水塔水位控制系統(tǒng)電子課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 引言 ……………………………… 2</p><p>　　第二章 方案提出 …………………………… 4</p><p>　　第三章 電路的基本組成和工作原理 ……… 6</p><p>　　第一節(jié) 電源電路 …………………

2、…… 6</p><p>　　第二節(jié) 水位檢測(cè)電路 ………………… 7</p><p>　　第三節(jié) 電阻開(kāi)關(guān)電路和顯示電路……… 8</p><p>　　水塔水位電路的介紹圖………… 9</p><p>　　第五章 水塔水位電路的仿真……………… 12</p><p>　　第六章 器件

3、清單……………………… 16</p><p>　　第七章 總結(jié) ………………………………… 17</p><p>　　參考文獻(xiàn)及附錄 …………………………………18</p><p><b>　　第一章 引言</b></p><p><b>　　1、研究的目的</b></p&g

4、t;<p>　　水塔水位控制系統(tǒng)是我國(guó)住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng),傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點(diǎn),而自動(dòng)控制原理, 依據(jù)用水量的變化自動(dòng)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, 從而提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。而且成本低，安裝方便，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)證明，靈敏性好，是節(jié)約水源，方便家庭和單位控制水塔水位的理想裝置。水塔水位控制系統(tǒng)采用交流電壓檢測(cè)水位，水位低于下限B點(diǎn)水位時(shí)，水泵抽水，水位達(dá)到最高水位線A時(shí)，水泵停

5、止抽水，水位降低到最低水位線B以下時(shí)，恢復(fù)運(yùn)行抽水。從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。</p><p><b>　　2、研究的意義</b></p><p>　　不論社會(huì)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，輕則給人民生活帶來(lái)極大的不便，重則可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故及損失，從而對(duì)供水系統(tǒng)提出了更高的要求，滿足及時(shí)、準(zhǔn)確、安全充足的供水。如果仍然使用人工方式，勞

6、動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，安全性難以保障，由此必須進(jìn)行自動(dòng)化控制系統(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(jì)采用分立的電路實(shí)現(xiàn)超高、低警戒水位處理,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,而達(dá)到節(jié)能的目的,提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。</p><p><b>　　3、主要內(nèi)容及要求</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的水塔水位控制電路，該系統(tǒng)具有水位上下限手動(dòng)控制、電機(jī)

7、運(yùn)轉(zhuǎn)指示等功能.使用過(guò)程中，可以手動(dòng)選擇一組上、下限的水位組合，低于下限兩個(gè)電機(jī)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)；水位在上、下限之間，一個(gè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；高于上限，兩個(gè)電機(jī)都停止運(yùn)轉(zhuǎn)，電路還設(shè)計(jì)了防止上、下限出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象的功能。</p><p>　　隨著科技的發(fā)展人們對(duì)水位控制的需求越來(lái)越多，它不僅要具有控制水位的功能，而且要能自動(dòng)控制，從而能解放人力，在不需要人為控制的同時(shí)它還要能夠調(diào)節(jié)控制水位的范圍，我設(shè)計(jì)的這個(gè)電路由電源電路，水位監(jiān)測(cè)電

8、路，水位范圍測(cè)量電路，水泵開(kāi)關(guān)電路和顯示電路組成。它采用了二極管、三極管、穩(wěn)壓管、滯回比較器、繼電器、三端穩(wěn)壓電路等多種電子元件來(lái)實(shí)現(xiàn)以下為各部分電路及元件原理。</p><p><b>　　第二章 方案提出</b></p><p>　　第一節(jié) 總體電路方案介紹</p><p>　　如圖1為簡(jiǎn)易水塔水位控制電路系統(tǒng)組成圖，他由電源電路，水位

9、檢測(cè)電路，水泵開(kāi)關(guān)電路和顯示電路組成。各部分電路的組成及其用途如下：</p><p>　　水位檢測(cè)電路：利用傳感器檢測(cè)水位變化，實(shí)現(xiàn)由位移轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的功能。</p><p>　　水泵開(kāi)關(guān)電路：完成控制電路和水泵通放水的轉(zhuǎn)換</p><p>　　顯示電路：利用發(fā)光二極管（燈泡）將水泵狀態(tài)顯示出來(lái)</p><p>　　電源電路：為上述所有電路提

