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1、陕西国防学院电子信息学院毕业论文陕西国防工业职业技术学院电子工程系 毕 业 设 计 任 务 书专业: 应用电子技术 班级: 电子3112 学生签名: 一、 设计题目 水位控制器的制作二、 设计内容要求具体设计要求如下：（1） 根据常识自拟详细设计要求，给出设计方案与详细论证；（2）画出系统原理图（用学过的软件绘图），及各单元模块的电路图；（3）自行采购元器件，对电路进行搭接调试与成品制作，要求自行设计外观，力求美观实用；（4）撰写设计论文（打印），要求格式、排版规范，页数不低于20页，字数不少于1万字，参考文献不低于10篇；（5）所需文献自行查找，在第一周制定设计计划，并按计划按时完成任务。三
2、、 设计应完成的技术资料（1）整体方案的论证材料（2）各主要单元电路的详细设计资料（3）电路整体原理图，工作情况分析。（4）对所做的产品作成本估算。四、 设计考核的主要知识与技能（1） 训练考核学生的查阅相关资料的能力，网上查询和图书管查询。（2） 对学生的所学知识综合应用能力作以训练考核。主要包括电子电路相关知识。（3） 训练考察学生的实际动手能力和市场调研能力。五、 设计时间: 2013 年 11月 日 至 2014年 月 日六、 指导教师: 联系电话： 毕业设计进度表和平时考核周次任务阶段名称及主要内容检查日期检查结果学生签名: 班级: 电子3112平时成绩: 指导教师签名: 指导教师评
3、语和评分意见学生姓名: 评语: 评分: 指导教师签名: 年 月 日毕业答辩考核和毕业设计成绩学生姓名: 1.答辩评语: 评分: 2.毕业设计成绩:根据学生平时表现、指导教师评语意见，经答辩小组考核，综合评定该生毕业设计成绩为 。答辩小组: 组长签名 组员签名 年 月 日前言在日常生活中和工业生产中，水位控制装置有着广泛的应用，如水塔，楼房水箱等。水位控制装置的形式有很多种，浮子开关式、行程开关式、电节点式、压力式、电子式、微机式等。这些装置或多或少地存在着一些缺点：浮子开关式采用机械结构，维护起来不方便；微机式控制装置，虽然操作方便，但造价较贵。本设计从实用性和经济性出发，设计了一种水位自动控
4、制装置，该装置结构简单、维护方便、工作可靠、性能价格比优良，而且在不同程度上克服了其他方法的一些缺点，在多种场合下均可采用。具体说本设计不用PLC，也不用单片机，用集成电路(555时基电路)的硬件控制电路便能全部达到要求，而且还可具有控制灵敏、稳定可靠、电路简单、操作简便、维护方便、性价比高的特点，成品可以直接用于安装在家庭、工厂、学校等水塔水位的自动上水和关断。1.备选方案1.1 方案一采用555时基集成电路组成的水位控制系统的电路。电路中555时基集成电路器IC 1构成施密特触发器完成整个水位控制功能。1.1.1 设计电路图（图1-1）图1-1 单片555构成的简易水位控制电路1.1.2
5、设计方框图 （图1-2）图1-2 方案一设计方框图1.1.3 工作原理图中A, B、C是三个电极检测点。当水位高于水位线A时，水泵停机，停止给水池加水；水位低于水位线B时，水泵工作，给水池加水。C电极是最低水位检测点，它连接于电源VDD,当水位低于水位线B时，C与B点不导通，导致IC 1的2, 6脚电位为零，555时基集成电路3脚输出高电平，VT1导通，继电器吸合，水泵给水池加水。当水位到达B点时，由于C，B两点在水的作用下被短路，使IC1的2、6脚电位大于1/3 VDD，此时IC1输出端3脚维持高电平不变，水泵继续给水池加水。 当水位到达A点时，C， B， A三点被短路，使IC1的2, 6脚
6、电位等于4/5 VDD，大于2/3 VDD，ICI的3脚输出低电平，VT1截止，继电器断开，水泵停止给水池加水。 同理，当水位下降，但还高于B点，此时IC1的2, 6脚电位等于1/2 VDD,大于1/3 VDD，水泵仍然停止工作，只有水位低于B点时，此时IC1的2, 6脚电位为低电平, VT1导通，继电器吸合，水泵开始向水池加水。如此循环往复使水池中的水位保持在B、A之间。1.2 方案二1.2.1 设计方框图 （图1-3）图1-3 方案二设计方框图1.2.2 设计电路图（见图1-4）图1-4 两片555构成的水位控制电路图1.2.3 工作原理 本方案由降压整流电路、555触发电路(IC1、IC
7、2)、继电器控制电路等组成。其中降压整流电路为整个控制电路提供12V直流电压，触发电路IC1对应水塔低水位泵水控制电路，触发电路IC2对应水井高水位泵水控制电路，通过这些单元的组合实现水塔水位的控制与检测。2.方案选择及原理说明2.1 方案选择 综合考虑方案的可实现性、控制精度、强弱电的分离控制，本次设计选择了方案二。方案二能够实现基本控制之外，IC2对于水井高水位的控制，可以有效防止水泵的空转，加强了安全性与可靠性。2.2 工作原理 2.2.1 水塔水位控制电路工作原理当水塔内的水位探极A高于塔内的水位线时，IC1(555)脚为“地”电位，使IC1发生置位，脚输出的高电平使继电器J1吸合，触
