【電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】簡(jiǎn)易水位控制器設(shè)計(jì)報(bào)告

• 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求
• • 2.控制要求
  • 3.備用泵控制要求
• 二、成果
• • 摘要
  • 引言
  • 系統(tǒng)概述
  • • 任務(wù)分析與設(shè)計(jì)方案確定
    • • 水位與電機(jī)的開(kāi)與關(guān)的關(guān)系
    • 功能塊的劃分與實(shí)現(xiàn)方式
    • • (1)降壓整流電路:
      • (2)控制電路:
      • ⑶水位檢測(cè)
  • 1.3 整體方框圖及工作原理
  • • ⑴本設(shè)計(jì)的原理方框圖如圖1-1所示
    • 2)總體工作原理介紹
    • • 電機(jī)故障檢測(cè)與備用電機(jī)的投入原理：
    • 2 單元電路設(shè)計(jì)
    • • 降壓整流電路設(shè)計(jì)
    • 工作原理
    • 主要元器件參數(shù)選擇
    • • 降壓變壓器TF1的選擇
    • 濾波電容C3的選擇
    • 2.2 控制電路的設(shè)計(jì)
    • 工作原理
    • NE555系列芯片簡(jiǎn)介
    • NE555的特點(diǎn)有：

一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

• 簡(jiǎn)便水塔水位控制器具有四個(gè)水位檢測(cè)輸入
• 由低到高分別為H l、H2、 H3、H4
• 380V交流航動(dòng)功率為10KW的電機(jī)電動(dòng)機(jī)分別為M l、M2;
• 控制根器據(jù)水位狀態(tài)控制電機(jī)工作

2.控制要求

水位檢測(cè)，要求不受長(zhǎng)期水泡工作環(huán)境影響；

當(dāng)水位低于H 1時(shí)，M l與 M 2同時(shí)工作;當(dāng)水位高于H4時(shí)，初 與 M 2同時(shí)
停機(jī)；

當(dāng)水位由H 1上升到H 3時(shí)，關(guān)掉M l;

當(dāng)水位由H 4下降到H2時(shí)，打開(kāi)M1;

3.備用泵控制要求

• 當(dāng)兩臺(tái)工作電機(jī)任一臺(tái)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)能檢測(cè)出故障
• 并使備用電機(jī)投入工 作，備用電機(jī)投入后，對(duì)故障電機(jī)有相應(yīng)指示。

二、成果

三、主要參考文獻(xiàn)
[1]彭介華.屯子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京:高等教育出版社，1997
[2]康華光， 數(shù)字電子技術(shù)，北京:高等教育出版社，

摘要

本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易水位控制器是在掌握數(shù)字電子技術(shù)相 關(guān)知識(shí)的前提下 進(jìn)行的一項(xiàng)理論與實(shí)踐相結(jié)合的活動(dòng)。 基于對(duì)555芯片和 低壓繼電器的學(xué)習(xí)和了解 本設(shè)計(jì)采用NE555芯片結(jié)合繼電器和接觸器及 浮力開(kāi)關(guān)來(lái) 實(shí)現(xiàn)水位的檢測(cè)與對(duì)電機(jī)的自動(dòng)控制和保護(hù)。為了證明設(shè)計(jì)的 可行性 ?本設(shè)計(jì)使用Multisim軟件對(duì)芯片控制電路進(jìn)行仿真 ?并在文中 附上仿真結(jié)果。 本文為課程設(shè)計(jì)的說(shuō)明書(shū) ?其主耍介紹了本設(shè)計(jì)是如何運(yùn) 用數(shù)字電子及其他相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)水位的控制 ?并詳細(xì)介紹了各功能塊的實(shí) 現(xiàn)方式和原理 ?以及所用到的元器件等。

引言

本設(shè)計(jì)使用數(shù)字電子技術(shù)和繼電器、接觸器等相關(guān)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水位對(duì)電機(jī)的 控制。 課程設(shè)計(jì)相對(duì)以往的課堂教學(xué)對(duì)我們提出更高的要求， 需要基于所學(xué)或?qū)⒁?學(xué)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行靈活運(yùn)用，并最終形成一?個(gè)完整的產(chǎn)品。 在本課題的設(shè)計(jì)中，由 于考慮到設(shè)計(jì)周期等限制， 以及任務(wù)要求的局限性，僅僅設(shè)計(jì)了一個(gè)原始系統(tǒng)來(lái)達(dá) 到題目要求 在設(shè)計(jì)中使用Multisim仿真軟件對(duì)系統(tǒng)可行性進(jìn)行分析 并盡可能考 慮到在實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問(wèn)題 保證設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品能夠正常運(yùn)行。 但是由于知識(shí)和能力有限，其中有諸多不完善之處還需改善。

