自來水塔水位自動控制設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)</p><p>　　設(shè)計題目: 自來水塔水位自動控制設(shè)計 </p><p>　　專 業(yè): 應(yīng)用電子技術(shù) </p><p>　　班 級: </p><p>　　學 號:

2、 </p><p>　　姓 名: </p><p>　　指導教師: </p><p>　　2009年 12 月 12 日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p><b>　　目 錄</b&

3、gt;</p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p>　　第2章 設(shè)計框圖及電路系統(tǒng)概述3</p><p><b>　　2.1目的3</b></p><p><b>

4、　　2.2設(shè)計框圖3</b></p><p>　　2.2.1設(shè)計方框圖3</p><p>　　2.3元器件簡介4</p><p>　　2.3.1 NE555介紹4</p><p>　　第3章 電路工作原10</p><p>　　3.1 總體電路圖10</p><p>　

5、　3.2電路工作原理分析10</p><p>　　第4章 EWB軟件仿真12</p><p>　　4.1上水過程12</p><p>　　4.1.1電路仿真現(xiàn)象12</p><p>　　4.1.2電路工作原理12</p><p><b>　　4.2水滿時13</b></p>

6、;<p>　　4.2.1電路仿真現(xiàn)象13</p><p>　　4.2.2電路工作原理13</p><p>　　4.3水下降時14</p><p>　　4.3.1電路仿真現(xiàn)象14</p><p>　　4.3.2電路工作原理14</p><p>　　4.4水低于最低點15</p>&

7、lt;p>　　4.4.1電路仿真現(xiàn)象15</p><p>　　4.4.2電路工作原理15</p><p><b>　　總 結(jié)16</b></p><p><b>　　致 謝17</b></p><p><b>　　參考文獻18</b></p>

8、<p>　　附錄一：整機電路圖19</p><p>　　附錄二：元件明細表20</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文設(shè)計了自來水自動控制電路。其理論依據(jù)是以NE555的工作特性為核心。缺水時自動上水，水滿時自動斷水等功能。本電路工作原理簡單，組成結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、使用方便、使用壽命長等特點。本

9、例電路專門用于自來水塔水位的自動控制。當水位低于最低水位時，自動將供水泵啟動上水；當水位達到最高水位時；自動停止上水，不用人工控制。該電路的特點是通過一只中間繼電器來接通大功率的交流接觸器，控制上水水泵電動機的啟動。這是由于555電路的輸出功率較小，不能驅(qū)動大功率的交流接觸器。</p><p>　　關(guān)鍵詞：三極管 繼電器</p><p><b>　　第1章 緒論</b>

10、;</p><p>　　自來水塔在的發(fā)展越來越快，自來水塔有很多類型，按建筑材料分為鋼筋混凝土水塔、鋼水塔、磚石支筒與鋼筋混凝土水柜組合的水塔。水柜也可用鋼絲網(wǎng)水泥、玻璃鋼和木材建造。過去歐洲曾建造過一些具有城堡式外形的水塔。法國有一座多功能的水塔，在最高處設(shè)置水柜，中部為辦公用房，底層是商場。中國也有煙囪和水塔合建在一起的雙功能構(gòu)筑物。按水柜形式分為圓柱殼式和倒錐殼式。在中國這兩種形式應(yīng)用最多，此外還有球形、箱

11、形、碗形和水珠形等多種。支筒一般用鋼筋混凝土或磚石做成圓筒形。支架多數(shù)用鋼筋混凝土剛架或鋼構(gòu)架。水塔基礎(chǔ)有鋼筋混凝土圓板基礎(chǔ)、環(huán)板基礎(chǔ)、單個錐殼與組合錐殼基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)。當水塔容量較小、高度不大時，也可用磚石材料砌筑的剛性基礎(chǔ)。</p><p>　　本例電路專門用于自來水塔水位的自動控制。當水位低于最低水位時，自動將供水泵啟動上水；當水位達到最高水位時；自動停止上水，不用人工控制。該電路的特點是通過一只中間繼電器來

