《水位监测报警系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水位监测报警系统（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、水位监测报警系统第二届广西大学生电子设计竞赛（第一阶段）柳州运输职业技术学院第十组：黄伟钦、陆琨、蒋守胜指导老师：万选明、梁德坚10水位监测报警器摘要：本水位监测报警器使用5V低压直流电源（也可以用3节5号电池代替）就可以对515厘米的水位进行监测，用LED显示和数码管显示水位，并可以对不再此范围内的水位发出报警。主要采用CD4066、74LS86、74LS32、CD4511芯片，再加上数码管、蜂鸣器、发光二极管、电阻这些器件组成一个简单而灵敏的监测报警电路，操作简单，接通电源即可工作。因为大部分电路采用数字电路，所以本水位监测报警器还具有耗能低、准确性高的特点。关键字：译码电路 报警电路 监
2、测电路Abstract: The water level alarm monitoring the use of 5 V low-voltage DC power (can also use three batteries replaced on the 5th) will be able to 5 to 15 centimeters of water level monitoring, with LED display and digital display of water level, and this can no longer Within the scope of a water
3、level alarm. Mainly CD4066, 74LS86, 74LS32, CD4511 chips, coupled with digital control, buzzer, light-emitting diode, the resistance of these devices composed of a simple and sensitive monitoring alarm circuits. Because the majority of circuits using digital circuitry, so the water level monitored a
4、larm system also has low energy consumption, high accuracy of the characteristics. Keyword: Decoding circuit alarm circuit monitoring circuit一、 前言随着自动化技术的发展，自动化技术以深入到了各领域，为人们的生产生活带来了许多方便。水位的检测也可以用自动化来实现。大到可用于水库、湖泊、池塘水位的检测，小的可以用于鱼缸、锅炉水位的检测。我们针对我们设计的水位检测报警器的功能、原理、设计思路、调试等方面做了个系统的介绍。由于编者水平有限，差错在所难免，敬请读
5、者批评指正。二、 总体方案根据设计要求，本系统主要由水位信号模块、信号转换模块、发光管显示模块、数码管显示模块、报警模块、编码模块等模块构成。其系统方案框图如下图所示： 我们对其中的几个模块设计了不同的方案并进行了比较（1）水位信号模块的选择方案1：采用电容的原理，用两块平行的长方形铜板作为电极放在水中，可以通过检测两电极间的电信号可知水位的变化情况。优点：结构简单、水位分辨率可大大提高;缺点：容易受水质的影响产生误差，信号为模拟信号，不方便处理。方案2：采用触点的方法，在每个水位点放置一个触点，当水到达该触点时就可得到一个信号。优点：灵敏度高、得出的时数字信号容易处理；缺点：分辨率不好提高，
6、分辨率越高触点越多，越难编码。考虑到分辨率要求不高和信号处理的难度，排除干扰因素，我们采用方案2。（2）信号转换模块的选择方案1:使用三极管把微弱的水位信号放大以驱动其他模块的工作。优点：成本低；缺点：工作不够稳定，使用数量多。方案2：使用CD4066双向模拟开关，把微弱的水位信号引到CD4066的控制端，CD4066的输入端都接电源，这样就能把微弱的水位信号转换为稳定的电位信号。优点：工作稳定可靠，便于集成化;缺点：成本高。信号转换模块的工作影响的各个模块的正常工作我们采用方案2。（3）编码模块和数码显示模块的选择方案1：使用2块83线编码器组合构成164的编码电路，再经过一个显示译码器直接
7、驱动数码管显示。优点：电路结构简单；缺点：要编码的信号不够16个，造成浪费，显示译码器不好找。方案2：使用异或门74LS86和或门74LS32组成一个特殊的编码电路对个位的数进行编码，当水位高于10厘米时，十厘米信号直接驱动十位数码管显示“1”，在经CD4511显示译码器驱动个位数码管显示。（详细个位编码见附录）优点：电路可靠，稳定;缺点:电路较复杂。由于74LS86、74LS32、CD4511都是常用的芯片，因此我们采用了方案2.三、 工作原理上面的仿真图中J1、J2相当于放置在水中的触点（已含下拉电阻），以获取不同水位的信号，将信号引到CD4066，CD4066芯片是一种双向模拟开关，在集
