555水位控制器設(shè)計(jì)報(bào)告

1、水位控制器設(shè)計(jì)報(bào)告行政班：昆明學(xué)院 08 級(jí)機(jī)制二班指導(dǎo)教師：任杰老師 徐東霞老師組員：曾文剛【20080410202】李瀟【20080410206】水位控制器設(shè)計(jì)報(bào)告一設(shè)計(jì)任務(wù)采用555 時(shí)基電路設(shè)計(jì)并制作一臺(tái)水位控制器，在水位低于下限水位時(shí)通 過(guò)繼電器使水泵啟動(dòng)，抽水至水箱；當(dāng)水位超過(guò)上限水位時(shí)繼電器釋放，水泵停 止工作。二 參考方案（一）參考方案一設(shè)計(jì)原理框圖（見(jiàn)圖一）圖一 原理框圖2設(shè)計(jì)電路圖（見(jiàn)圖二）圖二555構(gòu)成的水位控制電路圖3.工作原理如圖所示為水位控制電路。該控制電路由降壓整流電路、555觸發(fā)電路（IC1、 IC2）、繼電器控制電路等組成。其中降壓整流電路為整個(gè)控制電路提供直

2、流電壓， 觸發(fā)電路IC1對(duì)應(yīng)水塔低水位泵水控制電路，觸發(fā)電路IC2對(duì)應(yīng)水井高水位泵水 控制電路。當(dāng)水塔內(nèi)的水位探極B、D高于塔內(nèi)的水位線(xiàn)時(shí)，IC1腳為“地”電位，使 IC1發(fā)生置位，腳輸出的高電平使繼電器J1吸合，觸點(diǎn)J1-1閉合，抽水電機(jī) 因得電而運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行抽水；當(dāng)水位上升至探極A時(shí)，相應(yīng)IC1復(fù)位，輸出的低電 平使J1釋放，觸點(diǎn)J1-1斷開(kāi)，抽水機(jī)斷電停轉(zhuǎn)，從而對(duì)水塔水位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。置于水井中的探極B、D，正常情況下應(yīng)在水面以下一定深度處，使IC2（555） 因2腳為高電平而復(fù)位，腳輸出的低電平使J2吸合，觸點(diǎn)J2-2閉合。當(dāng)因連 續(xù)抽水而使B、D探極高于水面時(shí)，IC2因腳為低電平而發(fā)生

3、置位，腳輸出 的高電平使J2釋放，觸點(diǎn)J2-2斷開(kāi)，電機(jī)斷電停轉(zhuǎn)，從而避免電機(jī)空轉(zhuǎn)，同時(shí) 對(duì)水井水位進(jìn)行檢測(cè)。（二）參考方案二 設(shè)計(jì)原理框圖（見(jiàn)圖三）圖三 原理框圖2設(shè)計(jì)電路圖（見(jiàn)圖四）3.工作原理采用 555 時(shí)基集成電路組成的水位控制系統(tǒng)的電路圖如圖四所示。電路中 555時(shí)基集成電路器（IC 1）構(gòu)成施密特觸發(fā)器完成整個(gè)水位控制功能。圖中A, B、C是三個(gè)電極檢測(cè)點(diǎn)。當(dāng)水位高于水位線(xiàn)A時(shí)，水泵停機(jī)，停止 給水池加水；水位低于水位線(xiàn)B時(shí)，水泵工作，給水池加水。C電極是最低水位 檢測(cè)點(diǎn)，它連接于電源vDD,當(dāng)水位低于水位線(xiàn)B時(shí)，C與B點(diǎn)不導(dǎo)通，導(dǎo)致IC1 的2,6腳電位為零， 555時(shí)基集成電

4、路3腳輸出高電平， VT1 導(dǎo)通，繼電器吸合， 水泵給水池加水。當(dāng)水位到達(dá) B 點(diǎn)時(shí)，由于 C, B 兩點(diǎn)在水的作用下被短路，使 IC1 的 2、 6 腳電位大于1/3 VDD，而小于2/3 V,等于1/2 V,.此時(shí)，IC1輸出端3腳維持 高電平不變，水泵繼續(xù)給水池加水。當(dāng)水位到達(dá)A點(diǎn)時(shí)，C, B, A三點(diǎn)被短路， 使IC1的2, 6腳電位等于4/5 VDD，大于2/3vDD，ICI的3腳輸出低電平，VT1 截止，繼電器斷開(kāi)，水泵停止給水池加水。同理，當(dāng)水位下降，但還高于B點(diǎn)， 此時(shí)IC1的2, 6腳電位等于1/2 VDD，大于1/3 VDD，水泵仍然停止工作，只有 水位低于B點(diǎn)時(shí)，此時(shí)IC