12、接通大功率的交流接觸器，控制上水水泵電動機的啟動。這是由于555電路的輸出功率較小，不能驅(qū)動大功率的交流接觸器。</p><p>　　第2章 設(shè)計框圖及電路系統(tǒng)概述</p><p><b>　　2.1目的</b></p><p>　　1．掌握振蕩器555的工作原理和各管腳的功能。</p><p>　　2．掌握自己實際操作

13、動手能力的形成和進一步提高。</p><p>　　3．鍛煉自己對所學理論知識和技能的綜合運用能力。</p><p>　　4．提高自己對文獻資料的搜索和信息處理能力。</p><p>　　5．培養(yǎng)自己對社會普通科學知識的了解。</p><p>　　6．增強自身的知識見解和設(shè)計論文的方法。</p><p><b>

14、;　　2.2設(shè)計框圖</b></p><p>　　2.2.1設(shè)計方框圖</p><p>　　根據(jù)電路所要完成的功能和達到的效果。我們得到下面的電路框圖。</p><p><b>　　1.方框圖</b></p><p><b>　　2.方框圖的功能</b></p><p

15、>　　水塔里的水位決定控制電路的工作狀態(tài)，控制電路決定電動機工作與否，電動機工作上水決定水塔里的水位，電源給控制電路和電動機供電。</p><p><b>　　2.3元器件簡介</b></p><p>　　2.3.1 NE555介紹</p><p>　　NE555 (Timer IC)大約在1971年由Signetics Corporat

16、ion發(fā)布，在當時是唯一非常快速且商業(yè)化的Timer IC，在往后的30年來非常普遍被使用，且延伸出許多的應(yīng)用電路，盡管近來CMOS技術(shù)版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原規(guī)格的NE555依然正常的在市場上供應(yīng)，盡管新版IC在功能上有部份的改善，但其腳位勁能并沒變化，所以到目前都可直接的代用。</p><p>　　NE555是屬于555系列的計時IC的其中的一種型號，555系

17、列IC的接腳功能及運用都是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個用途很廣且相當普遍的計時IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號。 </p><p>　　1. NE555的特點有： </p><p>　?。?）.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。

18、 </p><p>　?。?）.它的操作電源范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯閘配合，也就是它的輸出準位及輸入觸發(fā)準位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。 </p><p>　?。?）.其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負載。 </p><p>　?。?）.它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。</p><p><b

19、>　　2.內(nèi)部方框圖</b></p><p>　　3. NE555引腳位配置說明下： </p><p>　　①腳(接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。 </p><p>　?、谀_(觸發(fā)點) -這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。 </p>

20、<p>　?、勰_(輸出) -當時間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200 mA 。 </p><p>　?、苣_(重置) -一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 </p><p>　　⑤腳(控制) -這個接腳準許由外部電壓改變觸

21、發(fā)和閘限電壓。當計時器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。 </p><p>　?、弈_(重置鎖定) -重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時啟動這個動作。 </p><p>　?、吣_(放電) -這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻

22、抗。 </p><p>　　⑧腳(V +) -這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。</p><p>　　IC1選用555振蕩器，它的內(nèi)部電路如圖2-2所示，管腳排列圖如圖2-3所示。 </p><p>　　4.555振蕩器的工作原理：</p><

23、;p>　　電阻分壓器由三個阻值都是5K電阻構(gòu)成，其作用是為電壓比較器A1、A2提供基準電壓。A1、A2組成電壓比較器，當控制電壓輸入端CONT懸空時，A1、A2的基準電壓分別為2/3Vcc和1/3Vcc。A1的反相輸入端THRES稱為555振蕩器的高觸發(fā)端， A2的同相輸入端TRIG稱為555振蕩器的低觸發(fā)端。比較器A1的輸出作為置0輸入端，比較器A2的輸出作為置1輸入端。RESET是驅(qū)動脈沖發(fā)生器的復位輸入端Vr是集電極開路的三

24、極管，Vr的集電極作為定時器的引出端DISCH，非門是緩沖器，其作用是提高電路的負載能力。</p><p>　　利用555定時器可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。</p><p>　　只要將555定時器的2號腳和6號腳接在一起，就可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器[圖2-4]。我們簡記為“二六一搭”。這個施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性是反相的[圖2-5]。5號腳接控制電壓VCO時，正向閾值電壓

