水位控制器的设计文档.pdf
课 程 设 计 低频与数字电路课程设计 1 课程设计任务书 课程 低频数字电子线路课程设计 题目 水位控制器的设计 主要内容、基本要求、主要参考资料等 主要内容：设计一个水位控制器，使水位稳定在固定的一点上，误差在 1cm。实现对水位的实时监测和 LED 数字显示。测量水位信号为模拟量。基本要求：1.画出水位控制器的结构框图。2.画出系统原理电路图。3.对电路进行仿真实验。4.按要求完成课程设计报告，交激光打印报告和电子文档。主要参考资料：1 阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2001.2 彭介华.电子技术课程设计指导M.北京：高等教育出版社，1997.3 孙梅生.电子技术基础课程设计M.北京：高等教育出版社，1998.4 高吉祥.电子技术基础实验与课程设计M.北京：电子工业出版社，2002.完成期限 2010 年 7 月 31 日 指导教师 专业负责人 2010 年 7 月 22 日 2 一、任务技术指标 1、将测量水位的模拟信号整形后输入；2、使水位稳固在一点上，误差为1cm，对水位实行实时监测；3、通过 LED 数字显示当前水位及抽水、排水状况；4、用 MULTISIM 进行仿真实验。二、总体设计思想 1.基本原理（1）根据水的弱导电性,当水位低于-1cm 时，输入信号 u1，u5 为低电平,经过由 555 构成的施密特触发器整形、反向后，输出的 v1、v2 为高电平。v1 为高电平，则继电器 J1 吸合，抽水机 M1 工作，进行抽水，此时 D1 发光。v2 经反相器后变为低电平，所以 J2 断开，抽水机 M2 不工作。（2）当水位高于+1cm 时，输入信号 u1、u5 为高电平，经过由 555 构成的施密特触发器整形、反向后，输出的 v1、v2 为低电平。v2 经反向器后变为高电平，此时，继电器 J2 耦合，抽水机 M2 工作，进行排水，此时由于编码器的优先选择性 D5 发光。由于 v1 为低电平，所以 J1 断开，抽水机 M1 不工作。（3）当水位处于要求的范围内时，输入信号 u1 为高电平，u5 为低电平。输出信号 v1 为低电平，v2 为高电平。此时，J1、J2 断开，M1、M2 都不工作。根据编码器的优先选择性,接触水的探测点中最高的被编码,则探测点对应的LED 发光(D1、D2、D3、D4、D5)，这样根据所亮的灯就可以判断出水位所处的范围。2.系统框图 3 图 1 三、具体设计 1、总体设计电路 水位控制电路原理图 由 555 构成的施密特触发器 U1 由 555 构成的施密特触发器U2 水 位 探 测 信 号 抽水机 反向器 继电 器 J2 继电 器 J1 LED 显示 编码器 译码器 排水机 4 水属于弱电解质，具有弱导电性，这样可以用水来传递电信号。根据此原理，可以将信号输入部分设计成有水面的上升与下降来控制电信号的输入：当水位接触探测点时接通信号，因为水面下可能有多个探测点，可以用优先编码器来处理。每个探测点相连一个 LED，这样根据灯就可以判断是第几探测点，进一步可以判断出水位。2、模块设计（1）控制电路 上图是控制电路，用来控制抽水机 M1 和排水机 M2 的工作，保证水位在稳定范围内。（2）水位检测电路 5 上图是水位监测电路，通过优先编码器和译码器将 LED 与探测点相接，根据 LED 发光即可判断水位。（3）输入电路 上图是水箱的设计，既信号输入电路。根据水的弱导电性在水箱内设五个探测点，用于信号输出，实现对水位的检测及控制。3、真值表 表 1 对继电器的控制真值表 输 入 继 电 器 u1 u5 J1 J2 0 0 吸合 断开 0 1 断开 断开 1 1 断开 吸合 6 表 2 对 LED 控制真值表 输 入 LED 显示 u1 u2 u3 u4 u5 D1 D2 D3 D4 D5 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0*1 0 0 0 0 1 0 0 0*1 0 0 0 0 1 0 0*1 0 0 0 0 1 0*1 0 0 0 0 1 图 4 4、仿真及仿真结果分析 四、结论 课程设计是培养学生们理论联系实际能力的很好的机会，同学们可以充分运用所学过的知识，发现，发觉，分析，解决设计中遇到的各种问题，不紧锻 7 炼了实践能力，而且还对学生实际工作能力进行了具体训练和帮助。通过本学期的课程设计，我懂得了电路设计的基本方法，加深了对电子课程的认识；我懂得了理论联系实践，把学到的知识用到生活中，锻炼了我手工操作的能力，加强了我设计电路的能力。而且在实践过程中加深了对原有知识的理解。这次的课程设计是自己第一次真正把理论变成实际，运用书本上的东西解决实际问题。很珍惜这次设计的机会，也认真努力的去完成它。在设计过程中遇到过不少困难，甚至在最开始连一点思路都没有，经过查阅资料、询问老师同学，最后终于成功的完成了设计，虽不完美，但总是高兴自己的进步。电路的功能、指标、用途等概念是电路设计的基础，这也是我们平时学习容易忽视的，在电路设计时往往找不到相应的元气件，或不知道在同种功能的元气件中该选择那种类型的。因此，在以后的学习中不但要注意电路的数学分析，也要掌握电路功能、特点、元件作用和电路指标、用途等基本概念。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原有知识较欠缺，自己要学习的东西还太多，只有在实践中才能发现自己的不足。通过这次课程设计，让我明白以后要加强锻炼，多动手、动脑，不能只局限于课本 参考资料 1 童诗白，华成英.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2001.2 阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2001.8 附录 元件清单 序号 名称 型号 数量 备注 1 555 定时器 555_VIRTUAL 2 2 编码器 74LS148D 1 3 译码器 74LS138D 1 4 或门 74LS04D 18 5 电容 2 6 电阻 6 7 LED LED9R 6 8 继电器 EDR201A05 2 9 电动机 MOTORSERVO 2
