水位控制电路设计

水位控制电路设计任务书

1．设计目的与要求

设计一个水塔或锅炉水位控制电路，准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能：

（1）多点水位实时采集和显示功能；

（2）当水位低时，启动水泵自动加水，达到高水位时自动停止水泵；

（3）当达到警戒水位（高水位或低水位）时，电路能够自动报警提示；

（4）具备报警消音控制功能；

（5）所设计的电路具有一定的抗干扰能力。

2．设计内容

（1）画出电路原理图；

（2）确定元器件及元件参数；

（3）进行电路模拟仿真；

（4）SCH文件生成与打印输出；

（5）PCB文件生成与打印输出。

3．编写设计报告

写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有总结体会。

4．答辩

在规定时间内，完成叙述并回答问题。

目录

1 引言 (1)

2 总体设计方案 (1)

2.1 设计思路 (1)

2.2 总体设计框图 (2)

3 设计原理分析 (2)

3.1.1 信号产生电路 (2)

3.1.2 水位显示及警报、消音电路 (3)

3.1.3 水泵自动加水电路 (3)

3.2 总体电路图 (4)

3.3 元件选择 (5)

4 总结与体会 (5)

参考文献 (6)

附录1仿真图 (7)

附录2 PCB电路 (8)

水位控制电路

摘要：本文设计了一种水位控制电路，该电路由信号产生电路，水位显示电路，水泵控制电路和报警及消音电路组成。采用了三极管、继电器、集成电路及发光二极管等多种电子元件。其设置有5个水位监测点：最低点，1/4点,2/4点,3/4点，最高点。当水位低于设置的最低点时，水泵控制电路启动水泵自动加水；当水位达到规定的最高点时，水泵自动断开，而不用人工专门去控制即可实现水位的控制功能。另外，该电路还具有显示水位和高水位自动报警及消音控制功能。

关键词：水位控制；水位显示；自动报警；报警消音

1 引言

随着科技的发展，人们对水位控制装置的需求越开越多，它不仅要具有控制水位的功能，而且，要能自动控制，从而解放人力。在日常生活和工业生产中，水位控制装置有着广泛的应用，如水塔，楼房水箱，锅炉等。水位控制装置有很多种：浮子开关式、压力式、电子式、微机式等。这些装置或多或少的存在着一些缺点：浮子开关采用机械结构，维护起来不方便；微机式控制装置，虽然操作方便，但造价昂贵……本水位控制电路从使用型和经济型出发，设计了一种水位控制装置，结构简单，操作方便，工作可靠性高，设置有日常通用的功能：自动加水，水位显示，自动报警等功能，在日常生活和工业生产中很多地方均可采用。

2 总体设计方案

2.1 设计思路

根据本电路预设的功能，设计出完成相应功能的分电路。首先，有信号产生部分来作为整个电路的输入信号：采集多点水位，以高、低电平的形式存在，作为其他分电路的控制信号，控制其工作。

水位显示电路：当没有接收到有效控制信号时，二极管不亮，不指示水位；当接收到有效控制信号后，三极管导通，驱动发光二极管发亮，显示其水位状态。

水泵控制电路：随着水位的上升，采集的控制信号在不停变化，达到设定的报警条件后，可以使报警电路接通，实现水满报警。而该信号又得作为水泵控制电路的有效信号，控制水泵停止运转，完成自动加水。

通过水位的变化，引起信号产生电路输出信号的改变，从而使整个电路能按设定的功能稳定工作。 2.2 总体设计框图 总体设计框图，如图1所示

图1.总体设计框图

3 设计原理分析

3.1分电路工作原理分析

3.1.1信号产生电路

信号产生电路又称为水位采集电路，该电路主要是产生整个电路的输入信

号。利用水的弱电性，这样，弱电的电信号可以通过水来传递。鉴于此原理，该电路设计成由水位上升与下降来控制电信号的接通与断开。当水位上升到检测点时，接通电信号；下降到低于检测点时，断开电信号。按此分析，只要在水塔里装上用来传递电信号的探头，水位上升与下降即可实现电信号的接通与断开，电信号的变化作为整个电路的输入信号。