5、1的2, 6腳電位等于0V,小于1/3 VDD,定時(shí)器才輸出 高電平， VT1 導(dǎo)通，繼電器吸合，水泵開(kāi)始向水池加水。如此循環(huán)往復(fù)使水池， 中的水位保持在B、A之間。三 應(yīng)用方案原理的說(shuō)明一） 整機(jī)工作原理：綜合考慮元件購(gòu)買(mǎi)、成本高低、簡(jiǎn)便性和數(shù)字電路向?qū)τ谀M電路易操作 等因素，本設(shè)計(jì)采用了方案二。其整機(jī)工作原理說(shuō)明。首先對(duì)其進(jìn)行采樣，之后根據(jù)三極管的工作原理，看輸出是否為高電平， 如果是則三極管開(kāi)始工作，那么繼電器也同樣工作，發(fā)光二極管亮，否則繼電器 不工作，發(fā)光二極管不亮。對(duì)于各個(gè)部分的工作原理見(jiàn)下面各電路模塊分析。 （二） 各電路模塊工作原理1.555 時(shí)基電路1）555 定時(shí)器內(nèi)部框

6、圖及引腳排列（見(jiàn)圖六）圖六 555 時(shí)基電路內(nèi)部框圖及引腳排列（2）.555 電路功能表（見(jiàn)表一）V6V2QT2/3Vcc2/3Vcc1/3Vcc0導(dǎo)通1/3Vcc保持保持表一 555 電路功能表3）555 電路工作原理555 電路的內(nèi)部電路方框圖如圖六所示。它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基 本RS觸發(fā)器，一個(gè)放電開(kāi)關(guān)管T,比較器的參考電壓由三只5KQ的電阻器構(gòu)成 的分壓器提供。它們分別使高電平比較器A的同相輸入端和低電平比較器A的12反相輸入端的參考電平為2VCC和1VCC。 A與A的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和3 CC 3 CC 1 2放電管開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)自6腳，即高電平觸發(fā)輸入并超過(guò)參考

7、電平2VCC3 CC 時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位， 555的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入 信號(hào)自2腳輸入并低于gvccM，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)放 電開(kāi)關(guān)管截止。RD是復(fù)位端（4腳），當(dāng)RD =0, 555輸出低電平。平時(shí)RD端開(kāi)路或接V 。D D D CCV是控制電壓端（5腳），平時(shí)輸出2VCC作為比較器A的參考電平，當(dāng)5腳外C 3 cc 1接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制， 在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.01 f的電容器到地，起濾波作用，以消除外 來(lái)的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)，將給接于腳7的電容器提供

8、低阻放電通路。555 定時(shí)器主要是與電阻、電容構(gòu)成充放電電路，并由兩個(gè)比較器來(lái)檢測(cè)電 容器上的電壓，以確定輸出電平的高低和放電開(kāi)關(guān)管的通斷。這就很方便地構(gòu)成 從微秒到數(shù)十分鐘的延時(shí)電路，可方便地構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器，施密 特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生或波形變換電路。繼電器（1）電路圖（見(jiàn)圖七）r電磁式繼端加上一定的電壓，線(xiàn)圈中就圖要在線(xiàn)圈兩在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與LB 7B -Bi工（2）工作原理電器的電路圖鐵;、線(xiàn)圈、銜鐵、觸點(diǎn)咬應(yīng)，銜鐵就會(huì)靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線(xiàn)圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在 彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸

9、點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常 開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線(xiàn)圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn) 稱(chēng)為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱(chēng)為“常閉觸點(diǎn)”。三極管（1）我們做的設(shè)計(jì)里三極管選用的是功率三極管，其主要功能是用一個(gè)小 電流經(jīng)過(guò)三極管的放大作用變成一個(gè)大的電流。（2）工作原理：當(dāng)三極管的倒通電壓大于死區(qū)電壓時(shí)，集電極正偏，發(fā)射 極反偏，三極管開(kāi)始工作。一）方案設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，收集相關(guān)資料，分析研究。提出參考方案，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下論證其可行性選定方案，列出器件清單，購(gòu)買(mǎi)元件。（二）元件安裝設(shè)計(jì)合理的布局，布

10、局設(shè)計(jì)原則：使元件占領(lǐng)空間小，但方便操作，使整機(jī) 大方美觀。模擬代換說(shuō)明：（1）.為了在現(xiàn)有條件下實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，用撥盤(pán)開(kāi)關(guān)的閉合代替檢測(cè)點(diǎn)在水中的連 接狀況。（2）.用發(fā)光二極管代替水泵的工作情況。排線(xiàn)盡量節(jié)省材料，方便操作。焊接按正確的電路焊接方法進(jìn)行焊接，避免兩相鄰焊點(diǎn)粘結(jié)短路。整體檢測(cè)電路，看是否焊漏，是否有粘結(jié)短路。（三）運(yùn)行與調(diào)試運(yùn)行結(jié)果：（1）.第一次運(yùn)行：無(wú)論怎樣撥開(kāi)關(guān)，發(fā)光二極管都不會(huì)亮（2）. 第二次運(yùn)行：1）.撥盤(pán)開(kāi)關(guān)都斷開(kāi)，接上 5V 電源時(shí)，發(fā)光二極管亮。2）.當(dāng)撥上開(kāi)關(guān) 1 時(shí)，二極管保持發(fā)光狀態(tài)。3）.當(dāng)把開(kāi)關(guān) 2 合上時(shí)，二極管熄滅。 本次成功實(shí)現(xiàn)電路所要求功能。故障

