简易水塔水位控制电路课程设计

简易水塔水位控制电路

2.2.3水位范围测量电路的功能实现

水位范围测量电路是确定实际水位和水位控制范围的大小关系,通过计算我们可以初步确定水位改变对电压VA，VB的影响。

RA为水压传感器A的阻值，RB为水压传感器B的阻值，R1，R2,为滑动变阻器，K为压力的改变对电阻影响的系数,P为传感器所受的压强，p为水的密度，g为重力加速度，h为水位高度。

VA = R1x12/(R1+R2) (1.1)

当电压值刚好到达阀值电压6V时由公式（1.1）则 1/(1+(RA/R1)) = 0.5 (1.2) 即 RA = R1 (1.3) 由水位与电压的关系： P = pgh (1.4) R1 = K*F (1.5) R1 = K*P/S (1.6) 则可推出R1 = Kpgh/S (1.7)

由式(1.7)即电阻值RA与水位高度近似成正比例关系，则调节R1的值即可改变水位的范围，R2与R1原理相同

由S1R1，即可从大致的滑动变阻器阻值大小判断水位范围为的大小。

2.2.4模拟量与数字量的转换

首先，VREF输入到两个运算放大器的同相输入端，而VA和VB则同时分别输入到这两个运算放大器的正相输入端。这样，当VAVREF时，OUTA输出为高电平；当VBVREF时，OUTB输出为高电平。由于VA、VB、VREF分别代表S1、S2和S，实际水位和水位控制范围的大小关系就确定了。

可知当水位是低水位，即水位在范围之下时(ss2）,都输出高电平（1 1）。如图3.由题意可知，电动机控制信号与输入信号相反，因此可加入两个反相器矫正之即可。

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水位 S

高B 0 0 1 2.2.5逻辑电路对电路状态显示的控制

如图4用三个发光二极管表示水位的状态。由电路输出可列出二极管驱动真值表 A为水位低端，B为水位高端，A’为控制电机的逻辑值，为1则电机转动；B’为控制电机的逻辑值，为1则电机转动；LED灯逻辑值为1则点亮。

此电路选用CC4001，其中由四个两输入或非门组成，完全能实现所需要功能。 注： Q1=(A+B)Q2=(A+B)Q3=(A+B)

水位 S

黄Q2 0 1 0 红Q1 1 0 0 2.2.6电动机控制电路

水泵开关电路如图5所示。

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图5水泵开关电路

水泵开关电路是由三极管电路和继电器电路构成的。电路的输入即为图6电路中的输出，即当VA< VREF且VB< VREF时，A’和B’输出都为高电平,电机1,2工作；当VA< VREFA而VREF

工作；当VA> VREF且VB> VREF时，A’和B’输出都为低电平，电机1,2停止。如图6所示

注：A=A'

水位 S

S1

由于水泵中通过的都是大电流，产生大功率，而直流电源无法提供大电流和大功率，因此水泵需要交流供电，这样一来，电路中的开关必须采用继电器电路。而一般运算放大器的输出电流无法驱动继电器，因此需要加入电流放大电路。由三极管电路构成的电流放大电路是一种比较典型的和简单的电路。其中R3和R4为限流电阻，

关/1 关/0 低A 高B 1电机/A’ 2电机/B’ 0 0 开/1 开/1 9

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防止输入电流过大烧毁三极管。三极管接为共集电极电路，当输入电压为高电平时，三机管导通饱和，可以将输入电流放大β倍；当输入电压为低电平时，三极管截止，无电流通过。继电器连接三极管的发射极，当有电流驱动时，开关吸合，对应的水泵通电；当无电流启动时，开关断开，对应的水泵不通电，同时在继电器两端并联入二极管进行保护。

显示电路由发光二极管构成。通过发光二极管亮灭来表示水泵是否通电，同时由于继电器的驱动电流过大，需要加入限流电阻。

2.3可行性分析

此方案采用纯硬件电路设计，避免了软件程序设计中的不稳定因素，提高了实际运用中的可靠性。同时，对于不同类型的液体，此系统均有良好的兼容性。当水塔中液体改变时，只需要将电位器中的阻值和该液体的阻值调节到一个数量级上就可以很方便的实现此液体的水位控制操作。试验证明，此水塔水位控制器不仅实现了对水塔水位的精确控制，而且，此系统更具有工业生产的实际性。

3. 器件清单及说明

3.1元件清单

Comment 极性电容 电容 LED 稳压管 二极管 桥式电路 继电器 LM7812 水泵 NPN 固定电阻 可变电阻 变压器 反相器 CC4001 LM393 CurrentDate Designator 2013-1-3 2013-1-3 2013-1-3 2013-1-3 2013-1-3 2013-1-3 2013-1-3 2013-1-3 2013-1-3 2013-1-3 2013-1-3 2013-1-3 2013-1-3 2013-1-3 2013-1-3 2013-1-3 C1, C4 C2, C3 D1D2,D3D8,D9 D4 D5，D6，D7 D10 K1, K2 LM1 M1, M2, Q1, Q2 R1, R2, R3, R5, R7, R8, R9, R10, R11 R4, R6 T1 U1, U4 U2 U3 10

Quantity 2 2 3 1 1 1 2 1 2 2 9 2 1 2 1 1