25、和負向閾值電壓分別為VCO和。 </p><p>　　將555定時器的6號腳和7號腳接在一起，并添加一個電容C和一個電阻R，就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器[圖2-6]。電容接在電源與6號腳之間，電阻接在7號腳和地之間。我們簡記為“七六一搭，下C上R。這個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負脈沖觸發(fā)的。穩(wěn)態(tài)時，這個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出低電平。暫穩(wěn)態(tài)時，這個觸發(fā)器輸出高電平。5號腳懸空時，輸出脈沖寬度為RCln3。5號腳接控制電壓VCO時，輸出脈沖

26、寬度為</p><p><b>　　（2-2）</b></p><p>　　我們知道，利用施密特觸發(fā)器可以構(gòu)成多諧振蕩器 [圖2-7]。理論上，我們只需要添加一個電阻和一個電容即可。</p><p>　　電阻和電容構(gòu)成一個RC積分電路，其輸入端接施密特觸發(fā)器的輸出端，其輸出端接施密特觸發(fā)器的輸入端。用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器就是用的這個思路。

27、于是，我們先用555定時器構(gòu)成一個施密特觸發(fā)器，然后再把這個施密特觸發(fā)器改接成多諧</p><p>　　振蕩器[圖2-8]。不過，我們這個施密特觸發(fā)器稍微復雜一些，除了“二六一搭”以外，又增加了一個電阻R1。R1與555定時器內(nèi)部的放電管TD構(gòu)成了一個反相器。邏輯上，這個反相器的輸出與555定時器的輸出完全相同。因此，這個施密特觸發(fā)器有兩個輸出端，分別為555定時器的3號腳和7號腳。我們看到，電阻R2和電容C構(gòu)成

28、了RC積分電路，施密特觸發(fā)器的一個輸出端（7號腳）接RC積分電路的輸入端，RC積分電路的輸出端接施密特觸發(fā)器的輸入端。這樣，一個多諧振蕩器就成了。也許有人會問，為什么要用兩個輸出端的施密特觸發(fā)器呢？一個輸出端的施密特觸發(fā)器也可以呀！因為施密特觸發(fā)器的另外一個輸出端（3號腳）專門作為多諧振蕩器的輸出，所以我們可以最大限度地保證多諧振蕩器的帶負載能力。這個多諧振蕩器可以驅(qū)動小型繼電器！</p><p>　　信號由55

29、5時基電路7腳輸出，經(jīng)過R2和電容C構(gòu)成的RC積分電路，由VC2的正極輸入在RS觸發(fā)器內(nèi)部處理后經(jīng)過非門對低平信號反向放大輸出高電平，形成延時電路，本電路大約延長時間1分鐘。</p><p>　　第3章 電路工作原</p><p><b>　　3.1 總體電路圖</b></p><p>　　3.2電路工作原理分析</p><

30、;p>　　本例電路專門用于自來水塔水位的自動控制。當水位低于最低水位時，自動將供水泵啟動上水；當水位達到最高水位時；自動停止上水，不用人工控制。該電路的特點是通過一只中間繼電器來接通大功率的交流接觸器，控制上水水泵電動機的啟動。這是由于555電路的輸出功率較小，不能驅(qū)動大功率的交流接觸器。</p><p>　　電路中，NE555組成R-S觸發(fā)器，作為主控電路。R1、R3與R4組成輸入端分壓偏置電路，它將R-

31、S觸發(fā)器的R端與S端分別偏置在既不大于2V/3，也不小于VDD/3的中間狀態(tài)。三個探測電極A、B、C在水塔中的位置如圖3-1所示。</p><p>　　當水塔中的水處于滿水位置時，電源電極A通過水電阻與B、C電極相連，使R-S觸發(fā)器的R、S端均為高電平，R-S觸發(fā)器輸出端為低電平，繼電器K通電吸合，通過常閉觸點K1-1將交流接觸器K2的電源斷開，上水水泵處于停歇狀態(tài)。</p><p>　　

