带有保护装置的水塔自动进水装置

...wd......wd......wd...《数字电子技术》课程设计课题名称：带保护装置的水塔自动进水装置姓名学号小组成员指导教师班级专业电子信息工程电气与信息工程学院2015年6月目录一：设计目的……………………...1二：设计任务…….……………….12.1：设计题目……………..12.2：设计要求………………1三：总体设计………………………13.1：设计思路……………13.2：总体设计框图…………2四：各局部电路设计……………34.1：信号产生局部…………34.1:信号处理局部…………34.3:水位显示局部……………34.4:电机控制电路…………4五：整体电路图……………………6六：总结与体会…………………7七：参考文献………………………7一：设计目的通过这次设计熟练对电子设计的动手技能，提高电子设计的能力，同时也培养学生收集、整理、分析和刷选利用资料及各类信息的能力，也使得学生通过这次的设计对所学的数电和模电知识及各种电路、电路元件的功能更好的理解和运用。二：设计任务〔1〕：设计题目带保护装置的水塔自动进水装置〔2〕：设计要求要求有水满、进水、水量缺乏指示，当水位低时要自动进水，满时要及时断电停水，水位过低时能进展断电保护。三：总体设计〔1〕设计思路每局部电路都有其相应功能：首先有信号产生局部产生整个电路的输入信号，该信号经过信号处理局部处理之后，输出其他电路的控制信号，控制其他电路工作，电机控制电路局部接收到有信号处理电路输出的有效控制信号后正常工作驱动电机转动抽水，使水位上升，而水位的变化有直接关系到信号的产生，因此有个循环的过程，即使水位保持在一定范围内：水位显示电路接收到有效信号后驱动显示器工作，使其显示该时刻的水位；水位超限时输出为报警电路的有效控制信号使报警电路工作，驱动报警器报警。由“信号产生→信号处理→电机控制→电机→信号产生〞这个循环就能使水塔具有自动控制水位的能力。〔2〕总体设计框图分析可知该设计电路有三个功能：信号产生、电机控制、水位显示。因为任务要求是自动控制，所以输入信号也必须由电路自己产生而不能人为参加，因此可以将整个电路设计为以下局部：信号产生、信号处理、电机控制和水位显示电路。整体电路框架如下〔图1〕。信号产生信号产生显示器水位显示信号处理显示器水位显示信号处理电机电机控制电机电机控制图1总体设计框图四：各局部电路设计〔1〕信号产生局部该电路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传递微弱的电信号，鉴于此原理，初步将该电路设计成由水面上升与下降来控制电信号的接通与断开；当水位上升时接通电信号；当水位下降时断开电信号。按此分析，只要在水塔里放上用来传递电信号的探头，则水位上升到探头位置时接通电信号；水位低于探头位置时断开电信号。把电信号接通时设为有效信号即当做输入信号，而断开时设为无效信号，因此可以由电信号的接通与断开之间的变化产生信号当做控制信号。在水塔的不同位置放置几个探头时就可以根据水位的上下接通某些探头和断开某些探头。因此只要知道每个探头具体位置，再根据其输出电信号的情况就能大致确定水位的位置，将探头输出的电信号当做输入信号经过处理后成为电路的控制信号。根据设计的要求，设水塔分水满、缺乏、两者之间三局部，因此可用探头个数设计为三个点的水位，原理图〔图2〕如下：a-c为三个检测探头，其中a探头表示水箱底部水缺乏的临界点，b表示在水满和水缺乏之间，c探头表示水满的触点。COM为公共电极，接+5V，为了提高准确度，将公共电极尽可能的靠近探头，即使电极与探头的距离尽量小，有利于电信号的传递。图2探头原理图〔2〕信号处理局部该局部主要是对输入信号进展处理输出其他电路的控制信号，由于水的导电性十分微弱，由公共端通过探头的电信号会很小，不一定能够成为满足电路工作的控制信号，因此可以接一个反相器对输入信号进展处理。如图3，该反相器放大信号增大带负载能力、信号取反等作用。图3反相器对信号处理原理图〔3〕水位显示局部由以上电路的设计，可选用74LS147的优先编码器，所谓“优先〞编码即多个输入端同时满足编码条件时，只对最高位编码。先用优先编码器把所输入信号进展编码，编码后由于输出低电平信号有效所以用反相器进展校正，校正后驱动显示器进展工作。用开关的通断来分别表示水满、缺乏、中等这几个信号，水满时显示器可显示3，水缺乏时显示1。