水塔水位控制系統(tǒng)電子課程設(shè)計全文

1、目錄 第一章引言 2 第二章方案提出 4 第三章電路的根本組成和工作原理 6 第一節(jié)電源電路 6 第二節(jié)水位檢測電路 7 第三節(jié)電阻開關(guān)電路和顯示電路 8 第四章水塔水位電路的介紹圖 9 第五章水塔水位電路的仿真 12 第六章器件清單 16 第七章總結(jié) 17 參考文獻(xiàn)及附錄 18第一章引言 1、研究的目的 水塔水位限制系統(tǒng)是我國住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng),傳統(tǒng)的限制方式存在限制精度低、能耗大的缺點(diǎn),而自動限制原理,依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),保持水壓恒定以滿足用水要求,從而提升了供水系統(tǒng)的質(zhì)量.而且本錢低,安裝方便,經(jīng)過屢次實(shí)驗(yàn)證實(shí),靈敏性好,是節(jié)約水源,方便家庭和單位限制水塔水位

2、的理想裝置.水塔水位限制系統(tǒng)采用交流電壓檢測水位,水位低于下限 B 點(diǎn)水位時,水泵抽水,水位到達(dá)最高水位線 A 時,水泵停止抽水,水位降低到最低水位線 B 以下時,恢復(fù)運(yùn)行抽水.從而實(shí)現(xiàn)自動限制. 2、研究的意義 不管社會經(jīng)濟(jì)如何飛速,水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著重要的作用.一旦斷了水,輕那么給人民生活帶來極大的不便,重那么可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故及損失,從而對供水系統(tǒng)提出了更高的要求,滿足及時、準(zhǔn)確、平安充足的供水.如果仍然使用人工方式,勞動強(qiáng)度大,工作效率低,平安性難以保證,由此必須進(jìn)行自動化限制系統(tǒng)的改造,從而實(shí)現(xiàn)提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓.我的設(shè)計采用分立的電路實(shí)現(xiàn)超高、低警戒水位處理,

3、實(shí)現(xiàn)自動限制,而到達(dá)節(jié)能的目的,提升了供水系統(tǒng)的質(zhì)量. 3、主要內(nèi)容及要求 本次課程設(shè)計要求設(shè)計一個簡易的水塔水位限制電路,該系統(tǒng)具有水位上下限手動限制、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)指示等功能.使用過程中,可以手動選擇一組上、下限的水位組合,低于下限兩個電機(jī)同時運(yùn)轉(zhuǎn)；水位在上、下限之問,一個電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；高于上限,兩個電機(jī)都停止運(yùn)轉(zhuǎn),電路還設(shè)計了防止上、下限出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象的功能. 隨著科技的開展人們對水位限制的需求越來越多,它不僅要具有限制水位的功能,而且要能自動限制,從而能解放人力,在不需要人為限制的同時它還要能夠調(diào)節(jié)限制水位的范圍,我設(shè)計的這個電路由電源電路,水位監(jiān)測電路,水位范圍測量電路,水泵開關(guān)電路和顯示電路組

4、成.它采用了二極管、三極管、穩(wěn)壓管、滯回比擬器、繼電器、三端穩(wěn)壓電路等多種電子元件來實(shí)現(xiàn)以下為各局部電路及元件原理.第二章方案提出 第一節(jié)總體電路方案介紹 如圖 1 為簡易水塔水位限制電路系統(tǒng)組成圖,他由電源電路,水位檢測電路,水泵開關(guān)電路和顯示電路組成.各局部電路的組成及其用途如下： 水位檢測電路： 利用傳感器檢測水位變化,實(shí)現(xiàn)由位移轉(zhuǎn)化成電信號的功能. 水泵開關(guān)電路：完成限制電路和水泵通放水的轉(zhuǎn)換 顯示電路：利用發(fā)光二極管燈泡將水泵狀態(tài)顯示出來 電源電路：為上述所有電路提供直流電源 第二節(jié)對水位檢測電路方案的論證 本次設(shè)計所考慮的方案有以下幾種： 一、利用浮力原理使浮標(biāo)帶動觸頭工作,進(jìn)而影

