传感器原理课程实践

1、传感器原理及应用课程实践院系： 班级： 姓名： 学号： 指导老师:水位检测与控制课程设计引言：水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免 “空塔 ”、 “溢塔 ”现象发生。目前，控制水塔水位方法较多。随着科技的发展，人们对水位控制的需求越来越多。水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，而以往水位的检测是由人工完成的，当检测到数据后通过电话通知值班室的工作人员进行控制，这样在人力和物力上都将造成很大的浪费。因此我们需要一种能自动检测水位，并根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统。利用传感器全天地连续测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，完成相应的水位显示、控制及

2、故障报警及显示水位等功能。这样就能实现无人自动控制，并且能快速的做出控制，减少反映时间，减小浪费，同时减少事故的发生，能够满足我们的需要。它不仅要具有控制水位的功能，而且要能实现自动控制，才能使其使用方便；同时还要能够调节控制水位的范围。我设计的这个电路由电源电路，水位检测电路，水位控制电路和显示电路组成。这个简易的水位检测与控制电路，具有水位上下限自动控制，水位自动检测的功能。在使用过程中，当水位下降到下限水位时，发动机开始运转，由水泵向水塔中灌水；当水位升至上限水位时，发动机停止运转，水泵中止向水塔灌水。设计原理：如电路结构图，负反馈由正压力系数力敏电阻组成。1、电路分为两路：一路为水位控

3、制电路，由恒流源、滤波放大电路、滞回比较器、正相比例运算电路和水泵组成；另一路为水位检测电路，由电压跟随器、正相比例运算电路、水位传感器和显示器组成。2、水位控制电路，如滞回比较器传输特性，当水位达到上限水位时，滞回比较器输出电压跳变为-UZ,发光二极管3截止, 发动机停止运转，水泵中止工作。水位下降，负反馈将水位的变 化转变成电信号，使恒流源输入滤波放大电路的电流减小，滤波 放大电路输出电压减小。当水位下降到下限水位时，滞回比较器 输出电压跳变为+UZ,发光二极管3导通，发动机开始运转，水 泵向水塔灌水，水位开始回升。负反馈将水位的变化转变成电信 号，使恒流源输入滤波放大电路的电流增大，滤波

4、放大电路输出 电压增大。当水位上升到上限水位时，滞回比较器输出电压跳变 为UZ,发动机停止运转，水泵中止工作。从而实现自动控制。JUi+ UZUT1UT2Uo 0-UZ滞回比较器传输特性3、水位检测电路，水位传感器将水位的变化转变成相应的电 信号，传输到显示器，通过显示器显示出水位的情况。电路结构:电路结构图水位检测与控制电路原理图：C图中水泵有万用表1替代，水位传感器和显示器有万用表2替代参数的计算:1、直流稳压电源（如图）jou直流稳压电源的输出电压Uo=6V,因输出电流越大，系统损失的 功耗越大，为使功耗减小，故输出电流Io取2.8mA。(1)、稳压管稳压电路a、稳压管的选择由Uo=UD

5、z,故稳压管的稳定电压 UDz=6V。稳压管工作在稳压区所允许的电流变化范围应大于负载电流的变化范围，即 Izmax Izmin > Io , 因止匕，Izmin < Io < Iz max。b、限流电阻的选择U 2max UDZRmin 乜25Izmax IoU 2 = (23)UDZ，所以，Rmax =DZIz min Io得 2.14kQWRW 4.28kQ,取 U2=1272 V=16.97V,所以 R=3.9kQ。(2)、滤波电路由 RC= (35) T,所以 C=19.23pF32.05 F,故取 C=30pF。 2(3)、变压器和整流电路a、二极管的选择由U2=