11、及其排除過(guò)程 在第一次運(yùn)行失敗后，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了兩處故障： （1）.漏連結(jié) 2 和 6 兩腳，用導(dǎo)線(xiàn)連結(jié)焊接好。 （2）.繼電器的連結(jié)錯(cuò)誤，重新調(diào)整其連結(jié)。五設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)歷近兩周的艱苦奮斗，我們圓滿(mǎn)地完成了水位器的設(shè)計(jì)制作。設(shè)計(jì)中遇到困難時(shí)的煩惱已被漸漸淡忘。留下的卻是對(duì)此甜美的回憶，這 不僅是一次設(shè)計(jì)活動(dòng)，也是一段心路歷程。感謝我們的任課老師徐老師，是她在 一年的教學(xué)中耐心地陪伴著我們度過(guò)；感謝我們的指導(dǎo)教師任老師，是他在悶熱 的實(shí)驗(yàn)室里不辭辛勞的指導(dǎo)著我們；我們也彼此感謝我們的合作人，感謝彼此在 這些日子里相互的支持，鼓勵(lì)與合作。這不僅是大學(xué)里兩人一組的設(shè)計(jì)合作，也 是社會(huì)生活中相互合作的一個(gè)

12、縮影。在合作中，團(tuán)隊(duì)精神和奉獻(xiàn)精神是至關(guān)重要 的，我們學(xué)會(huì)了在一個(gè)團(tuán)隊(duì)中要勇于奉獻(xiàn)，寬容理解，堅(jiān)持不懈的精神。對(duì)于這門(mén)課程，我們了解日常生活中很多帶電的機(jī)器的工作原理，對(duì)我們幫 助很大，在現(xiàn)代的社會(huì)當(dāng)中電方面的知識(shí)是基礎(chǔ)的東西，也是很重要的，要掌握 的。對(duì)于這次的設(shè)計(jì)，我們從中受益匪淺，不僅學(xué)到了很多如何設(shè)計(jì)電路，還學(xué) 會(huì)了如何寫(xiě)論文，其中的嚴(yán)密性對(duì)于以后工作非常有幫助。在這次設(shè)計(jì)中也暴露了我們存在的一個(gè)嚴(yán)重缺點(diǎn),動(dòng)手能力較弱。在往后的 學(xué)習(xí)中，我們?cè)趯W(xué)習(xí)理論的同時(shí)也要加強(qiáng)實(shí)踐能力的訓(xùn)練。電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)是產(chǎn)業(yè) 結(jié)構(gòu)中的重中之重，世界各國(guó)都高度重視。它同國(guó)防科技，信息產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)。 它的發(fā)展好壞關(guān)

13、系到國(guó)家科技領(lǐng)域的興衰。作為新時(shí)代的大學(xué)生，我們要勇于開(kāi) 拓創(chuàng)新，把自己培養(yǎng)成理論水平高，動(dòng)手能力強(qiáng)的社會(huì)主義建設(shè)者。 六參考文獻(xiàn)1.作者： 秦曾煌；書(shū)名:電工學(xué)第六版上下兩冊(cè);出版社：高等教育出版社。出版日期：上冊(cè) 2006年 1月第六版，下冊(cè) 2006 年 7 月第六版。作者:龔之春；書(shū)名：數(shù)字電路；出版社：電子科技大學(xué)出版社；出版日 期：1999年 08 月。作者：岳怡主；書(shū)名： 數(shù)字電路與數(shù)字電子技術(shù)；出版社： 西安工業(yè)大 學(xué)出版社；出版日期： 2004 年 01 月。作者:胡虔生胡敏強(qiáng)；書(shū)名： 電機(jī)學(xué) （第2版）； 出版社：中國(guó)電力出版社 ；出版日期： 2009年 07 月。作者:陳

14、洪亮田社平吳雪徐雄；書(shū)名：電路分析基礎(chǔ)；出版社：清華大學(xué)出版社；出版日期： 2009 年 01 月。作者:王金礦等;書(shū)名;電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)；出版社：機(jī)械工業(yè)出版社 出版日期： 2008 年03 月。作者:閻石清華大學(xué)電子學(xué)教研組 ;書(shū)名：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ);出版社：高等教育出版社出版;日期： 2008年01月。作者：邱關(guān)源 羅先覺(jué) ;電路第四版;出版社：高等教育出版社;出版日期： 2006 年 05 月。編者:葉水音；書(shū)名：電機(jī)學(xué)；出版社：中國(guó)電力出版社；出版日期：2009 年 01 月。作者:于歆杰 朱桂萍 陸文娟 ；書(shū)名：電路原理；出版社：清華大學(xué)；出 版日期：2007 年 03 月。作者：康華光 ；書(shū)名： 模擬電子技術(shù)；出版社： 第五版高等教育出版 社；出版日期：2009 年 07 月。七附錄（一）附錄 1：總電路原理圖-1:1 J1朿用5巧時(shí)圣第嵐屯路緘