电子技术课程设计-简易水位控制器

电子技术课程设计-简易水位控制器内容摘要：

T F 11 T O 1C32 20 u电容滤波电路1 N 4 0 02 ～ 12V ～ 220V 图 21 降压整流电路图 工作原理 原理如图 22 所示。 接通电源后，交流电流经降压整流部分，当输入交流电压 为正半周时，对 D D3 加正 方向电压， 使得 Dl、 D3导通；对 D D4 加反 方向 电压，D D4 截止。 电路中构成 Es、 Dl、 U D3通电回路，在 U1 ，上形成上正下负的半波整 流 电压。 Es 为负半周时，对 D D4加正向电压， D D4 导通；对 D D3加 反向电压， D D3 截止。 电路中构成 Es、 D U2 、 D4通电回路，同样在 U2 上形成上正下负的另外半波的整流电压。 由于 整流后的直流实际是脉动的，也就是直流的波形不是平直的， 因此使用 大容量电容并联在电路中，在电压的波峰时储能，在波谷时放能，使脉动的直流电压波形接近平直。 图 22 降压整流电路原理图 第 6 页 主要元器件参数选择 （ 1）降压变压器 TF1 的选择 控制变压器一般用于降低控制部分电路电压，以保证控制电路的安全可靠。 本设计根据以下两个原则选用变压器容量。 1） 根据控制电压的最大工作负荷时所 需要的功率进行选择，以保证变压器在长期工作时不至于超过允许温升。 2） 变压器的容量应能保证部分吸合的电器，在启动其他电器时，仍能可靠吸合，同时又能保证将要启动的电器也能启动吸合。 根据以上原则选择的变压器参数如表 21 所示 表 21 所选变压器参数 型号 输入电压 输 出 电压 输出电流 TF6632 110V/220V 12V 3A （ 2）滤波电容 C3的选择 滤波电容的选择适合恰当直接影响到弱电部分电路能否正常运行。 常用的滤波电容为瓷介质电容，这里选择型号为 X7R（稳定型）瓷介质电容，其大小为 220。 控制电路设计 本设计的控制电路由两个 NE555 芯片、两个电容、两个 NPN 型三极管、两个1N4002 型的二极管、四个接触器和 14 个电阻构成。 电路图如图 23所示。 图 22 控制电路图 第 7 页 工作原理 NE555 芯片是整个控制电路的核心，所以在阐述原理前，先简单介绍 NE555 系列芯片。 （ 1） NE555 系列芯片简介 NE555 是属于 555 系列的计时 IC 的其中的一种型号， 555 系列 IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省 电、可产生的振荡频率也不大相同；而 555 是一个用途很广且相当普遍的计时 IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉冲信号。 ① NE555 的特点有： 、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。 其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 ，可与 TTL， CMOS 等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。 ，可直接推动多种自动控制的负载。 、温度稳定度佳， 且价格便宜。 ② NE555 引脚图 和功能表 NE555 芯片管脚图如图 24所示。 各管脚的配置说明如表 22所示。 功能表如表23 所示。 T R IG2Q3R45T H R6VCC8GND17IC 1N E 5 5 5 图 24 NE555 功能 — 管脚图（左： Protel 的元件库中；右：实际芯片） 表 22 NE555 管脚配置说明 Pin 1 （接地） 地线 ， 通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 （触发点） 这个脚位是触发 NE555 使其启动它的时间周期。 触发信号上缘电压须大于 2/3 VCC，下缘须低于 1/3 VCC。 Pin 3 （输出） 当时间周期开始 555 的输出脚位。 周期的结束输出回到 0伏左右的低电位。 于高电位时的最大输出电流大约 200 mA。 Pin 4 （重置） 一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。 