8、点K1闭合，抽水电机因得电而运转，进行抽水；当水位上升至探极C时，相应IC1复位，输出的低电平使J1释放，触点K1断开，抽水机断电停转，从而对水塔水位实现自动控制。2.2.2 水井水位控制电路工作原理置于水井中的探极D、E，正常情况下应在水面以下一定深度处，使IC2(555)因脚为高电平而复位，脚输出的低电平使J2吸合，触点K2闭合。当因连续抽水而使D、E探极高于水面时，IC2因脚为低电平而发生置位，脚输出的高电平使J2释放，触点K2断开，电机断电停转，从而避免电机空转，同时对水井水位进行检测。2.3 主要元件说明及工作原理2.3.1 555定时器555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个
9、电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容，图五是555内部框图及引脚排列1。GND是接地端（1脚） TL是触发端（2脚） OUT是输出端（3脚） 是复位端（4脚） VC是控制电压端（5脚） TH是阈值端（6脚） Ct是放电端(7脚) VCC是电源端（8脚）图2-1 555定时器内部框图及引脚排列电路工作原理：555定时器内部电路方框图如上图所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由
10、三只 5K的电阻器构成的分压器提供。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平2/3 VCC时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3 VCC时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。是复位端（4脚），当0，555输出低电平。平时 端开路或接VCC 。VC是控制电压端（5脚），平时输出2/3 VCC作为比较器A1 的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01f的电容器到地端，起滤波
11、作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定2。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断3。2.3.2 电磁继电器继电器是具有隔离功能的自动开关元件，在我们设计当中主要式自动控制作用，本设计采用+12V的直流电来控制220V的交流电，以达到控制水泵的目的，因为这里是用弱电来控制强电，所以安装和使用的过程当中我们一定要注意用电安全。电磁继电器内部电路图（见图2-2）图2-2 电磁继电器内部电路图电磁继电器的工作原理：电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点
12、簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的4。3.主要单元组成及功能3.1 信号产生单元信号产生单元主要由IC1和IC2两片NE555芯片的引脚引出的探极和水塔与水井（水杯模拟）组成。该单元的目的是产生有效的输入信号。主要原理是利用水的弱导电性。水属于弱导电质，即使这样也可以通过水来
13、传递微弱的电信号。鉴于此原理，将该部分设计成由水面的上升与下降来控制电信号的接通与断开：当水位上升时断开电信号；当水位下降时接通电信号。按此析，只要在水塔里放上用来传递电信号的探极，则水位上升到探极位置时断开电信号；水位低于探极位置时接通电信号。把电信号接通时设为有效信号即当作控制信号。在水塔的不同位置放置几个探极时就可以根据水位的高低接通某些探极和断开某些探极。因此只要知道每个探极的具体位置，在根据其输出电信号的情况就能大致确定水位的位置，将探极输出的电信号当作输入信号经过处理后成为电路的控制信号。设计该单元主要在于探极个数的选择与探极放置位置的选择。因为探极的个数直接关系到水位检测的精确度，探极个数越多检测点也就越多检测水位就越准确。但如果探极太多就会给其他电单元的设计带来麻烦，综合上述考虑我选择了如下探极分配探极：IC1分别由NE555P的8、2、6口引出A(低水位)、B（中水位）、C（高水位）探极；IC2由2、8口引出D、E探极，作为水泵空转水位下限。3.2 信号处理单元信号处理单元主要由IC1和IC2 两片NE555p芯片、电磁继电器以及和它们所连接的控制电路组成。该单元主要是对输入信号进行处理，然后输出控制信号给继电
