LS147，经过 74LS147 处理后得到二进制 8421BCD 码。以低电平送出信号。I111I212I313I41I52I63I74I85I910A9B7C6D14VCC16GND8U17 SN74LS147N4图 2-5 74LS147 引脚图低电平经过 4069 反相器变成 4511 译码器能识别的信号高电平，送给 4511 译码器。8421BCD 码变成高电平后，进入 4511 译码器译成数码管能识别的信号。信号由二进制01011111 变化，其相应的输出信号是数码管
6、能认识的 515 的信号。2.3 显示部分显示部分主要由两部分组成，第一部分就是发光二极管，他能大概的显示水位与警戒位的差距，能一目了然，其原理以上已讲。第二部分是数码管显示具体的数据，即较精确的显示水位高度。能一看便知道水位现时的高度。特殊原件的介绍CD4066 是一种双向模拟开关，在集成电路内有 4 个独立的能控制数字及模拟信号传送的模拟开关。每个开关有一个输人端和一个输出端，它们可以互换使用，还有一个选通端（又称控制端） 。当选通端为高电平时，开关导通，此时的导通电阻为几十欧姆；当选通端为低电平时，开关截止，呈现出很高的阻抗，可以看成为开路。在使用时，选通端是不允许悬空的。74LS147
7、 是一个编码芯片，它的输入与输出脚如表所示：表 2-2输入脚输入信号输出信号1101110120110113011001010112010103010014010005001111000110它是低电平有效，其信号是以大覆盖小，比如：当 11 和 12 管脚输入信号都为 0 时，则输出 1101 而不是 1110。52.4 各单元模块的联接水位监控部分与译码编码部分的联接水位监控部分的需要信号主要时又编码译码部分确定的，CD4066 的一端的放需要信号是0（即接低电平） ，当输入信号为 1（高电平）时，CD4066 接通，低电平信号通过 CD4066 送出。送到 74LS147 便可以进行编码
8、，但是一个编码器只能对十进制数 19 进行编码，而数码管则需要显示 5 到 15，即要有两个数码管来显示，一个数码管只显示 1（十位数） ，个位数的数码管则从 5 到 9 显示，然后要变成 0，再从 15 显示。因此再数据进入 74LS147 时要进行处理，使 74LS147 的 3、4、5、10 管脚依次得到低电平，可以得到1010、1001、1000、0111、0110 经过反相器后便得到 0101、0110、0111、1000、1001，用十进制写出是 5、6、7、8、9.当显示十时，个位数要变零，此时送到 74LS147 需要全是高电平，能让信号符合要求送到 74LS147 最简要的方
9、法是用 4077 同或门。联接图如下。DS1LED1DS2LED1DS3LED1DS4LED1DS5LED1DS6LED1DS7LED1DS8LED1DS9LED1DS10LED1DS11LED1DS12LED11KR12Res21KR13Res21KR14Res21KR15 Res21KR16Res21KR17Res21KR18Res21KR19Res21KR20Res21KR21Res21KR22Res21KR23Res2312U1AMC14077BCP456U1BMC14077BCP1098U1CMC14077BCP111213U1DMC14077BCP312U2AMC14077BCP4
10、56U2BMC14077BCP111213U2DMC14077BCP12U3ASN74LS04NI111 I212 I313 I41 I52 I63 I74 I85 I910A9 B7 C6 D14VCC16GND8U17SN74LS147NC13 A1B2VDD14GND7U4ATLC4066MJC5 A4B3VDD14GND7U4BTLC4066MJC12 A11B10VDD14GND7U4DTLC4066MJC6 A8B9VDD14GND7U4CTLC4066MJC13 A1B2VDD14GND7U5ATLC4066MJC5 A4B3VDD14GND7U5BTLC4066MJC6 A8B