它通常被接到正电源或忽略不用。 第 8 页 Pin 5 （控制） 这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。 当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下 ,这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin 6 （锁定） 当这个接脚的电压从 1/3 VCC 电压以下移至 2/3 VCC 以上时启动这个动作。 Pin 7 （放电） 这 个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为 ON 时为 LOW，对地为低阻抗，当输出为 OFF 时为HIGH，对地为高阻抗。 Pin 8 （ V +） 这是 555 个计时器 IC 的正电源电压端。 供应电压的范围是+ 伏特（最小值）至 +16 伏特（最大值）。 表 23 555 系列芯片 功能表 （ 2） NE555 芯片控制电路工作原理 对 NE555 芯片各管脚功能和功能表有了初步的了解后，我们开始对本设计的控制部分电路的工作原理进行分析。 控制电路由两个 NE555 芯片构成， IC1 专门控制 M1 电机电动机， IC2 专 门控制 M2电机电动机。 接通电源后，两个 NE555 芯片通过 8脚获得电能，其 Vcc=12V。 本设计通过 Multisim 仿真软件对控制电路进行仿真，并测定相应的电位。 （仿真电路见附录）。 首先，先阐述水位开关的闭合对芯片的输出端电位的影响规律。 1）水位低于 H1 时 ① M1 电机：当水位低于最低水位 H1 时，所有的浮力开关都是断开的，此时 IC1的管脚 2的电位为 ： （ 31 Vcc）；管脚 6 的电位为： 6V（ 32 Vcc）。 由 表 23可知此时 555 的输出端 3 脚的电位为 Vcc。 续表 22 第 9 页 ② M2 电机：当水位低于最低水位 H1 时，所有的浮力开关都是断开的，此时 IC1的管脚 2的电位为 ： 0V（ 31Vcc）；管脚 6的电位为： 6V（ 32Vcc）。 由 表 23 可知此时 555 的输出端 3 脚的电位为 Vcc。 2） 水位高于 H4 时 当水位高于最高水位 H4时，所有的浮力开关都是闭合的，此时两个芯片的管脚 2和管脚 6的电位都为 12V；当 H4的浮力开关闭合的时候，导致控制电路中的三极管 Q1的基 极从原来的负电位变为正的电位，三极管导通，使得集电极由原来的 12V 变为，同时，接在三极管集电极的管脚 4电位由高迅速变为接近 0V，根据 表 23可知，当管脚 4（重置脚）为 0V 时（本系统仿真测得为 ，为三极管管压降），无论管脚 6的电位如何，都会对 555 芯片强制复位，使得两个芯片的输出电压都为0V。 值得注意的是，在设计初期使用 Multisim 仿真时 ， 发现当水位稍微下降到 H4 以下后， M2电机会立即启动，然后给水塔加水，水位很快会上升到 H4 以上， M2 电机停机，如果此时水塔排水比注水的速度稍小 ，那么会出现水位在 H4 的上下徘徊，导致 M2电机频繁开机，由于大功率电机频繁启动，其启动电流大，容易烧毁电机，同时保护作用的接触开关也经不起大电流的频繁冲击。 所以为了避免出现此类情况，本设计采用继电器实现 IC2 的 4 脚电位锁定。 其工作过程是：当水位超过 H4 时→对应的浮力开关闭合→通过三极管 Q1 集电极的电位的突降→与其集电极串联的继电器 KA3 无电流流过→对应的常闭触点由断开变为闭合→由继电器 KA4 自锁→ IC2 管脚 4 电位保持。 当水位下降到 H1 以下后→对应的浮力开关断开→与该浮力开关串联的继电器 KA4 无电流流过→对应 触点断开→电位锁定解除。 3） 水位由 H1 上升到 H3 的过程中 ① M1 电机：当水位从 H1 上升到 H3 的过程中 IC1 的管脚 2 的电位始终为 ： 12V（ 31 Vcc）；管脚 6的电位为： 6V（ 32 Vcc）。 由 表 23 可知此时 555 的输出端 3脚的电位保持原来状态不变。 ② M2 电机：由于 IC2 只有管脚 2与水位 H1 的浮力开关相连接，故只会。