低成本水塔水位控制器设计.doc
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1、2011年度本科生毕业论文(设计)低成本水塔水位控制器设计院 系: 专 业: 年 级: 学生姓名: 学 号: 导师及职称: 2011年6月2011 Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate The design of low cost water level controller in towersDepartment: Engineering CollegeMajor: Electrical engineering and automationGrade: 2007Students Name: Zhang
2、ChenghuiStudent No.: 200703050106Tutor: Lecturer Yang YongfuJune, 2011毕业论文(设计)原创性声明本人所呈交的毕业论文(设计)是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文(设计)不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名: 日期: 毕业论文(设计)授权使用说明本论文(设计)作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文(设计)的规定,学校有权保留论文(设计)并向相关部门送交论文(设计)的电子
3、版和纸质版。有权将论文(设计)用于非赢利目的的少量复制并允许论文(设计)进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文(设计)的全部或部分内容。保密的论文(设计)在解密后适用本规定。 作者签名: 指导教师签名:日期: 日期: 毕业论文(设计)答辩委员会(答辩小组)成员名单姓名职称单位备注主席(组长)摘 要不论当今社会经济如何飞速发展,水在人们正常生活和生产中依然起着不可替代的重要作用。一旦断水,轻则给人们生活带来极大的不便,重则可能造成严重的生产事故及损失,因此人们对供水系统就提出了更高的要求,即及时、准确、安全、充足的供水。传统水塔供水是直接采用水泵,供水过程中只能通过认为判断水塔水位及水井水位,人
4、为控制水泵何时工作,何时停止,这样的供水过程,劳动强度大,工作效率低,安全性难以保障,因此必须对供水系统进行自动化控制的改造,从而实现提供足够的水量、平稳的水压。本文中的水塔水位控制器就是基于以上现实因素而设计的。本设计采用555时基电路实现了水塔水位的自动控制,是一种成本低、高实用价值的水塔水位控制器。它能自动完成上水、停水的循环,保证液面高度处于较理想的范围内,实现了高低电压的分离操作。它结构简单,制造成本低,可以有效的减少损失,是适用于家庭和工厂用水的理想供水设备。关键词:555时基电路;水位控制;低成本ABSTRACTNo matter how the economy rapid, w
5、ater in social life and production plays an important role. Once there have no water, it will give people life inconvenient, even may cause serious accidents and loss of production for water supply system, and puts forward a higher demand, meet timely, accurate, safe enough water supply. If still us
6、e manual mode, labor intensity and low working efficiency, which must be carried out to ensure the automatic control system so as to realize the transformation, provide enough water, this water level controller is designed according to the above problems.The design uses 555 timer, achieve automatic
7、control of water towers, This design is a low cost, high practical value of the water tower water level controller. It can automatically complete the pumped, water cycle, to ensure that the liquid level in the ideal range, its simple structure, low manufacturing cost, can effectively reduce losses,
8、is applicable to a variety of high-level ideal for liquid storage facilities. Key words: 555 timer;water level control;Low Cost目 录前言11.备选方案21.1 方案一21.1.1 设计电路图21.1.2 工作原理21.2 方案二31.2.1 设计方框图31.2.2 设计电路图31.2.3 工作原理42.方案选择及原理说明42.1 方案选择42.2 工作原理42.2.1 水塔水位控制电路工作原理42.2.2 水井水位控制电路工作原理42.3 主要元件说明及工作原理42.
9、3.1 555定时器42.3.2 电磁继电器63.主要单元组成及功能73.1 信号产生单元73.2 信号处理单元73.3 信号响应单元84.实物制作与元件检测84.1 PCB电路板设计84.1.1 元件布局规则84.1.2 元件布线规则94.2 元件检测94.2.1 电磁继电器的检测94.2.2 二极管的检测95.元件焊接与实物调试115.1 元件焊接115.2 实物调试115.2.1 水塔水位控制调试115.2.2 水井水位控制调试116.设计总结20参考文献13致谢14附录一:水位控制器整体电路原理图15附录二:protel绘制 PCB电路板图16附录三:元件列表17附录四:水位控制器设计
