1--已修改完---水位控制器--课程设计报告(红色为修改部分) (3)

-水位控制器--

大庆师范学院

数字电子技术课程设计报告

设计课题: 水位控制器的设计与制作

姓 名: 车梦琳 赵宏斌 孙晶 张洁霏 学 院: 物理与电气信息工程学院 专 业: 应用物理 班 级: 08级

学 号: 日 期

2008010713 200801071347 200801071374

2011年 10月14日—20111年11月10日

指导教师: 邹立君

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目 录

1．设计的任务与要求 1 2.方案论证与选择 1 3.单元电路的设计和元器件的选择 1 3.1 555时基电路 1 3.2输出控制电路 1 3.3 主要元器件的选择 4 4.系统电路原理 4 5.经验体会 4 5.1 设计过程中遇到的问题及其解决方法 4 5.2 设计体会 5 5.3 对该设计的建议 5 参考文献 6 附录A：元器件清单 7

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水位控制器的设计与制作

1. 设计的任务与要求

水位控制器是指通过机械式或电子式的方法来进行高低水位的控制，可以控制电磁阀、水泵等，成为水位自动控制器或水位报报警器，从而实现半自动化或全自动化。

我们此次设计水位控制器就是为了制作水位控制器。而且通过水位控制器的制作进一步了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。 1.1设计指标

当水位到达设定点时电动机自动停止注水。 1.2 设计要求

利用555时基电路、时序逻辑电路或组合逻辑电路设计1个水位控制器。 1．画出电路原理图； 2．元器件及参数选择；

3．编写设计报告，写出设计全过程，写出心得体会。 2. 方案论证与选择

2.1 水位控制器的系统方案

本次课程设计是利用555时基电路设计一个水位控制器。首先，我们思考提出了如何测试出水位的问题，有组员提出这是个很单纯的物理问题，不就是通过在不同角度设置联通二极管的电路就解决问题了吗？但是如今设计要求指出要用到有关数电的NE555芯片，而且我们知道要使用电机驱动抽水，使水位上升。要使水位保持在一定范围内，还要用继电器来控制电路。于是我们重新审视我们的设计思路并查询资料得到了以下方案设想图的总体设计方案。

3. 单元电路的设计与元器件选择

水位控制器由水位测试、输出控制两个部分组成。

水位检测部分是由3个水位测试点、555时基控制电路组成的。它是把水位变化为555时基电路2脚和6脚的电位变化，从而控制555时基电路的输出，再通过继电器来控制水泵的启动和停止。555时基电路内部电路组成部分及工作过程分析。 3.1 555时基电路 3.1.1 555内部电路组成

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上图为555时基电路的电路结构和8脚双列直插式的引脚排列图。由图可知555电路由 电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电三极管和输出缓冲反相器5个部分组成。

3.1.2 555时基电路的引脚功能 1脚：接地端。

2脚：低电平触发端。由此输入低电平触发脉冲。 6脚：高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲。

4脚：复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位。 5脚：电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压。不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰。

7脚：放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管导通，外接电容元件通过放电管放电。

3脚：输出端，输出高电压约低于电源电压1V~3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等。

8脚：电源端，双极型时基电路的电源电压的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路的电源电压范围3~18V，

3.1.3 555时基电路工作过程分析：

5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。 当VI1＞2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。

当VI1＜2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。

当VI1＞2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。 当VI1＜2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。 3.2 输出控制

电器的线圈，e端接于地面，b端接于电位器。

水位控制电路包括接于24v电压的继电器、三极管以及二极管，三极管的c级串联继

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3.3 主要元器件的选择

1．导线 3根（当探头）； 2．NE555 集成片 1块； 3．0.01 uf无极性电容3个； 4．3KΩ电阻 2个； 5．10kΩ 电位器 1个； 6．三极管 1个； 7．普通二极管 1个； 8．发光二极管 1个； 9．12V继电器 1个； 10．电机 1个； 11．24V电源 1个。 4. 系统电路原理

（1）水位在金属片2以下：

此时555电路的②、⑥脚均只通过一个3kΩ电阻接地，因此②、⑥脚得电位均为0V，此时的输出（③脚）为“1”,使三极管T得到足够的基极电流而饱和，继电器J的线包得电，常开触点闭合接通电机D的电源回路，电机启动抽水。