10、供直流電源</p><p>　　第二節(jié) 對(duì)水位檢測(cè)電路方案的論證</p><p>　　本次設(shè)計(jì)所考慮的方案有以下幾種：</p><p>　　一、利用浮力原理使浮標(biāo)帶動(dòng)觸頭工作,進(jìn)而影響參考點(diǎn)電位發(fā)生變化，然后通過(guò)滯回比較器的比較控制交流接觸器工作,實(shí)現(xiàn)水塔無(wú)水時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟水泵電動(dòng)機(jī),水滿時(shí)自動(dòng)關(guān)閉的自動(dòng)控制目的。鑒于當(dāng)前水塔利用增多,此次設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易行、成本低廉、便于安

11、裝的水泵自控電路。</p><p>　　二、通過(guò)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(gè)在低水位一個(gè)在高水位上，當(dāng)?shù)退坏膶?duì)地失去連接時(shí)說(shuō)明水位低，當(dāng)兩條都對(duì)地連接說(shuō)明水位高；</p><p>　　三、是用絕緣電極電容式測(cè)量，用兩根(或兩組)外表絕緣的電極垂直伸進(jìn)水底，通過(guò)測(cè)量電極上的電容量變化情況測(cè)定水位，水作為電容的介質(zhì)，水位

12、越高電容越大，只要測(cè)定一下高低水位時(shí)的電容量就可以知道結(jié)果了。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要采用第一種方案。</p><p>　　第三章 電路的基本組成和工作原理</p><p><b>　　第一節(jié) 電源電路</b></p><p>　　如圖2為電源電路直接可以從電網(wǎng)供電，通過(guò)變壓器電路，整流電路，濾波電路，和穩(wěn)壓電

13、路直接將電網(wǎng)中的220V交流電轉(zhuǎn)換成+12V的支流電壓。其各部分功能如下：</p><p><b>　　變壓器：</b></p><p>　　采用常規(guī)的鐵心變壓器，將高壓轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪骸?lt;/p><p><b>　　整流電路：</b></p><p>　　采用二極管橋式電路，任務(wù)是將交流電換成直流電，這

14、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(jià)。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。</p><p><b>　　濾波電路：</b></p><p>　　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(dòng)不大的電路

15、。</p><p><b>　　穩(wěn)壓電路：</b></p><p>　　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(dòng)電路，基準(zhǔn)電壓電路，取樣比較放大電路，調(diào)整電路和保護(hù)電路組成。電路中接入電容用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償防止穩(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。</p><p>　　第二節(jié)

16、水位檢測(cè)電路</p><p>　?。?）水位監(jiān)測(cè)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(guò)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(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。而圖3中右半部分是由2個(gè)穩(wěn)壓管代表的參考電壓電路，圖3中兩個(gè)參考電壓值V1和V2分別代表了水位的下限值h1和上限值h2.由于參考電源產(chǎn)生電路輸出端接入比較器，加入穩(wěn)壓管就是防止參考電壓不穩(wěn)。&l

17、t;/p><p>　　2）水位測(cè)量電路的功能有兩個(gè)：第一是確定實(shí)際水位和水位控制范圍的大小關(guān)系；第二是采用滯回比較器代替單門(mén)線比較器從而防止了跳閘現(xiàn)象的出現(xiàn)。</p><p>　　圖3中當(dāng)Vf1<Vs<Vf2~時(shí)，V1輸出低電平，V2輸出高電平，當(dāng)Vs <Vf1~ < Vf2~時(shí)，V1和V2均輸出高電平，反之，則輸出低電平。其次，本電路通過(guò)滯回比較器代替門(mén)限比較器來(lái)防止

