水塔自動(dòng)上水課程設(shè)計(jì)

1、目錄一、設(shè)計(jì)目的1二、設(shè)計(jì)要求1三、設(shè)計(jì)方案1四、設(shè)計(jì)組成及原理分析4五、元器件的選用及其參數(shù)12六、設(shè)計(jì)總結(jié)13七、參考文獻(xiàn)14一、設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)是在前導(dǎo)驗(yàn)證性認(rèn)知實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行更高層次的命題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生在教師指導(dǎo)下獨(dú)立查閱資料、設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試特定功能的電子電路。培養(yǎng)學(xué)生利用模擬、數(shù)字電路知識(shí)，解決電子線路中常見實(shí)際問題的能力，使學(xué)生積累實(shí)際電子制作經(jīng)驗(yàn)，目的在于鞏固基礎(chǔ)、注重設(shè)計(jì)、培養(yǎng)技能、追求創(chuàng)新、走向?qū)嵱谩６?、設(shè)計(jì)要求1）設(shè)計(jì)制作一個(gè)帶保護(hù)裝置的水塔自動(dòng)進(jìn)水邏輯電路。2）要求有水滿、進(jìn)水、水量不足指示，當(dāng)水位低時(shí)要自動(dòng)進(jìn)水，滿時(shí)要及時(shí)斷電停水，水位過低時(shí)能停止出水。三、設(shè)

2、計(jì)方案1.設(shè)計(jì)方案分析每部分電路都有其相應(yīng)功能：首先有信號(hào)產(chǎn)生部分產(chǎn)生整個(gè)電路的輸入信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理之后，輸出其他電路的控制信號(hào)，控制其他電路工作，電機(jī)控制電路部分接收到有信號(hào)處理電路輸出的有效控制信號(hào)后正常工作驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)抽水，使水位上升，而水位的變化又直接關(guān)系到信號(hào)的產(chǎn)生，因此有個(gè)循環(huán)的過程，即使水位保持在一定范圍內(nèi)，水位顯示電路接收到有效信號(hào)后驅(qū)動(dòng)顯示器工作，使其顯示該時(shí)刻的水位；水位超限時(shí)輸出為電機(jī)停止的有效控制信號(hào)使上水電路停止工作。由“信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)處理電機(jī)控制水位變化信號(hào)產(chǎn)生”這個(gè)循環(huán)就能使水塔具有自動(dòng)控制水位的能力。方案一、通過NE555接成施密特觸發(fā)電路，利用v1-v0

3、電壓傳輸特性就可以達(dá)到水塔自動(dòng)進(jìn)水，不會(huì)產(chǎn)生水滿而溢出的目的。        自動(dòng)進(jìn)水：當(dāng)水位下降低于A點(diǎn)時(shí)，A點(diǎn)懸空。IC的2腳低于13，其3腳輸出高電平，水塔被啟動(dòng)，水位逐漸上升。       中間保持：當(dāng)水位上升到點(diǎn)到點(diǎn)之間時(shí)，此時(shí)P點(diǎn)電位控制在12左右，觸發(fā)器保持原來的狀態(tài)不變。因?yàn)榇藭r(shí)電路不工作，所以水位一直保持在A點(diǎn)與C點(diǎn)之間，不再上升。停止進(jìn)水：當(dāng)水位達(dá)到C時(shí)，此時(shí)輸出信號(hào)V0變?yōu)榈碗娖剑率购罄m(xù)電機(jī)上水電路不工作。以上過程形成循環(huán)，在正常情

4、況下一直保持水塔水位大于下限水位。方案二：通過基本用與非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器，（1，1）輸入狀態(tài)輸出Q保持功能，從而控制后續(xù)電機(jī)電路，來實(shí)現(xiàn)上水。其中 A=S, (BC)'=R，S和R為基本RS觸發(fā)器的輸入端，Q為觸發(fā)器的輸出端，繼電器1為進(jìn)水電機(jī)控制器，繼電器2為出水電機(jī)控制器。ABC水位信號(hào)-RS觸發(fā)信號(hào)-輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換表ABCSRQ繼電器1繼電器2000011工作不工作100111工作工作110111工作工作111100不工作工作110110不工作工作100110不工作工作000011工作不工作論證：由于方案二電路圖設(shè)計(jì)簡單，易于理解，基本RS觸發(fā)器使用比較熟悉。而且方案二所用元件價(jià)

5、格相對(duì)合理。所以我選擇第二個(gè)方案。電機(jī)電機(jī)控制2.總體設(shè)計(jì)圖顯示器水位顯示信號(hào)處理信號(hào)產(chǎn)生由任務(wù)分析可知該設(shè)計(jì)電路有兩個(gè)功能：水位控制、水位顯示。而要有這些功能就必須要有使其工作的控制信號(hào)，所以首先即必須要有輸入信號(hào)，因?yàn)槿蝿?wù)要求是自動(dòng)控制，所以輸入信號(hào)也必須由電路自己產(chǎn)生而不能人為加入，因此可以將整個(gè)電路設(shè)計(jì)為以下部分：信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)處理、電機(jī)控制和水位顯示電路。整體電路框架如上圖所示。四、設(shè)計(jì)組成及原理分析信號(hào)產(chǎn)生部分 該電路的目的是產(chǎn)生有效的輸入信號(hào)，主要原理是利用水的弱導(dǎo)電性。水屬于弱導(dǎo)電質(zhì)、即使這樣也可以通過水來傳遞微弱的電信號(hào)，鑒于此原理，初步將該電路設(shè)計(jì)成由水面上升與下降來控制電

