水位数字控制电路

华南农业大学珠江学院水位数字控制电路实训报告

院系：信息工程系

专业：电气工程及其自动化

班级：1202班

姓名：黄伟奇201225180211

组员：罗润 201225180235

赖梓聪201225180242

指导老师：詹庄春

2013年11月20日

第一章绪论 (3)

1.1 摘要 (3)

1.2 课题研究的目的和意义 (3)

第二章系统总体设计及方案认证系统 (4)

2.1 设计内容 (4)

2.2 电路原理 (4)

2.4方案认证 (5)

第三章硬件电路设计设 (6)

3.1 利用multisim绘制原理图 (6)

第四章硬件电路安装及调试 (7)

4.1 手工焊的工具 (7)

4.2 焊接原理 (7)

4.3 焊接注意事项 (7)

4.4 元件清单及其功能 (9)

4.5 调试要点 (11)

4.6 问题讨论 (11)

第五章总结 (12)

第六章后记 (12)

参考文献 (13)

第一章绪论

1.1 摘要

在日常生活及工农业生产中，往往需要对水位进行监测并加以控制，时下市场上有一些采用浮球来控制水位的球阀和简单水位控制开关，这些产品价格不高，但是没能做到自动控制水位的高低，下面介绍一款性能稳定的全自动水位控制器;该控制电路简单，使用灵活，可独立运作，也可作大型数字控制系统的外围控制器件。。

1.2 课题研究的目的和意义

研究目的：通过这次的课题研究我们希望在理清它的发展脉络上进一步了解它的发明原理，将平时所学习的知识运用到实验探索上，这对提高我们的动手能力，创新意识，及锻炼思维活动无疑是一个莫大的帮助。同时我们也希望这次的研究能让同学进一步了解照明灯，而不是仅局限于课本知识以内。从小的突破点入手，掌握又一项科技知识，从而实现课堂外的又一次提高，为现代教育科学尽一份力量！

研究意义：随着电子技术的发展，人类越来越脱离纯手工的检测，特别是水位检测的发展，更是迅猛发展。本报告介绍的是模拟水位数字控制电路。依靠水位，来控制水泵的运行，适时对河水进行加水控制，达到用户用水安全。适合于水利工厂适时控制水源，达到合理利用水源，保护环境。

第二章系统总体设计及方案认证系统

2.1 设计内容

本课程设计的内容：水位控制水泵的运行，当水位在B点以下时，水泵运行：当水位在B与C之间时，绿灯亮，水泵照常运行：当水位到达C时，红灯亮，水泵停止运行。

任务要求：设计一个回路，运用一个开关装置来充当水位的BC两点，通过操作开关来控制红绿灯的亮暗情况，其中水泵用黄灯来表示。

2.2 电路原理

利用水位数字控制来控制水塔的水位，让其自动加水。当水塔无水时，B、C点均为低电平，IC1-1输出高电平，IC1-4输出低电平，VT饱和导通，继电器KR吸合，其常开触点闭合使水泵运行，开始给水塔加水。当水升至探针B点时，B点位高电平，C点仍为低电平，由于IC1-1的D点仍为低电平，电路不翻转，水泵仍在运行，给水塔继续加水。这是IC1-2输出低电平，低位指示灯VD3亮。当水位上升至探针C点时，IC1-1输出高电平，D点变为高电平，电路翻转，IC1-4输出高电平，一路使VT1截至，使水泵停转；另一路通过VD2使D点嵌位在高电平，同时IC1-3输出为低电平，高位指示灯VD4亮。由于D点嵌位在高电平，当水面低于探针C点时，VD1反转截止，D点仍为高电平，水泵仍不启动。只有当水位低于探针B点时，电路才会翻转，水泵重新开机运行。

2.3 设计原理

电路图如下

2.4方案认证

控制电路主要由与非门、多个二级管、三极管、继电器、电阻、等元件构成。逻辑门电路的主要作用是判断探针传来的水位信息，二级管采用IN4007型用于稳压，用三极管来控制继电器工作。本设计通过电子探头对液位进行检测，再由液位检测专用芯片对检测到的信号进行处理,当被测液体到达动作点时，芯片输出高或低电平信号，再配合水位控制器，从而实现对液位的控制。

第三章硬件电路设计设3.1 利用multisim绘制原理图

1、新建一个工程文件。

2、在库面板中按下相应按钮，打开查找库对话框。

3、查找所有有关的器件。

4、将查到的器件在原理图纸中绘制成声光控原理图。

5、将绘制的原理图保存.

