水塔水位的自动控制装置.doc

课程设计说明书 班级： 姓名： 日期： 目 录 ? 设计题目 1 一、 任务指南 1 二、 技术指标 1 1. 系统原理框图 1 2. 水位检测与编码电路 2 3. 译码与显示 3 4. 控制电路 4 ? 设计过程 6 ? 芯片连接总图 8 ? 总结 8 三、 实验过程中遇到的问题及解决方法 8 四、 设计体会： 9 五、 对设计的建议： 10 ? 设计后话 10 设计题目：水塔水位的自动控制装置 任务指南 要求设计一个水塔水位的自动控制装置，把水位控制在一定范围（如2~6米）内。 技术指标 当水位低于2米时，使电机启动，带水泵上水；当水位升至6米时，使电机停转。 因某种原因使水位低至1米或高至7米时，由报警器报警。 用数码管可正确显示水位。 备有手动装置，以便随时控制电机对水位的特殊需要或检修设备之需。 三、设计原理与步骤 系统原理框图如图1所示 图1 原理框图 由水位检测电路得到的水位信号,送至 编码器进行编码,再经七段以码器译码后送至数码管显示当前水位,编码器输出的信号控制电路自动控制水位的高低(水位降低是因用户用水造成的),并控制报警电路报警,也可由译码后输出的信号控制报警电路报警。 水位检测与编码电路（图2） 图2 水位检测与编码电路 对应于水塔的不同水位设置干簧管作为检测元件，其下端连在一起接+5V电源，其上端通过电阻连在一起接“地”，该端作为水位信号检出端，成为编码器的输入信号。水塔中设有内藏磁铁的浮子随水靠近某干簧管时，该管二级被磁铁吸和，输出高电平至编码器，而编码器的其它输入端均为低电平，当磁铁浮子位于两个干簧管之间时，编码器的所有输入端均为低电平。在设计中可用开关代替干簧管使用。 本课题给定的编码器为CD4532，是可对八个输入信号作三位二进制编码的优先编码器。 译码与显示 使用七段字形译码器CD4511和共阴数码管。共阴数码管的公共级接地，保证数码管能够正常使用，CD4511的LE端应与CD4532的EI连接，CD4532的输出端应与CD4511的低位输入端对应连接，CD4511的输出端与数码管的管脚连接后应打开或闭合开关看数码管能否正常显示，防止连线出错。 控制电路 在控制电路时，比较简单的方法是基于RS触发器实现对水泵电机的启停控制。由于在芯片中未给定RS触发器，故我们只能用与非门实现RS触发器的功能。而在模拟中又用一个带有限流电阻的发光二级管LED模拟。 在题目的要求中可以知道，当水位高至6米或低于2米时实行它的启停装置。故由此可知： S’=(Q2’Q1Q0)’; R’=(Q2Q1Q0’)’。 故电路及其值表如下： 图4 水泵电机的启停控制电路 S’R’ Qn+1 电机状态 备注 00 1* 启动 S’R’不允许同时撤除 01 1 启动 10 0 停机 11 Qn 保持 注：S’R’触发器功能表 当Q=1时，电机启动运转，水泵上水。当Q=0时，电机停转。 报警电路 报警电路可用555时基电路搭成多谐振荡期望，如图4所示。其振荡周期T=0.7（R1+2R2）C，调整相关参数，可使f=1kHz左右。控制信号P可加在复位端（第4脚），当P=1是，多谐振荡器振荡，喇叭发出报警声音。P的控制信号编码器或译码器的输出。 由于f=1kHz，R1=R2=4.7千欧，故由T=0.7（R1+2R2）C可得：C=0.1μF。 图5 报警电路 四、调试要点 调试水位检测、编码、译码、显示部分 模拟水位上升和下降过程，即顺次给编码器的输入端送入高电平，检查编码是否正确，同时可以检查译码显示是否正确，是否具有锁存功能。 调试水泵电机控制电路 水泵电机可以用一个带有限流电阻的发光二极管LED模拟，其电压为5V。 把R接到Q点，令编码器D7~D1均为0，D0为1，此时“电机”应处于随机状态，可能是“开”，也可能是“停”，这是按启、停按钮任意控制“电机”开停。 令D1~D7依次变为低电平，表示水位逐渐上升或下降，这时LED显示应与所设计的驱动表一致。 检查为检修所设计的手动启停功能是否正确。 调试报警电路 把555定时器的复位端4脚与P点断开，接为高电平，应能听到振荡器发生的1kHZ声音，若听不到，可用示波器观察是否有振荡波形，频率是否在音频范围。 把555的4脚档P点，则对应水位在1米、7米处，应P=1,且能听到报警声，而在其他位置，均不应使报警器工作。 五、给定IC CD4532 CD4511 CD4011 CD4069 CD4973 NE555 设计过程 设计思路 根据原理框图，可以看得出，该装置主要由水位检测部分、控制