（2）水位逐渐升高并淹及金属片2，但不淹及金属片3：

这时金属片1、2淹水，相当于1、2两金属片接入一个电阻，这等效在555的②脚接了一个电阻至电源Ucc。选择适当面积的金属片，可使555的②脚的电位高于Ucc/3,这时⑥脚仍为低电平，因此555的输出状态不变，电机继续抽水。

（3）水位继续上升至淹及金属片3：

此时相当555⑥脚也接了一个电阻到电源Ucc，选择足够面积的金属片，可使⑥脚的电高于2Ucc/3,因此③脚的输出为“0”，三极管T截止，继电器J失电，常开触点释放切断了电机的电源回路，抽水停止。

（4）水位下降至脱离金属片3，但仍淹及金属片2：

此时的状态是②脚的电位大于Ucc/3, ⑥脚的电位为低电平，与前面的2种情况相同，因此555的输出维持不变，即为抽水停止。

（5）水位继续下降至脱离金属片2： 这时的状态与第一种相同，电机启动抽水。

通过对上述水位控制过程的分析，可把水塔的工作过程概括为：当水位在金属片2以下时电动机启动抽水，当水位淹及金属片3时停止电动机停止抽水。 5．经验体会

5.1.设计过程中遇到的问题及其解决方法

1）在检测电路板状况的过程中，出现本该相通的地方却未通的状况，后经检验发现是由于万用表笔尖未与电路板内部垂直接触所至。

2）在检测电路的过程中发现有些器件松动，主要是因为虚焊。在实验过程中，发现电机不工作，经检查电机没问题，再用万用表欧姆档检测每一根线是否接触良好，在检测过程中发现有几根线有时能接通，有时不能接通，把接触不好的线重新接过后发现电路能正常工作了。其次是由于NE555片接触不良的问题，用万用表欧姆档检测有几个引脚本该相通的地方却未通，而检测的导线状况良好，其解决方法为把NE555的芯片拔出，根据电路板孔状况重新调整其引脚，使其正对于孔，再用力均匀地将集成芯片插入电路板中，此后发现该组成的装置能正常工作。 5.2 设计体会

在此次的水位控制器的设计过程中，我们进一步地熟悉了NE555集成电路的结构及功能，掌握了各元件的工作原理及其使用方法。

在把NE555集成片，继电器，电位器接入电路中时，要求熟悉逻辑电路及其各引脚的功能，那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。

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在设计电路中，往往是先仿真后连接实物图，但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的，例如仿真的连接示意图中，NE555的引脚为8，按照所设计的电路图来看，应把NE555的所有管脚都接入电路中，看起来电路不是很复杂，可是一到连接的时候，才知道并不是看起来那么简单。有时接一接线就接混了，例如应把电容C2接到NE555的6脚上，可是却接到了NE555的5脚上，还有在连接继电器时常常把常闭和常开弄反，从而给我们带来了很多麻烦。因此仿真图和电路连接图还是有一定区别的。

在设计电路的连接图中出错的主要原因都是接线和电路板的接触不良以及接线的错误所引起的。

回顾起此次课程设计，至今我们仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整一星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我们懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学得到很多实用的知识，我们表示感谢！同时，对给我们帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！ 5.3 对该设计的建议

水位控制器设计重在于仿真和接线，虽然能把电路图接出来，并能正常显示，但对于电路本身的原理并不是十分熟悉。总的来说，通过这次的设计实验更进一步地提高了动手能力。课程设计若能与生产实际相结合，到生产实际中去寻找合适的设计题目是最好的了。这样还可以解决实际中的问题，可谓一举两得。

参考文献：

[1] 赵保经主编．中国集成电路大全．北京：国防工业出版社，1985 [2] 康华光、陈大钦等编．《模拟电子技术》第四版．高等教育出版社 [3] 张庆双．《实用电子电路200例》． 机械工业出版社 ，2005月版

[4] 赵世强、许杰等．《电子电路EDA技术》． 西安电子科技大学出版社， 2000 [5] 郝宏安、徐红媛．《555集成电路实用大全》上海科学普及出版社 ，2003年9月 [6] 陈光梦．《模拟电子学基础》． 复旦大学出版社 ， 2005年3月 [7] 胡斌．《图表细说电子元器件》． 电子工业出版社 ， 2004年5月 [8] 刘修文．《图解电子技术要诀》． 中国电力出版社，2005年6月版

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附录A：元器件清单

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