液位控制器的设计1

辽宁工程技术大学电子技术课程设计

系到水位检测的精确度：探头个数越多检测点也就越多检测水位就越准确。但如果探头太多就会给其他电力设计带来麻烦：一个是信号处理的输入端要多，一个是水位显示也要相应的增加，加大了工作量。

根据任务设计的要求，假设一水塔高8米，令该水塔水位到达7米或低于1米时报警，也就是说水塔最起码要有7米深，因此可以将探头个数设计为八个，分别检测八个点的水位，原理图如下图②所示。

a—h为八个检测探头，其中a探头到水箱底部的高度为1米，其他探头一次放置在相差一米的位置上，即只能检测到1—8米的水位。COM为公共电极，接+5V。为了提高精确度，将公共电极尽可能的靠近探头，即使电极与探头的距离尽量小，有利于电信号的传递。当水位上升到套头位置时，+5V电信号经过介质水接通到所在的探头；而当水位下降时断开，因此只要测出哪些探头接通电信号时，就大概可以确定水位的高度。比如说只有abcd有电信号输出，而efgh都没信号(或者说输出低电平)输出时，就基本上可以确定水位在探头d以上e以下，即在4—5米之间，再将该电信号输入到信号处理部分进行处理输出相应的控制信号即可。

COM公共电极+5V水面检测探头hgfedc水塔ba图② 探头原理图

2.2 信号处理部分

该部分主要是对输入信号进行处理输出其他电路的控制信号。由于水的导电性十微弱，由公共端通过探头的电信号会很小，不一定能够成为满足电路工作的控制信号，因此有必要先对输入信号进行放大处理。根据元器件的功能可知，晶体管具有放大、饱和和截止三种工作状态，可选用一种状态输入信号进行处理。

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余光瑞：液位控制器的设计

T1 !NPN信号输出信号输入R1 10kC1 10u 图③ 信号处理电路

由探头出来的电信号输入到信号输入端，由信号输出端输出。当有电流从公共电极流入探头时，经过电阻R到达晶体管Q的基极，此时三极管的发射结合集电结电压都正偏。当发射结电压超过三极管的导通电压时，由晶体管的工作条件可知此时其处于饱和状态，即相当于开关的闭合状态，接通集电极与发射极，使集电极输出低电平。只要涉及电阻R的阻值合理，就能比较稳定地使晶体管工作。

经过三极管处理的信号还只是一个低电平的信号，没有控制其他电路工作的能力，还必须经过编码处理。

由以上电路的设计与分析，该编码电路最少应有八个输入端，作为八个探头输出信号的输入端，而且有效电平为低电平，因此应设计成具有优先编码功能的编码电路，所谓“优先”编码即多个输入端同时满足编码条件时，只对最高位编码。

根据要求该电路设计成以编码器为核心的编码电路，具体设计的电路图如图④所示：

图④ 信号编码电路

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a-h为信号输入端，DCBA为信号输出端。 元器件选择：编码器74147，反相器7404。

芯片介绍：74147为10-4线BCD优先编码器，编码输入有效电平为低电平，编码输出为BCD反码，即当输入端有“0”输入时，输出端就输出与之对应的BCD反码。如“2”，“4”同时输入“0”，则按“4”进行编码，内部编码成BCD码0100，输出则为BCD反码1011,74147的真值表如表①所示：

表① 74147真值表

2.3 水位显示电路

该部分主要是用七段数码显示器显示水位。

七段数码显示器一般有两种接法：一种是共阴极接法；一种是共阳极接法。无论哪种接法，其都是由七组发光二极管构成。当其为共阴极接法时则对高电平有效，即要输入高电平时才能使其点亮；当其为共阳极接法时对低电平有效，只有输入低电平时才会显示，显示器原理图如下图⑤中（a）、（b）、（c）所示。

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图⑤ 七段数码管显示器原理图

由原理图可知，该显示器有七个发光二极管分别用a、b、c、d、e、f、g，因此只要点亮相应的发光二极管，就能使其显示特定的数字，比如说对于共阴极接法的显示器同事对a、b、c输入高电平时使a、b、c段二极管点亮而其他的都灭即显示出数字“7”。

该部分电路直接由显示译码器对编码信号译码后驱动显示器工作，电路图如图⑥所示：

图⑥ 显示器原理图

DCBA为二进制码信号输入端，a—g为译码后信号的输出端。信号输出后经过限流电阻直接接到显示器输入端，驱动显示器工作。 元器件选择：

经过分析，译码器选用BCD-7段译码显示器驱动器7448；显示器为共阴极七段数码显示器；R阻值220欧姆。

7448译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器，其功能表如表②所示:

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