系統(tǒng)概述

水位控制器是日常生活中常見(jiàn)的自動(dòng)化器械 本課程要求運(yùn)用數(shù)字電子技術(shù)等 知識(shí)設(shè)計(jì)一臺(tái)水位控制器。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，此系統(tǒng)采用強(qiáng)弱電結(jié)合。 弱電部分由 - 降壓整流電路 - 555觸發(fā)電路(NE555) - 繼電器(KA) - 浮力開(kāi)關(guān)等組成。 其中降壓整 流電路為整個(gè)控制電路提供直流電壓 觸發(fā)電路NE555根據(jù)其觸發(fā)特性對(duì)水塔所 處的水位進(jìn)行檢測(cè)。 強(qiáng)電部分由熔斷器、交流接觸器(KM)和電機(jī)等設(shè)備構(gòu)成。1

任務(wù)分析與設(shè)計(jì)方案確定

本課程設(shè)計(jì)的主題是設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易水位控制器。 水位控制器是運(yùn)用電力電子相 關(guān)技術(shù)完成水位的檢測(cè)和控制電機(jī)的啟動(dòng)與關(guān)閉，以及故障電機(jī)的保護(hù)和備用電機(jī)的投入等一系列自動(dòng)化工作。 從任務(wù)的控制要求來(lái)分析，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需要在指定的 水位實(shí)水位(低到高H1現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)的啟動(dòng)與關(guān)閉,H4)與電機(jī)的開(kāi)與關(guān)的具體關(guān)系如

水位與電機(jī)的開(kāi)與關(guān)的關(guān)系

觸發(fā)水位水位上升？水位下降？水位上升？水位下降？

H1	開(kāi)	開(kāi)	開(kāi)	開(kāi)
H2	開(kāi)	開(kāi)	開(kāi)	關(guān)
H3	關(guān)	關(guān)	開(kāi)	關(guān)
H4	關(guān)	關(guān)	關(guān)	關(guān)

由表可知，兩臺(tái)電機(jī)的開(kāi)與關(guān)在水位從H2至IJH3的過(guò)程中是不同的， 故本設(shè) 計(jì)使用兩個(gè)芯片分別負(fù)責(zé)控制兩個(gè)電機(jī)。 在眾多芯片中采用NE555芯片構(gòu)成RS觸 發(fā)器作為控制部分的核心。 由于控制部分涉及芯片和小功率繼電器線圈 - 所以必須 使用小于24V的電壓源驅(qū)動(dòng) - 而電機(jī)電動(dòng)機(jī)要求10KW的功率，必須采用三相異步電機(jī)，故需要三相電源驅(qū)動(dòng)。 那么弱電部分可以從220V市電中采用降壓變壓器取得電能 強(qiáng)電的控制部分可以使用直接從與電機(jī)連接的三相電源中， - 引出兩相與降 壓變壓器高壓端相連的方式獲得220V電壓。

此外，控制部分還必須對(duì)電機(jī)拖動(dòng)部分進(jìn)行控制

• 那么可以使用中間繼電器做 強(qiáng)弱電的橋梁來(lái)實(shí)現(xiàn)弱電對(duì)強(qiáng)電部分的控制。
• 但對(duì)于電機(jī)故障和備用屯機(jī)的投切問(wèn)題，可以在電機(jī)控制部分配置交流接觸器結(jié)合熔斷器來(lái)實(shí)現(xiàn)該要求。
• 此外，在水位 檢測(cè)輸入端口的設(shè)計(jì)上，為了保證了檢測(cè)端口不會(huì)受到長(zhǎng)期水泡的影響。
• 故采用金 屬不銹鋼等抗腐蝕材料，和利用浮力原理控制導(dǎo)線閉合的低壓器件作為檢測(cè)端口。

功能塊的劃分與實(shí)現(xiàn)方式

• 現(xiàn)根據(jù)前文的任務(wù)分析，對(duì)本設(shè)計(jì)的功能塊劃分和實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行具體的闡述。 首先在弱電部分電路按功能劃分后每部分的實(shí)現(xiàn)方式如下：