5、響參考點(diǎn)電位發(fā)生變化,然后通過滯回比擬器的比擬限制交流接觸器工作,實(shí)現(xiàn)水塔無水時自動開啟水泵電動機(jī),水滿時自動關(guān)閉的自動限制目的.鑒于當(dāng)前水塔利用增多,此次設(shè)計簡單易行、本錢低廉、便于安裝的水泵自控電路. 二、 通過兩到三根電極放在水中,高度不同,其中一條伸到水底當(dāng)?shù)鼐€ 如果底部是金屬的也可以省去它,另外兩條一個在低水位一個在高水位上,當(dāng)?shù)退坏膶Φ厥ミB接時說明水位低,當(dāng)兩條都對地連接說明水位高； 三、是用絕緣電極電容式測量,用兩根或兩組外表絕緣的電極垂直伸進(jìn)水底,通過測量電極上的電容量變化情況測定水位,水作為電容的介質(zhì),水位越高電容越大,只要測定一下上下水位時的電容量就可以知道結(jié)果了. 本

6、次設(shè)計主要采用第一種方案. 第三章電路的根本組成和工作原理 第一節(jié)電源電路 如圖 2 為電源電路直接可以從電網(wǎng)供電,通過變壓器電路,整流電路, 濾波電路,和穩(wěn)壓電路直接將電網(wǎng)中的 220V 交流電轉(zhuǎn)換成+12V 的支流電壓.其各局部功能如下： 一、變壓器： 采用常規(guī)的鐵心變壓器,將高壓轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪? 整流電路： 采用二極管橋式電路,任務(wù)是將交流電換成直流電,這主要靠二極管的 單向?qū)щ娮饔?T 為電源變壓器,作用是將交流電網(wǎng)電壓變成整流電路 要求的電壓價.其優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高,紋波電壓小,管子所承受的最大反向電壓底. 由 C1,C2,C3,C4 構(gòu)成,用于濾去整流輸出電壓中的紋波,本電路采用電容輸入

7、式,電容具有平波作用.使紋波較小,適用于負(fù)載電壓較高,負(fù)載變動不大的電路. 三、穩(wěn)壓電路： 采用三端穩(wěn)壓集成電路,有輸入,輸出和接地端,內(nèi)部由啟動電路,基準(zhǔn)電壓電路,取樣比擬放大電路,調(diào)整電路和保護(hù)電路組成.電路中接入電容用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償預(yù)防穩(wěn)壓器自激振蕩和抑制電路引入的高頻干擾,另一方面以減少穩(wěn)壓電源輸出端由輸出電源引入的低干擾. 濾波電路： 第二節(jié)水位檢測電路 1水位監(jiān)測電路由可變電阻圖 3 中 R9和浮標(biāo)傳感器 R0 組成.浮標(biāo)傳感器的工作原理是通過水面浮標(biāo)位置的變化從而改變連入電路中的變阻器 R0大小,引起 Vs 的變化,從而把位置信號轉(zhuǎn)變成電信號.而圖 3 中右半局部是由 2個穩(wěn)壓管

8、代表的參考電壓電路,圖 3 中兩個參考電壓值 V1 和 V2 分別代表了水位的下限值 hl 和上限值 h2,由于參考電源產(chǎn)生電路輸出端接入比擬器,參加穩(wěn)壓管就是預(yù)防參考電壓不穩(wěn). 2水位測量電路的功能有兩個：第一是確定實(shí)際水位和水位限制范圍的大小關(guān)系；第二是采用滯回比擬器代替單門線比擬器從而預(yù)防了跳閘現(xiàn)象的出現(xiàn). 圖 3 中當(dāng) Vf1VsVf2時,V1 輸出低電平,V2 輸出高電平,當(dāng) VsVf1-Vf2時,V1 和 V2 均輸出高電平,反之,那么輸出低電平.其次,本電路通過滯回比擬器代替門限比擬器來預(yù)防跳閘現(xiàn)象.滯回比擬器 Uf1=4.7v,Uf1=3.6v,Uf2=8.4v,Uf2=7.3

9、v,回差范圍 4Uf=1.1v,也就是說,比擬器上下電平之間的相互轉(zhuǎn)換有了 1.1v 的差異,因此預(yù)防跳閘現(xiàn)象的發(fā)生. 圖 2 圖 3 第三節(jié)水泵開關(guān)電路和顯示電路 水泵開關(guān)電路是由三極管電路和繼電器電路構(gòu)成,電路輸入如圖 4: 當(dāng) hh1h2 時,兩個三極管均導(dǎo)通,水泵兩水泵開始放水；當(dāng) h1hh2 時,V1、V2 輸出都為低電平,T1,T2 都截止,兩水泵停止放水. 下列圖是對hh1Vf1而Vf2 兩個比擬器均輸出低電平,電動機(jī)均不工作,即如下表 1,總電路圖如下列圖 5,圖6: h1下限 H2上限 操作 電機(jī)停轉(zhuǎn) 圖 5 水塔水位限制系統(tǒng)總電路圖 Transl 圖 612V 電源產(chǎn)生電路