本电路设计了5个水位检测点（6个探头），A 探头放置在水塔底部，连接12V 电源，B 、C 、D 、E 、F 分别为水塔高度的：最低点，1/4，2/4，3/4，最高点。如果，需要精确指示水位时，尽可能多的设置探头，采集多点水位信息，进行检测，探头间距离越小，越有利于电信号的传递。

水位采集

报警电路

水泵控制电路

扬声器 水位显示

水泵 水位控制电路

3.1.2水位指示、报警消音电路

由五组NPN型三极管和相关元器件组成，三极管的导通与截止，可以控制发光二极管的亮、灭，来指示水位。当水箱无水（水位低于最低点）时，三极管基极没有偏置电压，其不工作，发光二极管VD1～VD5不亮。随着水位的增加，由于水的导电特性，使得三极管的基极有合适的偏压，Q1导通，驱动VD1点亮。当水位逐渐增加时，VD2、VD3、VD4依次发光指示水位。当水位达到最高点时，VD5发光，显示水满，同时Q6导通，扬声器发出警报声，提示水满。

此电路需要手动消音，当水满发出警报时，断开K1完成报警消音控制功能。待一段时间后，水塔里水位下降一定高度（低于最高水位）后，再闭合K1以保证下次自动加水时电路能自动报警。

水位指示、报警消音电路，如图2所示

图2.水位指示、报警、消音电路

3.1.3水泵自动加水电路

由555集成电路及相关元器件组成的施密特触发器控制继电器J1的开断来

实现。当水位低于最低点时，555集成电路的3脚为高电平，继电器J1闭合，启动水泵自动加水。水位达到最高点时，3脚跳变为低电平，继电器断开，加水完成。

水泵自动加水电路，如图3所示

图3.水泵自动加水电路

3.2总体电路图

总体电路图，如图4所示

图4.总体电路图

3.3元件选择

表1.元件参数

元件型号、参数

电阻：R1～R5RTX-1/8W型碳膜电阻器，10K?

电阻：R6～R11RTX-1/8W型碳膜电阻器，500?

Q1～Q69013型硅NPN中功率三极管，ρ>150

U1555集成电路

VD1～VD5红色发光二极管

继电器J1 JQX-14FF

电容C CTI型瓷介电容，0.01uF

电源VCC 12V

扬声器YD57-2型8?圈式扬声器

4 总结与体会

课程设计是培养学生理论联系实际能力的很好的机会，可以充分运用所学过的知识，发现，分析，解决设计中遇到的各种问题，很好的锻炼实践能力。

通过这次课程设计，我懂得了电路设计的基本方法，拿到一个题目后，应该广泛查阅大量的相关资料，收集自己能够用到的信息，对其好好的分析、研究，最终确定自己的设计方案。在设计中间，我遇到了很多问题。如：水泵的控制电路，起初想着只用逻辑关系就能实现，在仿真中间发现原先的思路是错误的。水位的上升和下降过程中，水泵的工作状态是不同的，按原来的逻辑关系，将导致水泵只要在水位低于最高点时，就会启动加水，这是不合理的。经过和其他同学的讨论和查阅书籍后，自己把这个设计中的问题解决了，采用555构成的施密特触发器可以很好的实现该有的功能，而不会产生之前的问题。另外，课程设计过程中，需要作图，通过这次课程设计，让我对protel和EWB的应用有了更深的了解。

课程设计不仅是对前面所学知识的一种校验，而且也是对自己能力的一种提高。在这次课程设计中，使我明白了自己原有知识的的欠缺，自己要学习的东西还很多，只有在实践中才能发现自己的不足。

参考文献

[1] 刘修文.实用电子电路设计制作300例［Ｍ］.北京：中国电力出版社，2005

[2] 康华光.数字电子技术基础（第五版）［Ｍ］. 北京：高等教育出版社，2006.1

[3] 陈永甫.常用电子元器件及其应用［Ｍ］.北京：人民邮电出版社.2005.8

[4] 赵负图.开关电路手册［Ｍ］.北京：化学工业出版社，2006.7

仿真图，如图5所示

图5.仿真图

PCB 电路图，如图6所示

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图6.PCB 电路图