水塔水位过低自动报警自动抽水系统概要

1电子课程设计——水塔水位过低自动报警、自动抽水系统水塔水位过低自动报警,自动抽水系统该系统主要由水位开关、显示器、报警灯和水泵抽水灯组成。当水位到达某一个开关的时,该开关闭合,显示器中显示当前水位。当水位过低时,过低开关闭合,系统将自动点亮报警灯和水泵抽水灯,以便补水,提升水位。一、设计任务与要求该水位检测电路主要功能是能显示当前水位,并且当水位过低时,电路能自动报警并且让水泵自动抽水的电路。2基本功能:1、用编号为0-7的开关模拟水塔中的实时水位。2、当水位持续下降时,0-6号开关顺序闭合,此时当每个开关闭合时,显示器上显示出来当时水塔里的水位情况。3、7号开关为水位过低警示开关,当此开关闭合时,说明水塔中的实时水位已经过低,则要点亮水位过低报警灯和水泵抽水灯。二、总体框图水位正常→→→→→→→→→→↓↓↓↓→→→→→→→模块功能：如上述总体框图所示，检测电路分为检测与显示电路和报警电路两大模块。1、显示电路由74LS148优先编码器，74LS373锁存器和译码驱动显示电路组成。0-6号开关依次闭合，信号进入优先编码器进行编码，再以二进制输出。输出的信号所存起来，锁存器的输出端输出结果通过译码显示电路显示出来。2、报警电路由一个NE555和外围电路以及报警灯和水泵抽水灯构成。当代表水位过低的7号开关闭合时，信号则直接进入报警电路，通过多谐振荡器实现报警灯和水泵抽水灯的点亮。设计思路：该系统的主要作用是检测与显示水位、自动报警和自动抽水功能。要实现要求的功能的话，我认为把整个系统分为两个部分来看：1、检测与显示部分是用七个开关，在水塔里从上到下依次排列。当水位下降到某个开关位置的时候，开关闭合，输出信号被送入8-3优先编码器进行编码，编码输出信号经锁存后送入显示电路，显示电路的作用是显示当前水位，从而显示电路把实时水位显示了出来。2、报警电路的作用是当水塔中水位过低是，引起水位过低开关闭合，开关闭合产生的信号直接通过由NE555组成的多谐振荡器出来的信号直接触发报警灯和水泵抽水灯。3、报警电路，由于没有报警器，所以选择一个LED灯来表示。为了使更明显一呼叫输入74LS148优先编码器74LS373锁存器水位过低多谐振荡器水位过低报警灯水泵抽水灯译码驱动显示电路3些，给LED灯加了个连续脉冲信号，以使灯能够按我们需要的频率一闪一闪。通过以上思路的设计，使电路达到显示水位，自动报警自动抽水的功能。三、选择器件选择器件尽量选用实验室有的常用的器件，以下分别对各部分所选择的器件给出具体的说明。水塔水位过低自动报警、自动抽水系统中所用到的器件：1、八个水位开关2、EDA实验箱一个3、芯片：74LS148优先编码器一个、74LS373锁存器一个、74LS00与非门一个、非门一个、NE555一个4、LED显示器下面详细介绍每个器件：1、优先编码器电路我在这里采用的优先编码器是74LS148优先编码器，74LS148编码器功能表如下：74LS148功能表A09A17A26GS1431341522121117463E015V181011121314151617~EI574LS148DU10104由表中不难看出，在ST=1电路正常工作状态下，允许I0~I7当中同时有几个输入端为低电平，即有编码输入信号。IN7的优先权最高，IN0的优先权最低。当IN7=1时，无论其他输入端有无输入信号，输出端只给出了IN7的编码，即000.74LS148的内部逻辑图5211U1A74LS04D431U1B74LS04D651U1C74LS04D891U1D74LS04D10111U1E74LS04D12131U1F74LS04D211U2A74LS04D431U2B74LS04D651U2C74LS04D891U2D74LS04D10111U2E74LS04D12131U2F74LS04DU3&NAND5U4&NAND4U5&NAND3U6&NAND2U7AND4Y0&U8&NAND4U9&NAND4U10&NAND2U11&NAND2U12&NAND2U13&NAND2U14&NAND2U15&NAND2U16AND4Y1&U17AND4Y2&U18&NAND2YsxU19&NAND8U201OR2211U21A74LS04DKey=AJ1Key=BJ2Key=CJ3Key=DJ4Key=EJ5Key=FJ6Key=GJ7Key=HJ82、锁存器74LS373锁存器：373为三态输出的八D透明锁存器,共有54/74S373和54/74LS373两种线路结构型式，其主要电器特性的典型值如下(不同厂家具体值有差别):型号tPdPD54S373/74S3737ns525mW6引脚图54LS373/74LS37317ns120mW373的输出端O0~O7可直接与总线相连。当三态允许控制端OE为低电平时，O0~O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，O0~O7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，O随数据D而变。当LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平。当LE端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV。引出端符号：D0～D7数据输入端OE三态允许控制端（低电平有效）LE锁存允许端O0~O7输出端真值表：DnLEOEOnHHLHLHLLXLLQ0XXH高阻态7内部原理图3、多谐振荡器的组成部分，555定时器国产双极型定时器CB555电路结构图。