10、成品照片18前言在日常生活中和工业生产中,水位控制装置有着广泛的应用,如水塔,楼房水箱等。水位控制装置的形式有很多种,浮子开关式、行程开关式、电节点式、压力式、电子式、微机式等。这些装置或多或少地存在着一些缺点:浮子开关式采用机械结构,维护起来不方便;微机式控制装置,虽然操作方便,但造价较贵。本设计从实用性和经济性出发,设计了一种水位自动控制装置,该装置结构简单、维护方便、工作可靠、性能价格比优良,而且在不同程度上克服了其他方法的一些缺点,在多种场合下均可采用。具体说本设计不用PLC,也不用单片机,用集成电路(555时基电路)的硬件控制电路便能全部达到要求,而且还可具有控制灵敏、稳定可靠、电路
11、简单、操作简便、维护方便、性价比高的特点,成品可以直接用于安装在家庭、工厂、学校等水塔水位的自动上水和关断。1.备选方案1.1 方案一1.1.1 设计电路图(见图一)采用555时基集成电路组成的水位控制系统的电路图如图一所示。电路中555时基集成电路器IC 1构成施密特触发器完成整个水位控制功能。图一 单片555构成的简易水位控制电路1.1.2 工作原理图中A, B、C是三个电极检测点。当水位高于水位线A时,水泵停机,停止给水池加水;水位低于水位线B时,水泵工作,给水池加水。C电极是最低水位检测点,它连接于电源VDD,当水位低于水位线B时,C与B点不导通,导致IC 1的2, 6脚电位为零,55
12、5时基集成电路3脚输出高电平,VT1导通,继电器吸合,水泵给水池加水。当水位到达B点时,由于C,B两点在水的作用下被短路,使IC1的2、6脚电位大于1/3 VDD,此时IC1输出端3脚维持高电平不变,水泵继续给水池加水。当水位到达A点时,C, B, A三点被短路,使IC1的2, 6脚电位等于4/5 VDD,大于2/3 VDD,ICI的3脚输出低电平,VT1截止,继电器断开,水泵停止给水池加水。同理,当水位下降,但还高于B点,此时IC1的2, 6脚电位等于1/2 VDD,大于1/3 VDD,水泵仍然停止工作,只有水位低于B点时,此时IC1的2, 6脚电位为低电平, VT1导通,继电器吸合,水泵开
13、始向水池加水。如此循环往复使水池中的水位保持在B、A之间。1.2 方案二1.2.1 设计方框图 (见图二)图二 方案二设计方框图1.2.2 设计电路图(见图三)图三 两片555构成的水位控制电路图1.2.3 工作原理 本方案由降压整流电路、555触发电路(IC1、IC2)、继电器控制电路等组成。其中降压整流电路为整个控制电路提供12V直流电压,触发电路IC1对应水塔低水位泵水控制电路,触发电路IC2对应水井高水位泵水控制电路,通过这些单元的组合实现水塔水位的控制与检测。2.方案选择及原理说明2.1 方案选择 综合考虑方案的可实现性、控制精度、强弱电的分离控制,本次设计选择了方案二。方案二能够实
14、现基本控制之外,IC2对于水井高水位的控制,可以有效防止水泵的空转,加强了安全性与可靠性。2.2 工作原理 2.2.1 水塔水位控制电路工作原理当水塔内的水位探极A高于塔内的水位线时,IC1(555)脚为“地”电位,使IC1发生置位,脚输出的高电平使继电器J1吸合,触点K1闭合,抽水电机因得电而运转,进行抽水;当水位上升至探极C时,相应IC1复位,输出的低电平使J1释放,触点K1断开,抽水机断电停转,从而对水塔水位实现自动控制。2.2.2 水井水位控制电路工作原理置于水井中的探极D、E,正常情况下应在水面以下一定深度处,使IC2(555)因脚为高电平而复位,脚输出的低电平使J2吸合,触点K2闭
15、合。当因连续抽水而使D、E探极高于水面时,IC2因脚为低电平而发生置位,脚输出的高电平使J2释放,触点K2断开,电机断电停转,从而避免电机空转,同时对水井水位进行检测。2.3 主要元件说明及工作原理2.3.1 555定时器555 定时器成本低,性能可靠,只需要外接几个电阻、电容,就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它的电源电压范围宽,可在 4.5V16V 工作,输出驱动电流约为 200mA,因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容,图四是555内部框图及引脚排列1。图四 555定时器内部框图及引脚排列电路工作原理:555定时器内部电路方框图如上图
16、所示。它含有两个电压比较器,一个基本RS触发器,一个放电开关管T,比较器的参考电压由三只 5K的电阻器构成的分压器提供。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚,即高电平触发输入并超过参考电平2/3 VCC时,触发器复位,555的输出端3脚输出低电平,同时放电开关管导通;当输入信号自2脚输入并低于1/3 VCC时,触发器置位,555的3脚输出高电平,同时放电开关管截止。是复位端(4脚),当0,555输出低电平。平时 端开路或接VCC 。VC是控制电压端(5脚),平时输出2/3 VCC作为比较器A1 的参考电平,当5脚外接一个输入电压,即改变了比较器的参考电平,从而
17、实现对输出的另一种控制,在不接外加电压时,通常接一个0.01f的电容器到地端,起滤波作用,以消除外来的干扰,以确保参考电平的稳定2。T为放电管,当T导通时,将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断3。2.3.2 电磁继电器继电器是具有隔离功能的自动开关元件,在我们设计当中主要式自动控制作用,本设计采用+12V的直流电来控制220V的交流电,以达到控制水泵的目的,因为这里是用弱电来控制强电,所以安装和使用的过程当中我们一定要注意用电安全。电磁继电器内部电路图(见图五)图五 电磁继
18、电器内部电路图电磁继电器的工作原理:电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的4。3.主要单元组成及功能3.1 信号产生单元信号产生单元主要由IC1和IC2两片NE555芯片的引脚引出的探极和水塔与水井(水杯模拟)组成。该单元的目的是产生有效的
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