电子技术课程设计报告 水位控制器

电子技术课程设计报告

设计课题：水位控制器

题目：水位控制器

一、 设计任务与要求

(1)任务：设计一种可自动控制水面高度的水位控制器。 (2)水位控制器性能要求：

工作温度范围：-40℃～+50℃。  连续工作时间：可24小时连续工作。

水位探头线长度小于1.5米（过长的话容易引入无线电干扰信号，而使系统无法正常工作）。

具有自动启动水泵抽水的功能。

二、 方案设计与论证

2.1 簧管触发双稳态水位控制器

簧管触发双稳态电路来控制水泵，干簧管A用于低水位检测，千簧管B用于高水位检测。刚接通电源时，只要水位不在最高位置，电路即会处于V2饱和导通、V3截止的状态，继电器K吸合，其常开触头接通水泵电动机的工作电源，水泵开始抽水。

当水箱内水位上升至最高水位时，水上的浮体 (内有磁铁)靠近干簧管B，在磁场的作用下，干簧管A内部的常开触头接通，使V4导通，V3和V2截止，K释放，水泵停止抽水。当水位降至低水位时，干簧管A的常开触头在浮体内磁铁的磁场作用下接通，使Vl导通，V2饱和导通，V3截止，K吸合，水泵又开始抽水。如此周而复始，使水箱内水位始终在高水位与低水位之间升降变化。

2.2三相水位控制器

三相水位控制器原理如图2接通刀开关Q，按动S2后，KM通电吸合，其常开触头吸合水泵电动机通电工作。与此同时，相线L2与零线N之间的220V交流电压经Cl降压、VDl和VD2整流、VS稳压及C2滤波后，产生9V直流电压。该电压一路直接加至IC的l脚 (输入端);另一路经R2和电极a、b之间水的电阻加至IC1的5脚 (控制端)，使IC内部的电子开关接通，其2脚的输出电压经R4将VLC内部的发光二极管点亮，VLC内部的光敏晶体管导通，其发射极输出的高电平通过V加至VT的门极，使VT受触发而导通，中间继电器KA通电吸合，其常开触点接通，使KM在S2松开复位后仍锁定为吸合状态。水被抽干后，电极a,b之间的阻值增大，使IC的5脚变为低电平，其内部的电子开关断开，VLC和VT截止，KA和KM断电释放，水泵电动机M停止工作。

2.3两线水位控制器

本设计采用金属探针作为水位检测传感器，将水位信息输出到555定时器与逻辑门电路组合的电路中，通过组合电路判断出当前水位的情况，由两个与非门驱动继电器，使给、排水电机工作，达到自动控制水位的效果。水位探针用细金属制作，垂直安放在盛水容器内。水位探针可以同供水器安装成一体，从盒体下部伸出，也可单独安装，其间用导线与供水器相连。

当探针 A、B都为高电位时，信号进入555定时器后，输出转化为低电位，通过非门U2A转化为高电位，此时继电器K1打开，使给水电机工作。同时信号也经过U2B与A端输入信号的非信号进行与,转化为低电位，继电器K2仍然关闭，排水电机不工作。实现补水。当探针A、B都为低电位时，信号进入555定时器后，输出转化为高电位,经过U2A非门转化为低电位，此时继电器K1关闭，给水电机不工作。同时信号也经过U2B与A端输入信号的非信号进行与,转化为高电位，继电器K2打开，使排水电机工作，实现放水。

方案一用到了双干簧管，价格比较高，虽然探测的效果比较好，但是制作起来比较麻烦，不适合作为课程设计的选择。方案二简单明了，但运用了光敏原件，容易受到外界条件的干扰，方案三用到了简单的元件并且设计合理，既具备了方案一的优点又解决了方案二的不足。因此选用方案三作为本课题的原理方案。