18、跳閘現(xiàn)象。滯回比較器Uf1=4.7v，Uf1~`=3.6v, Uf2=8.4v,Uf2~`=7.3v,回差范圍△Uf=1.1v,也就是說(shuō)，比較器高低電平之間的相互轉(zhuǎn)換有了1.1v的差別，因此防止跳閘現(xiàn)象的發(fā)生。</p><p>　　水泵開(kāi)關(guān)電路和顯示電路</p><p>　　水泵開(kāi)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：</p><p>　　當(dāng)h<

19、;h1<h2時(shí)，兩個(gè)三極管均導(dǎo)通，水泵兩水泵開(kāi)始放水；當(dāng)h1<h<h2時(shí),V1輸出為低電平，V2輸出為高電平，T1截止，T2導(dǎo)通，有一水泵放水；當(dāng)h>h2 時(shí),V1、V2輸出都為低電平，T1，T2都截止，兩水泵停止放水。</p><p>　　下圖是對(duì)h<h1<h2情況的仿真，V1=1.9v,V2=10.1v,T2導(dǎo)通。燈泡兒亮。</p><p><

20、b>　　一、開(kāi)關(guān)電路</b></p><p><b>　?。ㄒ唬├^電器電路：</b></p><p>　　繼電器是自動(dòng)控制電器執(zhí)行和控制的元件，它是將小電流，小功率的轉(zhuǎn)化為大電流，大功率的開(kāi)關(guān)元件。 由于水泵發(fā)電機(jī)中要通過(guò)大電流，產(chǎn)生大功率致使支流 電源無(wú)法提供，因此需用交流供電，故電路中開(kāi)關(guān)必須采用繼電器電路</p><p>

21、;　?。ǘ┤龢O管電路： </p><p>　　它構(gòu)成的電流放大電路是一種比較典型的和簡(jiǎn)單的電路。R10，R11為限流電阻，防止輸入電流過(guò)大燒毀三極管，三極管為共集電極電路。當(dāng)輸入電壓為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通飽和，可以將輸入電流放大；當(dāng)輸入電壓為低電平時(shí)，三極管截止，無(wú)電流通過(guò)。</p><p>　?。ㄈ├^電器連接三極管發(fā)射極，當(dāng)有電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)吸合，線圈KM(圖中由電阻代替)通電，對(duì)應(yīng)

22、水泵開(kāi)始放水；當(dāng)無(wú)電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)對(duì)應(yīng)水泵停止放水。</p><p><b>　　二、 顯示電路：</b></p><p>　　如虛線右方電路所示，通過(guò)發(fā)光二極管(燈泡)亮滅來(lái)顯示是否電路通路，水泵是否工作。</p><p>　　第四章 水塔水位電路的介紹</p><p><b>　　工作原理</b&

23、gt;</p><p>　　電源電路直接可以從電網(wǎng)供電，通過(guò)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。當(dāng)水塔水位過(guò)低時(shí)，水面上的浮標(biāo)拖動(dòng)滑動(dòng)變阻器，使電位vs小于Vf1、Vf2,從而使兩個(gè)比較器T1、T2輸出高電平，繼電器通電，三極管導(dǎo)通，KM線圈因通電而吸合，從而正常起動(dòng)電機(jī)，并接通相關(guān)電路開(kāi)關(guān)電源，帶動(dòng)水泵工作，給水塔供水；當(dāng)水位處于上下限之間時(shí)，水位上升

24、，浮標(biāo)使連入電路中的電阻增加，導(dǎo)致Vs>Vf1而<Vf2,比較器T1輸出低電平，T2輸出高電平，只有一個(gè)電機(jī)工作，給水塔放水。當(dāng)水位已滿時(shí)，通過(guò)浮標(biāo)的作用使Vs>Vf2,兩個(gè)比較器均輸出低電平，電動(dòng)機(jī)均不工作，即如下表1，總電路圖如下圖5，圖6：</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　第五章 水塔水位電路的仿真</p&g

25、t;<p>　　1.水位監(jiān)測(cè)電路和參考電壓電路</p><p>　　水位監(jiān)測(cè)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。</p><p><b>　　2.水位測(cè)量電路</b></p><p>　　水位測(cè)量電路的仿真，采用上個(gè)參考電壓電路的參考值4v和8v,可看出圖8中比較器輸出V1=1.882v;V2=10.1