根据要求该电路设计以编码器为核心的编码电路，具体设计的电路〔图4〕如下所示：图4信号编码电路74LS147是二——十进制优先编码器，以低电平作为有效的输入和输出，它能将I1—I9九个输入信号编成BCD吗，在I1—I9中I9优先权最高，I1优先权最低。74LS147的功能表如下表1：表174LS147功能表输入输出I1I2I3I4I5I6I7I8I9DCBA1111111111111********00110*******010111******0111000*****01111001****011111010***0111111011**01111111100*0111111111010111111111110(4)电机控制电路该局部为整个设计电路的重点局部，也是难点局部。主要目的就是要控制电机的工作，通过控制电机的工作来控制水位，这也就是本实验的主要设计目的。现用灯泡的亮灭代替电机的运转〔如图5〕。由于任务要求：当水位低时要自动进水，满时要及时断电停水。如图5所示，当A开关闭合时，A2的2角输入为低电平，灯灭，电机不工作，;当开关A断开时，右边芯片的2脚为高电平，灯亮，电机工作。图5电机控制电路电机控制电路是以两个555时基集成电路为主体搭建而成的，其中左一555芯片搭建成自激多谐振荡器，右一搭建成单稳态触发器。在这里选择的555单稳态触发器，是由555定时器的根基上开展而来的。先对555定时器做个简单的介绍，原理图如以下列图〔图6〕。图6555定时器原理图下表是555定时器的功能表，充分说明了它的特性。如表〔2〕表2555功能表555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。在这里用到的555单稳态触发器其工作特性是没有触发信号时，电路只有一种稳定状态一直保持低电平不变，有触发信号时，先会进入暂稳态再回到稳定状态。555时基电路(IC)接成单稳态触发器形式，继电器接在IC输出端3脚与地之间，2脚为触发信号输入端。平时3脚输出信号V=0，单稳态触发器为稳态。当有一负触发脉冲Vi作用于2脚时，单稳态触发器翻转为暂稳态，3脚输出信号Vo=VCC。单稳态触发器驱动电路的特点是每触发一次555时基电路便驱动负载工作一个固定的时间，该工作时间等于单稳态触发器的输出脉宽丁(T=1.1RC)。在这里主要发挥了它的三大特点:其一，触发电流仅为0.5μA，特别适用于电极式水位触发导通电流越小越好的关键技术特性；其二，输出负载电流大，最大可达200mA，可直接驱动继电器；其三，可利用单稳态电路的延时特性防止由于水流冲击导致水塔内水面波动起伏而影响输出继电器频繁跳动的不良现象，以使自控电路工作更加稳定可靠。五：整体电路图图7总体电路原理图由电机控制电路分析可知，可由优先编码器的B’和A’进展与的运算然后代替开关，故可完成用信号处理电路产生的信号控制电机的功能。表3总电路功能表开关ABC74LS147输出DCBA显示器输入D’C’B’A’显示器显示水位灯111110000113灭110110100102亮100111000011亮000111100000亮对照74LS147的功能表，便可实现：eq\o\ac(○,1)当水塔满水时，74LS147输出信号DCBA=1110控制灯灭,电机不工作。eq\o\ac(○,2)当水塔半水时，74ls147输出信号DCBA=1101控制灯亮，电机工作。eq\o\ac(○,3)当水塔缺水时，74LS147输出信号DCBA=1100控制灯亮，电机工作。六：总结与体会〔1〕设计过程中遇到的问题及解决方法在本次课程设计中，我的一个最大失误就是电路设计这方面，一方面是网上可供查阅的资料很少，我得自己探索着做，另一方面就是对根基知识掌握的不牢，很多根本的东西都不记得了，导致出现重大的设计失误，所幸我对这个设计还算比拟熟悉，最后能够及时弥补设计失误带来的时间和人力物力上的浪费。所以说以后需要认真学习，踏实实践，及时复习，才能将一门课学好。〔2〕设计体会通过一周的课程设计，使我对数字逻辑电路这门课又有了新的认识和收获。这让我深深地体会到了实践与理论相结合的重要性，过去学了数字逻辑电路的知识之后就放在一边了，等到用的时候才发现自己学的很浅，使用仿真软件一段时间以后，对以前所学的知识进展了复习和稳固，这对以后的学习是大有裨益的。七：参考文献[1]康华光.电子技术根基〔数字局部〕[M].华中科技大学电子技术课程组编.高等教育出版社2006年1月第5版.2008年12月第6次印刷.230[2]卿太全，李箫，郭明