32、當水位下降使電極C脫離水位后，雖然NE555⑥腳電壓下降了，但它對電路不起觸發(fā)作用，電路仍保持原輸入狀態(tài)。</p><p>　　當水位繼續(xù)下降使電極B脫離水位后，由于NE555的②、⑥腳均被懸空，②腳上的電壓遠遠小于VDD/3。R-S觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖剑^電器K斷電釋放，它的常閉觸點K1-1將交流接觸器K2的電源接通。交流接觸器通電吸合，接通了上水泵的工作電源，水泵運轉(zhuǎn)進入送水過程。</p

33、><p>　　在上水過程中，當水位上升使電極A、B接觸后，通過水電阻與R2將電源電壓加至②腳，使R-S觸發(fā)器的S端出現(xiàn)高電平，但這一高電平對電路不起觸發(fā)作用。電路保持原狀態(tài)，上水過程繼續(xù)。當水位進一步上升使電極A、C連通后，電源電壓通過水電阻與R1加至⑥腳，使R-S觸發(fā)器的R端出現(xiàn)高電平。這一高電平作為R-S觸發(fā)器的復位電平，使電路復位，輸出端輸出低電平，繼電器K通電吸合，通過常閉觸點K1-1將交流接觸器的電源斷開，

34、接觸器斷開水泵工作電源，上水停止。</p><p>　　第4章 EWB軟件仿真</p><p><b>　　4.1上水過程</b></p><p>　　4.1.1電路仿真現(xiàn)象</p><p>　　Switch 1 Key閉合，Switch 2 Key斷開，燈泡亮。</p><p>　　4.1.2

35、電路工作原理</p><p>　　Switch 1 Key閉合，Switch 2 Key斷開，就相當于水塔中的水高于B點低于C點，此時燈泡亮，相當于水泵工作，水塔上水。電極A、B接觸后，通過水電阻與R2將電源電壓加至②腳，使R-S觸發(fā)器的S端出現(xiàn)高電平。</p><p><b>　　4.2水滿時</b></p><p>　　4.2.1電路仿真現(xiàn)

36、象</p><p>　　Switch 1 Key和Switch 2 Key都閉合，燈泡熄滅。</p><p>　　4.2.2電路工作原理</p><p>　　把Switch 1 Key和Switch 2 Key都閉合，此時燈泡熄滅，相當于水泵停止工作，水塔不再上水；上水過程完畢，水滿了。水塔中的水處于滿水位置時，電源電極A通過水電阻與B、C電極相連，使R-S觸發(fā)器的

37、R、S端均為高電平，R-S觸發(fā)器輸出端為低電平。</p><p><b>　　4.3水下降時</b></p><p>　　4.3.1電路仿真現(xiàn)象</p><p>　　斷開Switch 2 Key，Switch 1 Key任閉合，燈泡不亮。</p><p>　　4.3.2電路工作原理</p><p>

38、;　　若又斷開Switch 2 Key，Switch 1 Key任閉合，燈泡不會亮，這相當于水塔中的水下降至C點以下B點以上，水泵不工作。電極C脫離水位后，雖然NE555⑥腳電壓下降了，但它對電路不起觸發(fā)作用，電路仍保持原輸入狀態(tài)。</p><p><b>　　4.4水低于最低點</b></p><p>　　4.4.1電路仿真現(xiàn)象</p><p&g

39、t;　　Switch 1 Key 和Switch 2 Key都斷開，燈泡亮。</p><p>　　4.4.2電路工作原理</p><p>　　把Switch 1 Key 和Switch 2 Key都斷開，就相當于水塔中的水低于水塔中的B點，此時燈泡亮，相當于水泵工作，水塔在上水。電極B脫離水位后，由于NE555的②、⑥腳均被懸空，②腳上的電壓遠遠小于VDD/3。R-S觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出端由低

40、電平變?yōu)楦唠娖健?lt;/p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　這次我的畢業(yè)設(shè)計是自來水塔自動控制電路的設(shè)計，設(shè)計比較突出的特點是控制。通過這次設(shè)計使我對自來水自動控制電路的組成與工作原理有了更深的認識。</p><p>　　設(shè)計花費了我大量的時間與精力，這是我們大學三年學習的重要成果，設(shè)計具有系統(tǒng)性它將我們所學到的知識有機