6、 J2U1,得U1=12V,二极管承受的最大反向电压 Uz max二 V2U1,所以，二极管承受的最大反向电压 Uzmax=16.97V。1极管的平均电流IZ(AV) =12(AV)0:9Uj=i.38mA所以，最大整流2 2R电流 IF >1.1Io(AV) =i.4u1=1.52mA F 2Rb、变压器的选择因输入电压Ui=220V, U1 = 12V,所以，变压器的初级匝数与次级匝数比为n=U1 = 55oU1 3仿真结果(如图)2、水位控制电路(如图)水泵由万用表替代(1)、滤波电路kQ。为输入电压 Ui=6V,输入电流 Ii=2.8mA, R1 = -一-BE =1.89Ii消

7、除自激振荡，在运放器输入端与地间加一电容 C1 =220 F;使电路输出电压在12V18V间，正压力系数力敏电阻R2所承受的反馈电流%2在0.1mA0.3mA间，使电路反馈支路加两支绿色发光二极管ED1、£口2以提高反馈的稳定性，U ED1 = UED2=2VO力敏电阻R2的选择系卞£ IR2 = UR22力敏电阻R2的阻值与所受压力间的关系有 F=KR2,压力与液体压强 的关系有F=PS, P=p g h,得力敏电阻R2的阻值与液体深度间的关，Ur2=Uedi=2V,有力敏电阻R2所承受的反U _K 2K馈电流1与液体的深度间的关系”=巳8="。 I uIIIg

8、h gh(2)、滞回比较器滞回比较器输入电压 51为12V18V间，输出电压U0=±UD3=士 24V。由Up = Un, Un=Ui1,所以Up=12V18V。滞回比较器输入电压 UI2 = UD5=15V 所以 UR11=VssUD5=9V ,R11=20 kQ,R9 = u 12 u 11R10U D3 U I2 U I11MR9=10 kQ,故 R0=70 kQo 滞回比较器输出电流UD3 UED3 =0.56 mAR3 =U_D3_<42.86 kQ,故R43 Io取，R3=20 kQo稳压管D3、口4的稳定电压均为24V,稳压管D5的稳定电压为15V,发光二极管ED

9、3为绿色发光二极管，故UED3=2M(3)、正相比例运算电路及 MOS管正相比例运算电路的输入电压 UI1=UD3UED3=22V,输出电压U01即 oO为MOST的输入电压uI2,即uo1=uI2；又MOSf的输出电压uo2等 于MOST的输入电压uI2,即uo2=uI2,因而uo1=uo2,水泵正常工 作的电压为220V,所以，uo产Uo2=220V。所以，正相比例运算电路 uRv的电压放大倍数 A=3=10, A=1 ，取R8=44 kQ,则R7=396 kUiiR8°Qo由比例运算正反相参数的平衡有 R4= R7R8 =39.6 kQo水泵正R7 R8常工作的电流I为7.5A

10、, 1=U22,因而，R5=U=29.3A; 一般 MOSR5IDSQ管的电源电压为10V12M故取Vcc=12V,MO甯的漏源夹断电压U为3V,为减小损失的功耗，故静态工作时，取IDQ=1 mA2U DSQ = VCCI DQ R5 R6 ， I DQ = I DSS 1 ,所以,UGS offR6=Vcc UDSQ R58.68 kQ,水泵正常工作允许需波动的电压范I DQ围为10%,因此，限流二极管d3、d4的最大反向击穿电压Umax= (1+ 10%)Uo2-=121U2水位传感器和显示器由万用表替代电压跟随器的输入电压UI1=6V,输出电压U o1=U I1=6V,又正相比例运算电路的输入电压为电压跟随器的输出电压即UI2=Uo1=6M水位传感器正常工作的电压为24V,所以，正相比例运算电路的输出电压U02=24V,正相比例运算电路的电压放大倍数A=U必=4,02Ui2A= 1 ®=4,取R2=20 kQ,因而，R3=60 kQ,由比例运算正反R2相参数的平衡有=15 kQo仿真结果（如图）/3C1结语：这次课程设计，既是一次理论与实践的结合，也让我加深了对电子技术的理解，体会到调试的不易，明白了所学知识的重要性和自己理论知识的欠缺