10、 第五章水塔水位電路的仿真 1 .水位監(jiān)測電路和參考電壓電路 水位監(jiān)測電路和參考電壓電路的仿真,圖 7 中的穩(wěn)壓管為理想穩(wěn)壓管穩(wěn) 壓值 8v. 2 .水位測量電路 水位測量電路的仿真,采用上個參考電壓電路的參考值 4V 和 8v,可看出 圖 8 中比擬器輸出 V1=1.882v;V2=10.12v1gv3T2KQhm IAA- I2V 3 .水泵開關(guān)電路 圖 9 中水泵開關(guān)電路采用了上個電路比擬器得輸出值,V1=1.9v;V2=10.1v, 可看到正如預(yù)期一樣,2 號小燈泡亮,說明只有一個水泵工作.同時按 照流入電流 Ib=25UA 算出限流電阻為 372 千歐 lOkQhm -WV- lOk

11、Dhr 74* IDk 1D.1ZW *1即T駕| I;g *! T 1-Jim 372kOhn 7、：、,|右乃匐謝 10W22QV 叫,Oaace10Ohm 372kOhm fi.de 10Ohiv I0VW22CV 2207 T ISKsSIQE 4 .電源電路的仿真 電源電路采用市電 220v,經(jīng)圖 10 中變壓器22:1變?yōu)?12V 圖 11 5.總電路的仿真 154.503二 _a_y1.Ir=* ra 曾 cl 第六章器件清單 符號 類別 數(shù)目 D5,D6 穩(wěn)壓管 2 D1,D2,D3,D4 二極管 IN4148 4 D7,D8 發(fā)光二極管 2 T1,T2 三極管 9013 2

12、J1,J2 繼電器 JQA4F12V 2 T 變壓器 1 C1 470uF 1 C2,C4 0.1uF 2 C3 47uF 1 D BRIDGE1 1 U1,U2 運(yùn)放 LM324 2 U9 穩(wěn)壓器 MC78L12CP 1 第七章總結(jié) 這一周終于在充實(shí)和忙碌,迷茫和需找悄悄的過去了. 由于以前沒有做過類似的設(shè)計,有許多的地方不是很符合要求,等做過這次課程設(shè)計之后對以后的類似的課程設(shè)計以及畢業(yè)論文都有很大得幫助.在最初拿到題目的時候感到有些無所適從,不知道從哪下手.但是經(jīng)過查閱一些資料和看一些相關(guān)的例子,思路逐漸的清楚起來,雖然在設(shè)計過程中出現(xiàn)了很多的困難,但是通過自己的努力解決了一局部,剩下的

13、也通過和同學(xué)討論和請教老師一一解決了.雖然其中走了很多的彎路,但是我在這一周的時間里是充實(shí)的,在這一周里使我對電工和電子課程有了更深一步的了解和掌握.不僅豐富了課本的理論知識,而且鍛煉了自己的水平.這次的課程設(shè)計,是一次理論與實(shí)踐的結(jié)合,也可以說讓我們平時的積累得到了一次施展,讓我加深了對電子技術(shù)的理解,明白了所學(xué)知識的重要性和自己理論知識的欠缺,增加了自己對所學(xué)課程的興趣.將理論和實(shí)踐相結(jié)合使自己的水平有了很大的提升. 課程設(shè)計是本科生教學(xué)不可缺少的局部,通過本課程設(shè)計的練習(xí)過程,使我牢固的掌握了電子技術(shù)的相關(guān)知識,特別是一些元器件的應(yīng)用知識,這些在課本上是沒法系統(tǒng)的學(xué)到的,通過本設(shè)計,我能了解各種元器件的特性,并且利用他們來完成我的目的.使我對電子技術(shù)整本書有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了一遍,同時我查閱相關(guān)的資料,豐富的我的知識面,鍛煉了自己的動手操作水平. 這次課程設(shè)計提升了我的動手水平,加深了知識點(diǎn)的學(xué)習(xí),在合作中曾強(qiáng)了同學(xué)之間的了解,加深了同學(xué)之間的友誼.同時再請教老師的過程中也曾加了和老師的接觸,同時這次課程設(shè)計有辯論環(huán)節(jié),這也是 畢業(yè)辯論的一次演練從而使我們更加了解辯論流程,辯論方法,為畢業(yè)辯論做好充分的準(zhǔn)備.順利完成這次課程設(shè)計,不僅要感謝一些同學(xué)的熱心幫助,尤要感謝老師的耐