(1)降壓整流電路:

采用降壓變壓器從220V市電中取得電能。 并用四個(gè)1N4002極管，一個(gè)電容組成電容濾波電路對(duì)低壓交流電進(jìn)行整流和濾波。 為控制電路提供穩(wěn)定的直流電。

(2)控制電路:

采用兩個(gè)NE555芯片分別構(gòu)成RS觸發(fā)器作為核心控制部件。 其 信號(hào)端與水位開(kāi)關(guān)電路相連，輸出端與繼電器線圈相連。 由于本系統(tǒng)要求弱電控 制強(qiáng)電，而中間繼電器的作用正是在回路中實(shí)現(xiàn)用小電流、低電壓來(lái)控制大電 流、高電壓設(shè)備。 所以采用小功率中間繼電器作為兩者的紐帶。

⑶水位檢測(cè)

電路:采用市場(chǎng)上流行的浮力開(kāi)關(guān)放置在水塔的指定水位處。 開(kāi)關(guān)兩互相配合實(shí)現(xiàn)備用電機(jī)的投入和故障電機(jī)的指示。 同樣，在每個(gè)部分電路與電 源直接相接處申聯(lián)保險(xiǎn)絲以保護(hù)設(shè)備。

1.3 整體方框圖及工作原理

⑴本設(shè)計(jì)的原理方框圖如圖1-1所示

圖1-1簡(jiǎn)易水位控制器原理方框圖

2)總體工作原理介紹

- 水位監(jiān)測(cè)與控制原理 :這里僅對(duì)M1電機(jī)啟停控制進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，M2電機(jī)的控制同理可得。 - 為了敘述方便，以下2、6腳呈高電位是指輸入電壓呈＞Vcc 和〉Vcc。 - 當(dāng)液面低于最低水位Hl時(shí)，所有的浮力開(kāi)關(guān)都斷開(kāi)， - 此時(shí)NE555芯片的2、6 腳都呈低電位，則輸出為高電位，兩端分別接在NE555芯片輸出管腳和地 線的繼電器(KA1)線圈得電， - 并帶動(dòng)安裝在兩臺(tái)主電機(jī)控制部分的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合， 使得與之串聯(lián)的交流接觸器(KM1)的線圈得電， - 同時(shí)帶動(dòng)其對(duì)應(yīng)的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合， 使得Ml電機(jī)和電網(wǎng)相連，電機(jī)得以啟動(dòng)。當(dāng)水位達(dá)到H2后(即浮力開(kāi)關(guān)1、2閉 合)， - NE555芯片的2腳呈高電位，6腳呈低電位，此時(shí)輸出端狀態(tài)保持，仍呈高 電位電機(jī)保持運(yùn)轉(zhuǎn)。 - 當(dāng)液面高于水位H3時(shí)，NE555芯片的2、6腳都呈高電位，輸出端電位立即變?yōu)?V,使得繼電器線圈兩端電壓為0V, 電機(jī)控制部分的常開(kāi)觸點(diǎn)復(fù)原，使得與之串聯(lián)的交流接觸器(KM1)的線圈無(wú)電流通過(guò)，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)， - 使得Ml 電機(jī)和電網(wǎng)斷開(kāi)連接，電機(jī)停機(jī)。 - 但液面高于最高水位H4時(shí)，浮力開(kāi)關(guān)4閉合 - NE555芯片的復(fù)位端電位從 Vcc立即降為接近0V,使得芯片復(fù)位，輸出電壓為0V, - 同理可知電機(jī)停機(jī)？

電機(jī)故障檢測(cè)與備用電機(jī)的投入原理：

- 正常運(yùn)行的電機(jī)出現(xiàn)故障一般是三相短路、過(guò)載、缺相。 - 本設(shè)計(jì)使用帶電磁脫 扣器的斷路器QF做過(guò)載和短路保護(hù)， - 使用電流互感器和電流繼電器并聯(lián)做斷相保 護(hù)。 - 當(dāng)任何一個(gè)電流繼電器得電，使得串聯(lián)在電機(jī)控制電路的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)； - 串聯(lián) 在備用電機(jī)啟動(dòng)電路的常閉觸點(diǎn)閉合(原來(lái)線圈帶電時(shí)是斷開(kāi)的)， - 導(dǎo)致同樣在一條 支路的繼電器(KM)線圈失電， - 導(dǎo)致與電機(jī)與電網(wǎng)相連的繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)，故障電 機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn) - 同時(shí)實(shí)現(xiàn)了故障的指示和備用電機(jī)的啟動(dòng)功能。