41、的結(jié)合起來，涉及到多方面的知識，所以我們必須認真對待，專心完成每個任務(wù)要求，通過反復檢查、修改和調(diào)試，最終設(shè)計如期的完成。從理論和實踐上我都得到了很大的提高，這次任務(wù)的完成使我學到了很多東西。首先，豐富了自己的知識面，學到了以前沒能學通的東西，具體了解了怎樣去完成一個電路的設(shè)計：從流程圖、電路圖、制作與焊接電路板、檢查電路板、仿真到測試。知道怎樣選擇這種電子線路中的元器件、怎樣確定其相關(guān)參數(shù)；鞏固了電子線路的基礎(chǔ)知識與EWB軟件的使用能

42、力提高了自己動手的能力；學到了很多經(jīng)驗并且提高了自己分析問題的能力和創(chuàng)新能力；得到了理論聯(lián)系實際的機會。使自己在實際設(shè)計方面樹立了信心，為以后從事這方面的工作打好了基礎(chǔ)，這也是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲。以及學習到圖書室查閱相關(guān)書籍獲取有用的信息這種好的方法，在今后的學習、工作中是很重要的，只有不斷地學習才會有進步。</p><p>　　這次的畢業(yè)設(shè)計總的來說還是很成功的，自己從中學到很多，也發(fā)現(xiàn)了不少問題，為自己以

43、后的學習進步打下了不錯的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計接近尾聲之時，我要衷心地感謝我的指導老師趙文宣老師，在我整個畢業(yè)設(shè)計過程中，趙老師給了我很大的幫助和細心的指導，在遇到問題時，趙老師總是細心給我解答。趙老師的言傳身教，讓我們學會了以前在課堂上沒有的東西。同時還要感謝在我的整個畢業(yè)設(shè)計中所有幫助過我的老師，感謝曾

44、經(jīng)教育過我的老師。是你們給與了我最基礎(chǔ)的知識使我在此時得以綜合利用。正是因為有各位老師的幫助和指導才使我的畢業(yè)設(shè)計能夠順利的完成。在此，對你們表示衷心的感謝！祝愿你們工作順利，心想事成。</p><p>　　趙老師，在我整個畢業(yè)設(shè)計過程中給了我很大的幫助和細心的指導，在遇到問題時，向老師總是細心給我解答；在我失敗時，他給我打氣；在我咬牙堅持時，他給我加油。讓我們學會了以前在課堂上沒有的東西。同時還要感謝所有教導過

45、我的老師，在校期間對我的幫助與教誨，我永遠不會忘。你們的音容笑貌仍舊不時浮現(xiàn)在我的眼前。各位老師鮮明地個性特點和人格魅力將是我回憶中的大學生涯重要的組成部分?！安环e跬步無以至千里”，這次畢業(yè)論文能夠最終順利完成，歸功于各位老師的認真負責，使我能夠很好的掌握專業(yè)知識，并在畢業(yè)論文中得以體現(xiàn)。也正是你們長期不懈的支持和幫助才使得我的畢業(yè)論文最終順利完成。最后，再次表示衷心感謝：謝謝你們，謝謝你們的辛勤栽培。</p><p

46、>　　衷心的感謝我的指導*老師給予了精心的指導和熱情的幫助，尤其在課題設(shè)計的前期準備階段和本人的數(shù)據(jù)庫的設(shè)計階段，*老師提出許多寶貴的設(shè)計意見，在最后的測試修改階段*老師在百忙之中抽出時間為我們提供了必要的幫助，這樣使得我們得以順利的完成畢業(yè)設(shè)計開發(fā)工作，在短暫的一個月的相處時間里，老師淵博的知識、敏銳的思路和實事求是的工作作風給我留下了深刻的印象，這將使得我終身受益，謹此向老師表示衷心的感謝和崇高的敬意。</p>

47、<p><b>　　參考文獻</b></p><p>　?。?］高吉祥．電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計．北京：電子工業(yè)出版社，2002年［2］彭介華．電子技術(shù)課程設(shè)計指導．北京：高等教育出版社，1997年</p><p><b>　　附錄一：整機電路圖</b></p><p><b>　　附錄二：元件明