三、 单元电路设计与参数计算 3.1 传感器电路设计方案

水位传感器的敏感元件是利用单晶硅的压阻效应原理制成的，在单晶硅上形

成1个与传感器量程相应厚度的弹性膜片，采用微电子工艺在弹性膜片上形成4个应变电阻，组成1个惠斯顿电桥，如图5所示。当压力作用后，弹性膜片就会产生变形，形成正、负2个应变区，材料的电阻率就要发生相应的变化。当单晶硅片受到压力作用时，电桥一个对臂的2个电阻阻值增大，另一个对臂上的2个电阻阻值减小。这样，在一定电源激励下，电桥的输出端就会输出一个与被测压力成一定比例关系的电压信号。

P=Hρ

式中P——测点的水压力，g/cm2。

H——测点水深，即测点至水面距离，cm。 ρ——水的密度，kg/m3。 可推算得，测点水深：H=P/ρ

3.2 逻辑门电路设计方案

逻辑门电路的主要作用是判断探针传来的液位信息，分析可知，当A、B都为高电位时应使给水电机工作，A、B都为低电位时应使排水电机工作，其他状态均不工作。逻辑门电路如图6所示

当A和B均为低电平时，则两个均导通，T1导通而M4和M5均截止，输出L为高电平。与此同时，M1通过M2和M5被VDD所激励，从而为T2的基区存储电荷提供一条释放通路。另一方面，当两输入端A和B中之一为高电平时，则M2

和M3的通路被断开，并且M4或M5导通，将使输出端为低电平。M1或M6为T1的基极存储电荷提供一条释放道路。因此，只要有一个输入端接高电平，输出即为低电平

四、 总原理图及元器件清单

水位控制器的原理框图如图4示。

五、安装与调试

当探针 A、B都为高电位时，信号进入逻辑门电路组合的电路中，输出转化为高电位，此时继电器K1打开，LED2显示红灯亮，使给水电机工作。同时信号也经过U2B与A端输入信号的非信号进行与,转化为低电位，继电器K2仍然关闭，排水电机不工作。实现补水。

当探针A、B都为低电位时，信号进入555定时器与逻辑门电路组合的电路中，输出转化为低电位，此时继电器K1关闭，给水电机不工作。同时信号也经过U2B与A端输入信号的非信号进行与,转化为高电位，继电器K2打开，LED1显示绿灯亮，使排水电机工作。实现放水。从而实现对水位的控制。

六、性能测试与分

将传感器、逻辑门电路、继电器、电机按图4所示顺序用直接耦合的方式连接，就构成了完整的水位控制器

七、结论与心得

本设计通过电子探头对液位进行检测，再由液位检测专用芯片对检测到的信号进行处理,当被测液体到达动作点时，芯片输出高或低电平信号，再配合水位

控制器，从而实现对液位的控制。

此设计尚不成熟，采用了比较简易的设计方法，但基本上满足要求。由于我的能力所限这个设计不是很完善，还有许多的地方需要加以改善。在与同学们的讨论和老师的指导下，我终于完成了本次的课程设计。通过本次的课程设计，我学会了设计电路的基本设计方法和设计的思路，同时也感觉到自己基础知识的不牢固和知识面的缺乏。从本次设计中体会到平时应该注重知识面的扩展和基础知识的积累。并且应该多亲自动手设计，巩固基础知识,拓展知识面,提高电子设计的能力。

八、参考文献

[1] 潘松著. EDA技术实用教程[M] ．北京：科学出版社，2005.

[2] 阎石. 数字电子技术基础[M] ．北京：高等教育出版社，2001． [3] 曹国清．数字电路与逻辑设计[M] ．徐州：中国矿业大学出版社，2001． [4] 乔铁柱．水位传感器研究及测控仪研究[D] ．山西：太原理工大学，2004．

[5] 彭介华. 电子技术课程设计指导[M] ．北京：高等教育出版社，1997. [6] 孙梅生. 电子技术基础课程设计[M] ．北京：高等教育出版社，1998. [7] 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