第四章硬件电路安装及调试

4.1 手工焊的工具

1、电烙铁：是电子制作和电器维修必备工具，主要用途是焊机元件及导线，按结构可分为内热式电烙铁和外热式电烙铁，按功能可分为焊接用电烙铁和吸锡用电烙铁，根据用途不同又分为大功率电烙铁和小功率电烙铁。内热式的电烙铁体积较小，而且价格便宜。一般电子制作都用20W-30W的内热式电烙铁。当然有一把50W的外热式电烙铁能够有备无患。内热式的电烙铁发热效率较高，而且更换烙铁头也较方便。

2、焊锡：是在焊接线路中连接电子元器件的重要工业原材料，广泛应用于电子工业、家电制造业、汽车制造业、维修业和日常生活中。

4.2 焊接原理

目前电子元器件的焊接主要采用锡焊技术。锡焊技术采用以锡为主的锡合金材料作焊料，在一定温度下焊锡熔化，金属焊件与锡原子之间相互吸引、扩散、结合，形成浸润的结合层。外表看来印刷板铜铂及元器件引线都是很光滑的，实际上它们的表面都有很多微小的凹凸间隙，熔流态的锡焊料借助于毛细管吸力沿焊件表面扩散，形成焊料与焊件的浸润，把元器件与印刷板牢固地粘合在一起，而且具有良好的导电性能。锡焊接的条件是:焊件表面应是清洁的，油垢、锈斑都会影响焊接；能被锡焊料润湿的金属才具有可焊性，对黄铜等表面易于生成氧化膜的材料，可以借助于助焊剂，先对焊件表面进行镀锡浸润后，再行焊接；要有适当的加热温度，使焊锡料具有一定的流动性，才可以达到焊牢的目的，但温度也不可过高，过高时容易形成氧化膜而影响焊接质量。

4.3 焊接注意事项

1、某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路，应该注意：(1).被焊件必须具备可焊性。(2).被焊金属表面应保持清洁。(3).使用合适的助焊剂。(4).具有适当的焊接温度。(5).具有合适的焊接时间。

2、尽可能缩短低频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。

3、输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。

4、焊点质量及检查对焊点的质量要求，应该包括电气接触良好、机械结合牢固和美观三个方面。保证焊点质量最重要的一点，就是必须避免虚焊。应该注意：（1）．虚焊产生的原因及其危害虚焊主要是由待焊金属表面的氧化物和污垢造成的，它使焊点成为有接触电阻的连接状态，导致电路工作不正常，出现连接时好时坏的不稳定现象，噪声增加而没有规律性，给电路的调试、使用和维护带来重大隐患。（2）.对焊点的要求 a.可靠的电气连接 b.足够的机械强度 c.光洁整齐的外观。（3）．典型焊点的形成及其外观在单面和双面（多层）印制电路板上，焊点的形成是有区别的。

4.4 元件清单及其功能

代码名称规格型号数量IC1 四2输入与非门CD4011 1 VD1,VD2 二极管1N4148 2

VD3 发光二极管2EF551(R) 1

VD4 发光二极管2EF551(G) 1

VD5 二极管1N4001 1

VT 三极管9012 1

1、1N4148是开关二极管，是为了防止继电器断开时线圈产生的反向自感电压击穿继电器的驱动电路。

2、发光二极管（LED）是一种由磷化镓等半导体材料制成的、能直接将电能转变成光能的发光显示器件。当其内部有一定电流通过时，它就会发光。

3、1N4007 是封装形式为 DO-15 的塑料封装型通用硅材料整流二极管。广泛应用于各种交流变直流的整流电路中。

4、三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基级输入，从集电级输出，发射级接地），当基极电压UB与一个微小的变化时，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。IC的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数。