6、信號(hào)的接通與斷開；當(dāng)水位上升時(shí)接通電信號(hào)；當(dāng)水位下降時(shí)斷開電信號(hào)。按此分析，只要在水塔里放上用來傳遞電信號(hào)的探頭，則水位上升到探頭位置時(shí)接通電信號(hào)；水位低于探頭位置時(shí)斷開電信號(hào)。把電信號(hào)接通時(shí)設(shè)為有效信號(hào)即當(dāng)做輸入信號(hào)，而斷開時(shí)設(shè)為無效信號(hào)，因此可以由電信號(hào)的接通與斷開之間的變化產(chǎn)生信號(hào)當(dāng)做控制信號(hào)。在水塔的不同位置放置幾個(gè)探頭時(shí)就可以根據(jù)水位的高低接通某些探頭和斷開某些探頭。因此只要知道每個(gè)探頭具體位置，再根據(jù)其輸出電信號(hào)的情況就能大致確定水位的位置，將探頭輸出的電信號(hào)當(dāng)做輸入信號(hào)經(jīng)過處理后成為電路的控制信號(hào)。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，設(shè)水塔分水滿、不足、兩者之間三部分，因此可用探頭個(gè)數(shù)設(shè)計(jì)為三個(gè)點(diǎn)的

7、水位abc為三個(gè)檢測(cè)探頭，其中a探頭表示水箱底部水不足的臨界點(diǎn)，b表示在水滿和水不足之間，c探頭表示水滿的觸點(diǎn)信號(hào)處理部分該部分主要是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理輸出其他電路的控制信號(hào)，由于水的導(dǎo)電性十分微弱，不一定能夠成為滿足電路工作的控制信號(hào)，因此可以接一個(gè)反相器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理。如圖：水位顯示部分由以上電路的設(shè)計(jì)，可選用74LS147的優(yōu)先編碼器，所謂“優(yōu)先”編碼即多個(gè)輸入端同時(shí)滿足編碼條件時(shí)，只對(duì)最高位編碼。先用優(yōu)先編碼器把所輸入信號(hào)進(jìn)行編碼，編碼后由于輸出低電平信號(hào)有效所以用反相器進(jìn)行校正，校正后驅(qū)動(dòng)顯示器進(jìn)行工作。用開關(guān)的通斷來分別表示水滿、不足、中等這幾個(gè)信號(hào)，水滿時(shí)顯示器可顯示3，水不

8、足時(shí)顯示0。根據(jù)要求該電路設(shè)計(jì)以編碼器為核心的編碼電路，具有設(shè)計(jì)的電路如下：電機(jī)控制電路該部分為整個(gè)設(shè)計(jì)電路的重點(diǎn)部分。主要目的就是要控制電機(jī)的工作，通過控制電機(jī)的工作來控制水位，這也就是本實(shí)驗(yàn)的主要設(shè)計(jì)目的?，F(xiàn)用燈泡的亮滅代替電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。由于任務(wù)要求：當(dāng)水位低時(shí)要自動(dòng)進(jìn)水，滿時(shí)要及時(shí)斷電停水。也就是說要滿足方案二中的圖表，具體電路圖如下：整體電路圖電路工作狀態(tài)圖初始水位低于a時(shí)，電路工作狀態(tài)水位上升高于a低于b時(shí)，電路工作狀態(tài)水位高于b低于c時(shí)，電路工作狀態(tài)水位高于c即水滿時(shí)，電路工作狀態(tài)水位下降低于c而高于b時(shí)，電路工作狀態(tài)水位下降低于b而高于a時(shí)，電路工作狀態(tài)水位下降低于a時(shí)，電路工作狀

9、態(tài)五、元器件的選用及其參數(shù)開關(guān)A B C蜂鳴器BUZZER 5v、 0.05A、5000Hz非門4009BCL-SV X9交流電源100V X2燈泡100V100W X2繼電器PELYIA RELYIB優(yōu)先編碼器74LS147D顯示器DCD-HEX直流電源VCC 5V X2信號(hào)源DC-POWR與非門NAND X3指示燈PROBE-DIG-RED電阻10k六、設(shè)計(jì)總結(jié)通過此次課程設(shè)計(jì)，我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)數(shù)字電子方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過自己思考和請(qǐng)教同學(xué)和老師之后，終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。通過親自動(dòng)手制作，使我掌握的知識(shí)不再是

10、紙上談兵。在課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷的改革創(chuàng)新，不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。 這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，同學(xué)的不吝賜教下，終于一個(gè)個(gè)的解決了。課程設(shè)計(jì)誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升。同時(shí)，課程設(shè)計(jì)也是一門實(shí)踐課，設(shè)計(jì)讓我感觸很深，使我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。 通過這次課程設(shè)計(jì)，我掌握了555施密特觸發(fā)器的識(shí)別和測(cè)試；熟悉了信號(hào)產(chǎn)生部分；了解了電機(jī)控制電路的方法等等，掌握了電路仿真的方法和技術(shù)，通過查詢資料，也了解了555定時(shí)器原理。我認(rèn)為，在這學(xué)期的實(shí)驗(yàn)中，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，在各種其它能

11、力上也都有了提高。更重要的是，在實(shí)踐課上，我們學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有 理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得 出結(jié)論，才能真正掌握知識(shí)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到的問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。此次設(shè)計(jì)也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時(shí)請(qǐng)教或上網(wǎng)查詢，只要認(rèn)真鉆研，動(dòng)腦思考，動(dòng)手實(shí)踐，就沒有弄不懂的知識(shí)。七、參考文獻(xiàn)1 閻 石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）.高等教育出版社，20052 童詩白 .華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）.高等