水槽液位控制器的设计论文 - 图文

水槽液位控制器的设计

一、设计任务及控制要求

设计一个水槽液位控制器，自动控制水槽液位在高水位和低水位之间循环流动。 基本功能如下：

（1）如果水位低于低水位（点）则水泵抽水，使水槽的水位上升。

（2）如果水位高于低水位而低于高水位时，水泵继续抽水，使水槽水位继续上升。 （3）当水位达到（或超过）高水位时，水泵停止抽水，同时触发电磁阀打开放水，使水位下降。

（4）当水位下降到低水位时，电磁阀关闭，同时水泵又开始抽水，使水槽的水液位上升。完成一个周期的循环。

二、设计目的

1．通过本设计使学生更加熟悉用中规模集成电路进行时序逻辑和组合逻辑的电路设计方法，掌握水槽液位控制器的设计方法。

2．使学生了解接触器、电磁阀、水泵等器件的基本原理，能够独立完成电气实验的接线和调试，并对实验结果进行分析和总结。

三、设计原理及思路

1、本课题采用集成电路设计方案

水位控制系统的时序关系，如图9.1.1所示。

水位高水位低水位时间水泵启动启动启动停止电磁阀启动停止停止时间启动启动停止停止停止时间

图9.1.1 水位控制器的时序图

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水位控制流程图（J1是低水位的控制继电器，J2是高水位的控制继电器）

直流电源模块DC 5VAC 220VKM高水位信号电压比较器 1隔离保护驱动电路J2水泵DC 5VLH直流电源模块水槽DC24VKM低水位信号LL电压比较器 2隔离保护驱动电路J1电磁阀AC 380VL1AC 380VL2J1KMJ2KM图9.1.2 水位控制器设计流程图

对应的电气控制原理电路，如图9.1.3所示。

AC220DC 24VKMAC 380VL1L2AC 380VQSJ1J2KM电磁阀AC220DC5VJ2DC5VJ1KM隔离保护驱动模块KM电源模块控制部分高水位M~ 图9.1.3 水位电气控制原理示意图

水槽低水位公共端

2、基本原理

在图9.1.2中，系统主要由水槽、电压比较器、隔离保护和驱动电路、直流继电器控制电路、水泵、电磁阀组成。其中，电压比较器是该系统核心部分，高低水位的电压通过与基准电压比较输出逻辑信号，控制直流继电器的工作，实现水泵的通断，以实现水槽中的水位

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进行上下移动。

当水位低于低水位LL时，高、低水位的两个电压比较器同时输出控制直流继电器J1、J2都工作，控制交流接触器KM工作并自锁，让水泵抽水和关闭电磁阀，使水槽液位上升。 当水位上升到达低水位时，低水位的电压比较器输出状态反转，控制KM电路的直流继电器的触点J1断开，但由于交流接触器KM电路有自锁，所以水泵还继续抽水，让水液位继续上升。

当水位继续上升到达高水位LH时，高水位的电压比较器输出状态反转，对应于直流继电器J2的触点断开，使交流接触器停止工作，则水泵停止抽水；同时打开电磁阀放水，使水位下降。只要水位一直低于高水位，则高水位比较器输出状态又发生反转（即J2工作）。但此时低水位控制的直流继电器J1还处于断开状态，所以水位还是继续下降。只有当水位到达低水位时，即低水位比较器输出状态也出现反转（即J1工作），使水泵得电抽水，水位上升，系统完成一个循环。

四、电路设计要求

1、参数基本要求

（1）电磁阀参数

①管径φ4。 ②最高温度为 80℃。③孔径2.5mm 。④功率为0～7Var。 ⑤类型处于常闭状态。 （2）水泵参数

①额定电压为220V/50Hz。 ②扬程为0～0.8m。③最大流量为450L/H。④额定功率为8W。

2、所需元器件

元器件名称 电阻 集成芯片 三极管 继电器 硅堆 瓷片电容 电解电容 稳压芯片 变压器 备注 1K电阻2个，10K电阻6个，20K电阻2个 LM324电压比较器1个，TLP521-2光电耦合器1个 8050型2个 HJR-4102-L-05V 2个 1个 100nF 4个 2200uF 2个 ； 470uF 2个 7815、7915各1个 220V—18V

3、电路图及参数计算

（1）控制电路

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以低水位为例说明：

把电压比较器负端的电压UR作为参考电压。 UR=Vcc/2=7.5V。当开关J1断开时（相当于水位在低水位以下），电压比较器正端电压为15V>UR，此时比较器输出高电平，驱动光电耦合器灯亮。使光耦E端有电流输出。通过三极管的放大作用，驱动继电器工作使开始抽水。R8为继电器内阻。仿真得其两端电压为12.58V，因此可以工作。

当水位没过低水位时，相当于J1闭合使电路接地，此时电压比较器正端电压 U=R2·Vcc/（R2+R4）=5V< UR，比较器输出低电平。整个电路截止，继电器J1没电流通过。

备注：电路中1K电阻起限流作用，防止三极管烧坏。光耦起隔离保护电路作用，以免负载变化影响电路的稳定性。高水位电路图与低水位一样。其工作原理也一样。 （2）电源电路

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