三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立合适的静态工作点，也叫建立偏置，否则会放大是真。

5、各类电阻主要作用是发热，跟其它元件并联时，电阻可以分流。跟其它元件串联时，电阻可以分压。

6、继电器是一种电子控制器件，是具有隔离功能的自动开关元件，可以将电动机的干扰有效的隔离。它具有控制系统和被控制系统，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。本设计继电器采用固态继电器，以降低功耗。固态继电器是一种没有机械，不含运动零部件的继电器，但具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小，能以微小的控

制信号直接驱动大电流负载等优点。

7、电位器是一个连续可调的电阻器，当调节电位器的转柄或滑柄时，动触点在电阻体上滑动。此时在电位器的输出端可获得与电位器外加电压和可动臂转角或行程成一定关系的输出电压。电位器用作变阻器时，应把它接成两端器件，这样花电位器的行程范围内，便可获得一个平滑连续变化的电阻值。当电位器作为电流控制器使用时，其中一个选定的电流输出端必须是滑动触点引出端。

4.5 调试要点

1、检测电源两端直流电压是否为12V。

2、接入电源，观察电路板上的黄色二极管是否亮着。

3、将电路板接入电源，闭合和打开开关，观察电路的绿色跟红色发光二极管是否对应相对的开关亮着。

4.6 问题讨论

实验调试过程中出现的故障及解决方法：

1．灯泡一直不亮：这种情况可能是灯泡断路．也可能是电源或控制电路出现故障。在确认灯泡正常的情况下先检查与非门是否烧坏，电源正负极是否接反，电源的电压是否足够或者电压过大等等，这些都可能导致这种情况发生。若是上诉的东西都正常的话，就再检查下三极管跟继电器，要是都正常的，就检查下是否开关的问题。．

2．灯泡长亮不熄：这种情况表明故障主要在控制电路．可先检查电路是否短路。若正常，再查三极管跟继电器是否能正常工作。

第五章总结

这次课程设计历时四个星期，通过这四个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。刚开始看见课题时大脑里一点思路都没有，只记得老师好像提到过，但却不知道从何处下手来完成这项设计工程，然后就按照人无数里提供的资料进行查找。渐渐的思路逐渐清晰，再根据自己对电路的理解，画出了电路图。可以说，电路图的成功画出，意味着工程就完成了一半了。然后对电路图进行绘画。最后进行仿真。虽然短暂但是让我得到多方面的提高：1、提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。另外，我们还更加充分的认识到，数字电路这门课程在科学发展中的至关重要性2，查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我们在设计电路时，遇到很多不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。3，相互讨论共同研究也是很重要的，经常出现一些问题，比如电路设计中的继电器的设计，开始并不理解继电器的原理，但是和其他的专业同学讨论后，理解了继电器的基本原理后，很快的设计了电路原理图。

这个工程确实很累，但当我仿真实验成功的时候，当我连好线，按下按钮，LED亮了起来，我们的心中就不免兴奋，不免激动。以前种种艰辛这时就变成了最甜美的回忆！

对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！从本次设计中体会到平时应该注重知识面的扩展和基础知识的积累。并且应该多亲自动手设计，巩固基础知识,拓展知识面,提高电子设计的能力。

第六章后记

本实验由赖梓聪、黄伟奇、罗润3人共同完成。其中个人分别完成部分为：黄伟奇：电路仿真，电路版面的设计，电路的焊接，实验报告的设计与资料的查询等整套流程的参与。

赖梓聪：电路仿真，电路的焊接，错误的查找，原件器件用途的查找，实验

报告的设计与资料的查询等整套流程的参与。

罗润：电路仿真，电路版面的设计，实验报告资料的查询。

参考文献

1、电子技术基础—模拟部分.康光华.高等教育出版.2005

2、阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社

3、百度文库

4、电子技术实验教程.高等教育出版.2005年

5、电子实验与电子实践.南寿松.中国标准出版.2004