水塔自动上水课程设计

目录

一、设计目的 (1)

二、设计要求 (1)

三、设计方案 (1)

四、设计组成及原理分析 (4)

五、元器件的选用及其参数 (12)

六、设计总结 (12)

七、参考文献 (14)

一、设计目的

本课程设计是在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。培养学生利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，使学生积累实际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。

二、设计要求

1）设计制作一个带保护装置的水塔自动进水逻辑电路。

2）要求有水满、进水、水量不足指示，当水位低时要自动进水，满时要及时断电停水，水位过低时能停止出水。

三、设计方案

1.设计方案分析

每部分电路都有其相应功能：首先有信号产生部分产生整个电路的输入信号，该信号经过信号处理之后，输出其他电路的控制信号，控制其他电路工作，电机控制电路部分接收到有信号处理电路输出的有效控制信号后正常工作驱动电机转动抽水，使水位上升，而水位的变化又直接关系到信号的产生，因此有个循环的过程，即使水位保持在一定范围内，水位显示电路接收到有效信号后驱动显示器工作，使其显示该时刻的水位；水位超限时输出为电机停止的有效控制信号使

上水电路停止工作。由“信号产生→信号处理→电机控制→水位变化→信号产生”这个循环就能使水塔具有自动控制水位的能力。

方案一、

通过NE555接成施密特触发电路，利用v1-v0电压传输特性就可以达到水塔自动进水，不会产生水满而溢出的目的。

自动进水：当水位下降低于A点时，A点悬空。IC的2脚低于1／3Ｖｃｃ，其3脚输出高电平，水塔被启动，水位逐渐上升。

中间保持：当水位上升到Ａ点到Ｂ点之间时，此时P点电位控制在1／2Ｖｃｃ左右，触发器保持原来的状态不变。因为此时电路不工作，所以水位一直保持在A点与C点之间，不再上升。

停止进水：当水位达到C时，此时输出信号V0变为低电平，致使后续电机上水电路不工作。

以上过程形成循环，在正常情况下一直保持水塔水位大于下限水位。

方案二：通过基本用‘与非门’构成的RS触发器，（1，1）输入状态输出Q保持功能，从而控制后续电机电路，来实现上水。

其中 A=S, (BC)'=R，S和R为基本RS触发器的输入端，Q 为触发器的输出端，继电器1为进水电机控制器，继电器2为出水电机控制器。

ABC水位信号---RS触发信号---输出信号转换表

论证：由于方案二电路图设计简单，易于理解，基本RS触发器使用比较熟悉。而且方案二所用元件价格相对合理。所以我选择第二个方案。

2.总体设计图

由任务分析可知该设计电路有两个功能：水位控制、水位显示。而要有这些功能就必须要有使其工作的控制信号，所以首先即必须要有输入信号，因为任务要求是自动控制，所以输入信号也必须由电路自己产生而不能人为加入，因此可以将整个电路设计为以下部分：信号产生、信号处理、电机控制和水位显示电路。整体电路框架如上图所示。

四、设计组成及原理分析

①信号产生部分

该电路的目的是产生有效的输入信号，主要原理是利用水的弱导电性。水属于弱导电质、即使这样也可以通过水来传递微弱的电信号，鉴于此原理，初步将该电路设计成由水面上升与下降来控制电信号的

接通与断开；当水位上升时接通电信号；当水位下降时断开电信号。按此分析，只要在水塔里放上用来传递电信号的探头，则水位上升到探头位置时接通电信号；水位低于探头位置时断开电信号。把电信号接通时设为有效信号即当做输入信号，而断开时设为无效信号，因此可以由电信号的接通与断开之间的变化产生信号当做控制信号。在水塔的不同位置放置几个探头时就可以根据水位的高低接通某些探头和断开某些探头。因此只要知道每个探头具体位置，再根据其输出电信号的情况就能大致确定水位的位置，将探头输出的电信号当做输入信号经过处理后成为电路的控制信号。根据设计的要求，设水塔分水满、不足、两者之间三部分，因此可用探头个数设计为三个点的水位abc为三个检测探头，其中a探头表示水箱底部水不足的临界点，b 表示在水满和水不足之间，c探头表示水满的触点

②信号处理部分

该部分主要是对输入信号进行处理输出其他电路的控制信号，由于水的导电性十分微弱，不一定能够成为满足电路工作的控制信号，因此可以接一个反相器对输入信号进行处理。如图：

③水位显示部分

由以上电路的设计，可选用74LS147的优先编码器，所谓“优先”编码即多个输入端同时满足编码条件时，只对最高位编码。先用优先编码器把所输入信号进行编码，编码后由于输出低电平信号有效所以用反相器进行校正，校正后驱动显示器进行工作。

用开关的通断来分别表示水满、不足、中等这几个信号，水满时显示器可显示3，水不足时显示0。

根据要求该电路设计以编码器为核心的编码电路，具有设计的电路如下：

④电机控制电路

该部分为整个设计电路的重点部分。主要目的就是要控制电机的工作，通过控制电机的工作来控制水位，这也就是本实验的主要设计目的。

现用灯泡的亮灭代替电机的运转。由于任务要求：当水位低时要自动进水，满时要及时断电停水。也就是说要满足方案二中的图表，具体电路图如下：

⑤整体电路图

⑥电路工作状态图

初始水位低于a时，电路工作状态

水位上升高于a低于b时，电路工作状态

水位高于b低于c时，电路工作状态

水位高于c即水满时，电路工作状态

水位下降低于c而高于b时，电路工作状态

水位下降低于b而高于a时，电路工作状态

水位下降低于a时，电路工作状态

五、元器件的选用及其参数

六、设计总结

通过此次课程设计，我更加扎实的掌握了有关数字电子方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过自己思考和请教同学和老师之后，终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。通过亲自动手制作，使我掌握的知识不再是纸上

谈兵。在课程设计过程中，我们不断的改革创新，不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，同学的不吝赐教下，终于一个个的解决了。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升。同时，课程设计也是一门实践课，设计让我感触很深，使我对抽象的理论有了具体的认识。

通过这次课程设计，我掌握了555施密特触发器的识别和测试；熟悉了信号产生部分；了解了电机控制电路的方法等等，掌握了电路仿真的方法和技术，通过查询资料，也了解了555定时器原理。

我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实践课上，我们学会了很多学习的方法。通过这次课程设计使我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，才能真正掌握知识，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的问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识。

七、参考文献

[1] 阎石. 数字电子技术基础（第五版）.高等教育出版社，2005

[2] 童诗白 .华成英. 模拟电子技术基础（第四版）.高等教育出版社，2012

[3] 杨振江 .雷光纯. 新颖实用电子设计与制作 .西安电子科技大学出版社，

[4]陈有卿. 叶桂娟. 555时基电路基础、设计与应用. 电子工业出版社

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指导教师评语：

课程设计成绩评定