简易水塔水位控制电路课程设计

目录中文摘要1.概括1.1设计理念....................................................21.2方案的选取..................................................21.2.1电源......................................................21.2.2控制电路..................................................21.2.3水泵的驱动................................................32.系统方案设计...................................................42.1方案总构架..................................................42.1.1方案设计流程图............................................42.1.2方案设计概述..............................................52.2设计原理....................................................52.2.1电源电路..................................................52.2.2测量及检测电路............................................72.2.3水位范围测量电路的功能实现.................................82.2.4模拟量与数字量的转换......................................92.2.5逻辑电路对电路状态显示的控制...............................92.2.6电动机控制电路............................................102.3可行性分析.................................................113.器件清单及说明...............................................123.1元件清单...................................................123.2元器件......................................................123.2.1水压传感器................................................123.2.2比较器....................................................123.2.3稳压管...................................................143.2.4反相器...................................................143.2.5CC4001...................................................153.2.6电磁继电器...............................................153.2.7变压器...................................................16致谢..............................................................18参考文献..........................................................19附录..............................................................20简易水塔水位控制电路1简易水塔水位控制电路摘要该方案电源电路采用电网供电，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电转换成直流12V电压。稳压电路由三端稳压器实现，用它来组成稳压电源只需很少的外围元件，电路非常简单，且安全可靠。水位测量和水位监测电路主要由电阻型水压传感器和迟滞比较器组成。电阻型水压传感器是最典型也是最简单的一种压力传感器。迟滞比较器不仅可以测量水位的范围，还可以防止跳闸现象的出现。水泵开关电路和显示电路主要由电流放大电路和继电器组成。继电器可以提供水泵所需要的交流电，而电流放大电路是由三极管组成，是一种比较典型的和简单的电路。用发光二极管的显示来检测水位状态和水泵的状态。关键词水压传感器、比较器、继电器简易水塔水位控制电路21.概括1.1设计理念我国的供水自动化系统发展已初有成效。供水自动化系统主要包括水厂自动化和供水管网调度自动化两个方面。由水工业的社会性所决定，水工业的学科体系由多个相互关联的学科组成。包括水质与水处理枝术、水工业工程技术、水处理基础科学、水社会科学、水工业设备制造枝术等。它们共同支撑着水工业的工业体系。而在这些学科中水质与水处理技木和水工业工程技术是水工业学科体系中的主导学科。近几十年来，自动控制技术迅猛发展，在工农业生产、交通运输、国防建设和航空、航天事业等领域中获得广泛的应用。随着生产和科学技术的发展。自动控制技术至今己渗透到各种科学领域，成为促进当今生产发展和科学技术进步的重要因素。比如在生活方面的温度调节、湿度调节、自动洗衣机、自动售货机、自动电梯、空气调节器、电冰箱、自动路灯、自动门、保安系统等。在工业方面主要分为两大类。一类是气体、水位、粉体、石油化工制药、轻工食品、建材等行业。