11、9VDD14GND7U5CTLC4066MJC12 A11B10VDD14GND7U5DTLC4066MJC13 A1B2VDD14GND7U6ATLC4066MJC5 A4B3VDD14GND7U6BTLC4066MJC6 A8B9VDD14GND7U6CTLC4066MJVCCVCC1KR24Res2VCC1098U2CMC14077BCPLS22Bell12P3Header 2VCC图 2-6 水位监控部分与译码编码部分的联接63、系统调试3.1 功能调试法：按产品的功能进行实际实践，观看电路的整体情况，问题出现在哪已个模块。即哪个部分可以实现，哪部分不能实现。3.1.1 原理调试法：在
12、明确哪部分有问题后，根据原理图进行测试，是否有虚焊、漏焊、错焊的情况。3.1.2 关键点的测量调试法：确定没有虚焊、漏焊、错焊的情况还不能实现需要功能的，需要对一些比较关键的点测量数据，这些数据是否与要求的数据相比较，是否有出入。有出人则检查其相应的电路，并想方法使数据符合要求。4、系统功能根据设计要求，本系统实现了对水位得监测以及报警。当水位低于 5 厘米给予声光报警，每升高 1 厘米均有相应得发光二极管显示，而当水位升至 15 厘米也给予了声光报警。与此同时，数码管也会显示相应得水位高度，虽没有清晰的播报水位升高的高度，但也实现了语音报警得功能。5、设计总结通过测试，我们的水位报警器完成了
13、设计要求。在这次设计过程中也遇到例如布线不怎么合理的现象，也因如此而加深了对布线熟练程度。同样，在这次设计中，我们对本次设计相关的元器件有了较为熟悉的了解，对各元器件的原理有了较清楚的理解。总体来说，对于本次的设计进行还时不错，均可实现设计的各个功能，因而算是完成了产品的设计。6、参考文献71 电子技术2 任为民，余孟尝等编，数字集成电路基础教程。北京：中央广播电视大学出版社，1989 年 3肖景和编。数字集成电路应用精粹。北京：人民邮电出版社，2002 年4中国电子网。附录DS1LED1DS2LED1DS3LED1DS4LED1DS5LED1DS6LED1DS7LED1DS8LED1DS9L
14、ED1DS10LED1DS11LED1DS12LED11KR1 Res2 1KR2 Res2 1KR3 Res2 1KR4 Res2 1KR5 Res2 1KR6 Res2 1KR7 Res2 1KR8 Res2 1KR9 Res2 1KR10 Res2 1KR11 Res21KR12 Res21KR13Res21KR14Res21KR15 Res21KR16Res21KR17Res21KR18Res21KR19Res21KR20Res21KR21Res21KR22Res21KR23Res21234567891011P1Header 11312U1AMC14077BCP4 56U1BMC140
15、77BCP1098U1CMC14077BCP111213U1DMC14077BCP312U2AMC14077BCP456U2BMC14077BCP111213U2DMC14077BCP12U3ASN74LS04N34U3BSN74LS04N56U3CSN74LS04N89U3DSN74LS04N1011U3ESN74LS04NI111 I212 I313 I41 I52 I63 I74 I85 I910A9 B7 C6 D14VCC16GND8U17SN74LS147NA7 B1 C2 D6LE5BI4LT3a13 b12 c11 d10 e9 f15 g14VDD16GND8U18MC74H
16、C4511NK1f2 g3e4d5K6 c8DP7b9a10DS20Dpy Yellow-CCK1f2 g3e4d5K6 c8DP7b9a10DS21Dpy Yellow-CCC13 A1B2VDD14GND7U4ATLC4066MJC5 A4B3VDD14GND7U4BTLC4066MJC12 A11B10VDD14GND7U4DTLC4066MJC6 A8B9VDD14GND7U4CTLC4066MJC13 A1B2VDD14GND7U5ATLC4066MJC5 A4B3VDD14GND7U5BTLC4066MJC6 A8B9VDD14GND7U5CTLC4066MJC12 A11B10VDD14GND7U5DTLC4066MJC13 A1B2VDD14GND7U6ATLC4066MJC5 A4B3VDD14GND7U6BTLC4066MJC6 A8B9VDD14GND7U6CTLC4066MJVCC VCC1