26、2v。</p><p><b>　　3.水泵開(kāi)關(guān)電路</b></p><p>　　圖9中水泵開(kāi)關(guān)電路采用了上個(gè)電路比較器得輸出值，V1=1.9v;V2=10.1v,可看到正如預(yù)期一樣，2號(hào)小燈泡亮，說(shuō)明只有一個(gè)水泵工作。同時(shí)按照流入電流Ib=25UA,算出限流電阻為372千歐。</p><p><b>　　4.電源電路的仿真</

27、b></p><p>　　電源電路采用市電220v，經(jīng)圖10中變壓器（22:1）變?yōu)?2v。</p><p><b>　　第六章 器件清單</b></p><p><b>　　第七章 總結(jié)</b></p><p>　　這一周終于在充實(shí)和忙碌，迷茫和需找悄悄的過(guò)去了。</p>&

28、lt;p>　　因?yàn)橐郧皼](méi)有做過(guò)類似的設(shè)計(jì)，有許多的地方不是很符合要求，等做過(guò)這次課程設(shè)計(jì)之后對(duì)以后的類似的課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)論文都有很大得幫助。在最初拿到題目的時(shí)候感到有些無(wú)所適從，不知道從哪下手。但是經(jīng)過(guò)查閱一些資料和看一些相關(guān)的例子，思路逐漸的清晰起來(lái)，雖然在設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)了很多的困難，但是通過(guò)自己的努力解決了一部分，剩下的也通過(guò)和同學(xué)討論和請(qǐng)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(shí)間里是充實(shí)的，在這一周里使

29、我對(duì)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(shí)，而且鍛煉了自己的能力。這次的課程設(shè)計(jì)，是一次理論與實(shí)踐的結(jié)合，也可以說(shuō)讓我們平時(shí)的積累得到了一次施展，讓我加深了對(duì)電子技術(shù)的理解，明白了所學(xué)知識(shí)的重要性和自己理論知識(shí)的欠缺，增加了自己對(duì)所學(xué)課程的興趣。將理論和實(shí)踐相結(jié)合使自己的能力有了很大的提高。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)是本科生教學(xué)不可缺少的部分，通過(guò)本課程設(shè)計(jì)的練習(xí)過(guò)程，使我牢固的掌握

30、了電子技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，特別是一些元器件的應(yīng)用知識(shí)，這些在課本上是沒(méi)法系統(tǒng)的學(xué)到的，通過(guò)本設(shè)計(jì)，我能了解各種元器件的特性，并且利用他們來(lái)完成我的目的。使我對(duì)電子技術(shù)整本書(shū)有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了一遍，同時(shí)我查閱相關(guān)的資料，豐富的我的知識(shí)面，鍛煉了自己的動(dòng)手操作能力。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)提高了我的動(dòng)手能力，加深了知識(shí)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(shí)再請(qǐng)教老師的過(guò)程中也曾加了和老師

31、的接觸，同時(shí)這次課程設(shè)計(jì)有答辯環(huán)節(jié)，這也是畢業(yè)答辯的一次演練從而使我們更加了解答辯流程，答辯方法，為畢業(yè)答辯做好充分的準(zhǔn)備。順利完成這次課程設(shè)計(jì)，不僅要感激一些同學(xué)的熱心幫助，尤要感激老師的耐心指導(dǎo)，是他的指導(dǎo)才讓我們的設(shè)計(jì)更加完善合理，并讓我們從中學(xué)到很多實(shí)踐知識(shí)。</p><p>　　第八章 參考文獻(xiàn)</p><p>　　電子設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2010.1</p

32、><p>　　張曉東，電工實(shí)習(xí)電子制作，國(guó)防工業(yè)出版社，2005.1</p><p>　　劉修文，新編電子控制電路300路，機(jī)械工業(yè)出版社，2005.10</p><p>　　姚福安，電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐，山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001.6</p><p>　　李銀花，電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)，北京航空大學(xué)出版社，1999、10</p><