它是由比较器C1和C2，基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。555定时器是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当阻容元件，就可以方便地构成脉冲产生和整形电路。555集成定时器由五个部分组成：1、基本RS触发器：由两个“与非”门组成2、比较器：C1、C2是两个电压比较器3、分压器：阻值均为5千欧的电阻串联起来构成分压器，为比较器C1和C2提供参考电压。4、晶体管开卷和输出缓冲器：晶体管VT构成开关，其状态受Q端控制。输出缓冲器就是接在输出端的反相器G3，其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。其逻辑框图如下：8逻辑符号如下：逻辑功能表如下图：555定时器功能表输入输出阈值输入(vI1)触发输入(vI2)复位()输出()放电管T××00导通11截止10导通1不变不变逻辑功能描述如下：555定时器的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制RS触发器和放电管T的状态。图中RD为复位输入端，当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出v0为低电平。因此在正常工作时，应将其接高电平。由图可知，当5脚悬空时，比较器C1和C2比较电压分别为2/3VCC和1/3VCC。9当vI12/3VCC，vI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器被置0,放电三极管T导通，输出端vO为低电平。当vI12/3VCC，vI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器被置1,放电三极管T截止，输出端vO为高电平。当vI12/3VCC，vI21/3VCC时，基本RS触发器R=1、S=1,触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。综合上述分析，可得555定时器功能表如表10.11.1所示。如果在电压控制端（5脚）施加一个外加电压（其值在0-VCC之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，进而影响电路的工作状态。图三为国产双极型定时器CB555内部电路结构原理图。它是由比较器C1和C2，基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。其中VH是比较器C1的输入端，v12是比较器C2的输入端。C1和C2的参考电压VR1和VR2由VCC经三个五千欧电阻分压给出。在控制电压输入端VCO悬空时，VR1=2/3VCC,VR2=1/3VCC。如果VCO外接固定电压，则VR1=VCO,VR2=1/2VCO.RD是置零输入端。只要在RD端加上低电平，输出端v0便立即被置成低电平，不受其他输入端状态的影响。正常工作时必须使RD处于高电平。图中的数码1—8为器件引脚的编号。4、数码显示器数码显示器用4线的七段显示数码管。1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ10U1DCD_HEX4321功能表如下：四、功能模块如上所述，主电路分为两部分。1、检测和显示电路，电路图如下，并对电路进行仿真：数字43210123456789000000001100001111000011001100010101010111下面是对该电路部分的功能仿真，当水位开始下降并从上到下依次接触开关时，开关闭合，信号从开关输入，进入优先编码器进行编码，74LS148是低电平有效的优先编码器，输出信号进入锁存器锁存然后进入数码显示器，则电路显示出实时水位。下面是仿真结果：当水位降到第三个开关时12当水位降到底6个开关时仿真结果准确，进行下一模块的仿真。3、报警电路模块，电路图如下：13当水位过低开关闭合时，触发报警电路，此时报警灯与水泵抽水灯同时亮。仿真结果如下：可见，从报警电路模块的仿真来看，这个部分的功能也是正确的。五、总体设计电路图整体电路图如下：14图中水位监测开关感应水位，随着水位的下降依次闭合。当开关闭合时，电路中输入低电平给74LS148优先编码器进行优先编码，信号进入锁存器后，在数码显示管上显示出实时水位。当水位过低时，水位过低开关将会闭合，此时直接连接报警电路，信号通过555定时器输出到报警灯和水泵抽水灯上，使两灯点亮实现报警和抽水。仿真结果如下：水位正常并在降低151617当水位过低时，水位过低开关闭合六、实验心得这学期的课程设计终于结束了，心里感觉不错，感受到了我的未来，对以后的目标也有所明确，在课程报告设计的过程中，真正的发现了自己对知识的掌握不足，为自己敲响了警钟，以后要认真学习。在这次设计里我在指导老师的帮助下，也算是比较不错的完成了我们的课题。其实这也是对我能力与耐力的双重考验，当用软件进行防真的时候，当在电路箱上实际连线的时候，我才发现是多么考验我们的耐力，密布的导线，多个芯片的调试。总之，对我的收获比较大，通过亲自动手做实验才深深体会到18计划和实践之间的不同，不实践就不知道真正的现实的东西是在实践中得出来的，而且也能巩固下已经掌握的知识。两周的生活非常幸福，也得谢谢指导老师闫老师的细心指导，才能叫我从中体会那么多，这算是我大学生活中的一个美好的回忆了吧。