2 單元電路設(shè)計(jì)

降壓整流電路設(shè)計(jì)

該部分由降壓-個(gè)變壓器TF1、四個(gè)1N4002型的二極管構(gòu)成橋式整流電路、一個(gè)電容C3組成。其作用是為弱電部分的控制電路提供直流穩(wěn)壓電源。 電容濾波電路 ：TF1C3 220u ,12V lN4002 ,220V 1TO1

工作原理

接通電源后，交流電流經(jīng)降壓整流部分， 當(dāng)輸入交流電壓 為正半周時(shí)，對(duì)DI、D3加正方向電壓，使得DI、D3導(dǎo)通; 對(duì)D2、。4加反方向電 壓，D2、D4截止。 電路中構(gòu)成Es、DI、Ul、D3通電回路，在U1，上形成上正 下負(fù)的半波整流電壓。 Es為負(fù)半周口寸，對(duì)D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通; 對(duì) DI、D3加反向電壓，DI、D3截止。 電路中構(gòu)成Es、D2、U2、D4通電回路， 同 樣在U2上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。

由于整流后的直流實(shí)際是脈動(dòng)的，也就是直流的波形不是平宜的，因此使用大 容量電容并聯(lián)在電路中，在電壓的波峰時(shí)儲(chǔ)能，在波谷時(shí)放能，使脈動(dòng)的直流電壓波形接近平直

主要元器件參數(shù)選擇

降壓變壓器TF1的選擇

控制變壓器一般用于降低控制部分電路電壓，以保證控制電路的安全可靠。 本 設(shè)計(jì)根據(jù)以下兩個(gè)原則選用變壓器容量

• 根據(jù)控制電壓的最大工作負(fù)荷時(shí)所需要的功率進(jìn)行選擇，以保證變壓器在長(zhǎng) 期工作時(shí)不至于超過(guò)允許溫升。
• 變壓器的容量應(yīng)能保證部分吸合的電器，在啟動(dòng)其他電器時(shí)，仍能可靠吸 合，同時(shí)又能保證將要啟動(dòng)的電器也能啟動(dòng)吸合。

根據(jù)以上原則選擇的變壓器參數(shù)如表2-1所示

型號(hào)輸入電壓輸出電壓輸出電流輸出

TF66 X32	110V/220V	12V	3A

濾波電容C3的選擇

濾波電容的選擇適合恰當(dāng)直接影響到弱電部分電路能否正常運(yùn)行。常用的濾波 電
，容為瓷介質(zhì)電容，這里選擇型號(hào)為X7R(穩(wěn)定型)瓷介質(zhì)電容，其大小為22()

2.2 控制電路的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的控制電路由兩個(gè)NE555芯片、兩個(gè)電容、兩個(gè)NPN型三極管、兩個(gè)
1N4002型的二極管、四個(gè)接觸器和14個(gè)電阻構(gòu)成

工作原理

NE555芯片是整個(gè)控制電路的核心，所以在闡述原理前，先簡(jiǎn)單介紹NE555芯片手冊(cè)

NE555系列芯片簡(jiǎn)介

NE555是屬于555系列的計(jì)時(shí)1C的其中的一種型號(hào)， 555系列IC的接腳功能 及運(yùn)用都是相容的， 只是型號(hào)不同的因其價(jià)格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩 頻率也不大相同; 而555是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí)■ IC,只需少數(shù)的電阻和 電容， 便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈沖信號(hào)。

NE555的特點(diǎn)有：

1. 只需簡(jiǎn)單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。 - 其延時(shí)范圍極 廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久。 2.它的操作電源電壓范圍極大，可與TTL, CMOS等邏輯電路配合，也就是它 的輸出準(zhǔn)位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。

3.其輸出端的供給電流大，可直接推動(dòng)多種自動(dòng)控制的負(fù)載。
4.它的計(jì)時(shí)帖確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜。
?NE555引腳圖和功能表
NE555芯片管腳圖如圖24所示。各管腳的配置說(shuō)明如表2-2所示。功能表如 表2-3所示。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【电子技术实验设计】简易水位控制器设计报告的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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