需要对温度、压力、物位、流量、成分等参数进行控制。另一类是对己成型材料的进一步加工或者对多种己成型材料的装配，主要控制位移、速度、角度等参数这些都需要应用自动控制学科的知识。水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，水塔供水的主要问题是塔内水位应该始终保持在一定范围内，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点。而自动控制原理依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，保持水压恒定以满足用水要求，从而提高了供水系统的质最。而智能控制系统的成本低、安装方便、灵敏性、是节约水源、方便家庭和单位控制水塔水位的理想装置。1.2方案的选取1.2.1电源我们知道控制电路以低功耗，结构简单为最安全，这即方便我们的设计也使的在维修和安装的过程中更加安全和可靠，因此此次设计中我采用220V整流电路，把生活中的220V交流电整流为12v安全电源。1.2.2控制电路任务书中对设计有如下要求简易水塔水位控制电路3（1）.要求电路能够通过控制两个水泵实现对水位的控制。假定水位范围是S1～S2（S1＜S2），S为实际水位。当S＜S1时，两个水泵都放水；当S1＜S＜S2时，仅一个水泵放水；当S＞S2时，两个水泵都关闭。（2）.要求电路在S1、S2处不能出现跳闸现象，即水泵不能在短时间内反复在放水和关闭的状态之间转换。（3）.要求电路能够显示出水泵的状态。（4）.要求电路能够手动调节水位控制的范围。从要求中可以看出我们需要把水位的变化转化为我们能测得的电压，电流或者电阻的变化，通过他们的比例关系，确定水位的变化量，在此我选择电压的变化量来实现水位的改变。由于电阻有分压的作用因此我选择改变滑动变阻器的阻值来改变电压值从而改变水位的测试范围。在这我们需要把电压的模拟量转化为数字量，电压比较器LM393可以达到所需要的效果。显示部分我选用LED灯的亮和暗来显示现在的工作状态，通过一定的逻辑关系我们可以达到这个效果，所以逻辑电路是必不可少的。1.2.3水泵的驱动水泵的工作电压为220V交流电，因此我们在设计中要考虑安全用电的问题，我们选择了通过NPN三级管来驱动电路，继电器起到安全开关的作用。NPN三级管可以对电流进行有效的放大使得电路足以驱动水泵正常工作，继电器通过较低电压控制水泵的开关，使的使用起来更加安全。简易水塔水位控制电路42.系统方案设计2.1方案总构架2.1.1方案设计流程图图2.1方案设计流程图电源电路水位监测电路水位范围测量电路逻辑电路显示电路水泵开关电路简易水塔水位控制电路52.1.2方案设计概述每部分电路都有其相应功能：首先有水位检测电路产生整个电路的输入信号，该信号传至水位范围测量电路，输出其他电路的控制信号，控制其他电路工作（控制水位显示的二极管和水泵的开关）。电机控制电路部分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；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。方案设计流程图，它由电源电路，水位监测电路，水位范围测量电路，逻辑开关电路，水泵开关电路，显示电路，各部分有着不同的功能。水位监测电路：压敏电阻阻值的变化影响电压的分配，可以得出水位的变化，从而实现对水位的监测。水位范围监测电路：利用比较器原理实现水位范围的确定，同时利用迟滞比较器的迟滞性来避免跳闸现象。逻辑电路：由比较器的输出高低电平来实现对LED灯和水泵的控制。水泵开关电路：实现水泵安全开合。显示电路：对此时的水泵工作状态进行显示。电源电路;为上述说有电路提供电源。2.2设计原理2.2.1电源电路电源电路的原理图如图2.1所示。电路直接从电网供电，通过变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电转换成+12V的直流电压。电路中变压器采用常规的铁心变压器，电源变压器将交流电网电压220V变为合适的交流电压13V。整流电路采用二极管桥式整流电路，整流电路将交流电压13V变为脉动的直流电压13V。C1、C2、C3和C4完成滤波功能，D7起到保护电路的作用，稳压电路采用三端稳压集成电路来实现，用它来组成稳定电源只需很少的外围元件，电路非常简单，且安全可靠。稳压电路清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压12V的稳定。简易水塔水位控制电路6图2.2电源电路直流稳压电源包括变压器，整流，滤波，稳压电路组成。其框图如下：图2.3直流稳压电源稳压过程（1）整流电路：交流电压转变成单向脉动直流电a、半波整流U0=tdu0021=tdtu02sin221=2U2=0.45*U2b、桥式整流然而单相桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求式一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因此在次设计中我选用单相桥式整流电路。在调整管部分，既可以采用单管调整也可以采用复合管调整，但在此设计中要求额定电流lm≤200mA，因此在此设计中我选用单管做调整管。（2）滤波电路：经整流后的电压仍具有较大的交流分量，必须通过滤波电路将交流分量滤掉。尽量保留其输出中的直流分量，才能获得比较平滑的直流分量。简易水塔水位控制电路7可以利用电容两端电压不能突变或流经电感的电流不能突变的特点，将电容与负载并联，或将电感与负载串联就能起来滤波作用。（3）稳压电路：由于滤波后的直流电压受电网电压的波动和负载电流变化的影响（T的影响）很难保证输出电流电压的稳定。所以必须在滤波电路和负载一直加上稳压电路，才能保证输出直流电压的进一步稳定。2.2.2测量及检测电路如图2.2所示，水位监测电路由可变电阻R1﹑R2和两个电阻型水压传感器构成。电阻型水压传感器是最简单也最典型的一种水压