8、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。当触点没接触水的时候由470K电阻的下拉作用使的四个开关的控制端为低电平，开关断开。但是当触点接触到水时候，由于水的导电性，使的四个开关导通。随着水位的升高，CD4066中的虚拟开关逐个开启，把经过水出来后的微弱信号转换成与电源电压相同的电位信号，以驱动发光二极管显示当前水位，水上升到那，对应的发光二极管就发光。将CD4066的5厘米水位的对位信号引到一个异或门的一个脚上，其另外一个脚接高电平，使得5厘米的水位信号反向输出，方向输出的信号再和10厘米水位对应的CD4066的信号经过一或门由三极管放大之后驱动蜂鸣器报警。数码管显示模块的信号
9、也是来自CD4066，分为十位和个位的显示，由于水位高过10厘米后，10厘米的触点一直在水中，对应的CD4066的10厘米信号也一直处于高电位，因此只需将CD4066对应的10厘米处信号接到十位数码管的bc段以显示“1”，无需编码就可实现十位显示而且十分可靠。而个位的显示需要经过由74LS86和74LS32组成的特殊的编码电路后再经CD4511显示译码器驱动个位的数码管显示。（详细个位编码见附录）四、 电路设计（1）水位信号模块、信号转换模块、发光管显示模块左端的P1是水位触点，由一个VCC和11个触点组成，用水的导电性，让接触到水的触点出高电位；U1U3是CD4066双向模拟开关，将微弱的信
10、号进行转换；R12R22是下拉电阻，用于水位没到管脚悬空时CD4066输入端的处理，R1R11时发光二极管的限流电阻；P2是数码管显示模块、报警模块、编码模块的连接口。与P1相比多了13脚，其直接从10厘米水位信号引出用于驱动十位的数码管显示。（2）数码管显示模块、报警模块、编码模块P1是连接水位信号模块、信号转换模块、发光管显示模块的接口；R1R11是编码模块的下拉电阻，应为CD4066是一个双向虚拟开关，当它断开时编码模块的管脚相当与悬空会引起逻辑混乱，因此加了下拉电阻。个位的编码电路与报警电路共用74LS86和74LS32芯片，这也是设计是将它们放到同一块板上的原因之一。与个位编码电路相
11、连的是CD4511显示编码器直接驱动个位数码管显示。五、 系统调试1、调试工具：（1）万用表（2）5V直流电源（3）水槽2、调试环境：（1）地点：实验室（2）室温：28 3、测试过程：我们首先将水位触点放置在水槽中，再使用5V电源接通电路，此时我们听到“嘀”的报警声，第5、6、9、11号LED发光，数码管显示“7”。此结果与预计的不符，我们断开数码管显示模块、报警模块、编码模块的连接，使电路易于检测，这时我们看到LED全灭，符合预计结果，接着向水槽内加水，LED逐个亮起，我们用万用表测量了LED工作电压3.2V和信号输出口的工作电压5V，证明水位信号模块、信号转换模块、发光管显示模块没问题。我
12、们再把数码管显示模块、报警模块、编码模块连接上，以检查此模块的错误，连上时立刻又出现刚才的错误，我们用万用表测量与水位信号模块、信号转换模块、发光管显示模块的接口发现有4个接口的电位与预计不符，我们就怀疑是不是CMOS与TTL不兼容的问题。测试到这便进行不下去了。之后我们又想CD4066是个虚拟开关，不应该有社么问题，我们又上网查资料，并对此用电子试验箱做了专项的模拟试验，发现什么问题都没有，与预计结果完全相同。我们又对数码管显示模块、报警模块、编码模块的连接进行仔细的检查，最后才发现原来是芯片的管脚连接不对，输入信号连接再了芯片的输出端上。我们再从新做了一块新板，问题解决了。我们再用万用表测
13、量芯片工作电压（低电位0.2V、高电位3.6V）工作正常了。我们再次用整体检测水位，当水位低于5厘米时，LED全灭，蜂鸣器发出“嘀”的声音，数码管显示“0”，随着水位的升高蜂鸣器停止发声，LED逐个亮起，数码管对应显示“514”，当水位到达15厘米时红色的LED亮起，数码管显示“15”，蜂鸣器发声报警，达到了预计的结果，调试结束。六、 设计总结此次实验的设计我们在理论上、仿真上都很成功，但是在实际的调试过程中显示部分却出现了问题。原因是芯片的封装与设计时的不同，引起显示部分个芯片管脚的电位混乱。因设计过程中耗费了大量时间，所以没有足够的时间调试和改进。整个实验过程中收获很多对电路的设计有一个了
14、解并能自己动手完成一些简单的电路设计、制板及调试的过程，极大地提高了我们的动手能力。参考文献：1、电子技术电子工业出版社。2、中国电子技术网七、 附录水位信号对应的个位数BCD码DCBA00000000001501010000000001160110000000001117011100000001111810000000001111191001000001111110000000001111111100010001111111120010001111111113001101111111111401001111111111150101由于水位信号从0000000000111111111111是累积增加的，个位的数由59再由05,BCD码分为ABCD四列，A列为1和0的交替变化，可对应水位信号单个“1”是出“1”，双个“1”出“0”，因此用5个异或门和5个或门构成A位编码，B列根据“0”和“1”的变化，从“0”变到“1”时，“1”的信号接异或门门的一个脚，再由“1”变到“0”时，“0”的信号接同一个异或门的另外一个脚，再把B列中的所有异或门用或门连起来构成B位的编码，C、D列的接法与B列相同。从而得出个位的特殊编码电路。11
