555水位控制器设计报告.docx
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555水位控制器设计报告
水位控制器设计报告
行政班：
昆明学院08级机制二班
指导教师：
任杰老师徐东霞老师
组员：
曾文刚【20080410202】
李潇【20080410206】
水位控制器设计报告
一．设计任务
采用555时基电路设计并制作一台水位控制器，在水位低于下限水位时通过继电器使水泵启动，抽水至水箱；当水位超过上限水位时继电器释放，水泵停止工作。
二参考方案
（一）参考方案一
1.设计原理框图（见图一）
图一原理框图
2．设计电路图（见图二）
图二555构成的水位控制电路图
3.工作原理
如图所示为水位控制电路。
该控制电路由降压整流电路、555触发电路（IC1、IC2）、继电器控制电路等组成。
其中降压整流电路为整个控制电路提供直流电压，触发电路IC1对应水塔低水位泵水控制电路，触发电路IC2对应水井高水位泵水控制电路。
当水塔内的水位探极B、D高于塔内的水位线时，IC1②脚为“地”电位，使IC1发生置位，③脚输出的高电平使继电器J1吸合，触点J1-1闭合，抽水电机因得电而运转，进行抽水；当水位上升至探极A时，相应IC1复位，输出的低电平使J1释放，触点J1-1断开，抽水机断电停转，从而对水塔水位实现自动控制。
置于水井中的探极B、D，正常情况下应在水面以下一定深度处，使IC2（555）因2脚为高电平而复位，③脚输出的低电平使J2吸合，触点J2-2闭合。
当因连续抽水而使B、D探极高于水面时，IC2因②脚为低电平而发生置位，③脚输出的高电平使J2释放，触点J2-2断开，电机断电停转，从而避免电机空转，同时对水井水位进行检测。
（二）参考方案二
1.设计原理框图（见图三）
图三原理框图
2．设计电路图（见图四）
图四
3.工作原理
采用555时基集成电路组成的水位控制系统的电路图如图四所示。
电路中555时基集成电路器（IC1）构成施密特触发器完成整个水位控制功能。
图中A,B、C是三个电极检测点。
当水位高于水位线A时，水泵停机，停止给水池加水；水位低于水位线B时，水泵工作，给水池加水。
C电极是最低水位检测点，它连接于电源vDD,当水位低于水位线B时，C与B点不导通，导致IC1的2,6脚电位为零，555时基集成电路3脚输出高电平，VT1导通，继电器吸合，水泵给水池加水。
当水位到达B点时，由于C,B两点在水的作用下被短路，使IC1的2、6脚电位大于1/3VDD，而小于2/3V,,,等于1/2V,,.此时，IC1输出端3脚维持高电平不变，水泵继续给水池加水。
当水位到达A点时，C,B,A三点被短路，使IC1的2,6脚电位等于4/5VDD，大于2/3vDD，ICI的3脚输出低电平，VT1截止，继电器断开，水泵停止给水池加水。
同理，当水位下降，但还高于B点，此时IC1的2,6脚电位等于1/2VDD,大于1/3VDD，水泵仍然停止工作，只有水位低于B点时，此时IC1的2,6脚电位等于OV,小于1/3VDD,定时器才输出高电平，VT1导通，继电器吸合，水泵开始向水池加水。
如此循环往复使水池，中的水位保持在B、A之间。
三．应用方案原理的说明
（一）整机工作原理：
综合考虑元件购买、成本高低、简便性和数字电路向对于模拟电路易操作等因素，本设计采用了方案二。
其整机工作原理说明。
首先对其进行采样，之后根据三极管的工作原理，看输出是否为高电平，如果是则三极管开始工作，那么继电器也同样工作，发光二极管亮，否则继电器不工作，发光二极管不亮。
对于各个部分的工作原理见下面各电路模块分析。
（二）各电路模块工作原理
1.555时基电路
（1）555定时器内部框图及引脚排列（见图六）
图六555时基电路内部框图及引脚排列
（2）.555电路功能表（见表一）
V6
V2
Q
T
<2/3Vcc
<1/3Vcc`
1
截止
>2/3Vcc
>1/3Vcc
0
导通
<2/3Vcc
>1/3Vcc
保持
保持
表一555电路功能表
（3）555电路工作原理
555电路的内部电路方框图如图六所示。
它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成的分压器提供。
它们分别使高电平比较器A1的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为
和
。
A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。
当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平
时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于
时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。
是复位端（4脚），当
＝0，555输出低电平。
平时
端开路或接VCC。
VC是控制电压端（5脚），平时输出
作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01μf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。
T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。
555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。
这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。
2.继电器
（1）电路图（见图七）
图七电磁继电器的电路图
（2）工作原理
电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。
只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。
当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。
这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：
继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
3.三极管
（1）我们做的设计里三极管选用的是功率三极管，其主要功能是用一个小电流经过三极管的放大作用变成一个大的电流。
（2）工作原理：
当三极管的倒通电压大于死区电压时，集电极正偏，发射极反偏，三极管开始工作。
四．设计制作过程
（一）方案设计
1.依据设计任务，收集相关资料，分析研究。
2. 提出参考方案，在现有实验条件下论证其可行性。
3. 选定方案，列出器件清单，购买元件。
（二）．元件安装
1.设计合理的布局，布局设计原则：
使元件占领空间小，但方便操作，使整机大方美观。
2.模拟代换说明：
（1）.为了在现有条件下实现设计，用拨盘开关的闭合代替检测点在水中的连接状况。
（2）.用发光二极管代替水泵的工作情况。
3.排线尽量节省材料，方便操作。
4.焊接按正确的电路焊接方法进行焊接，避免两相邻焊点粘结短路。
5.整体检测电路，看是否焊漏，是否有粘结短路。
（三）．运行与调试
1.运行结果：
（1）.第一次运行：
无论怎样拨开关，发光二极管都不会亮
（2）.第二次运行：
1）.拨盘开关都断开，接上5V电源时，发光二极管亮。
2）.当拨上开关1时，二极管保持发光状态。
3）.当把开关2合上时，二极管熄灭。
本次成功实现电路所要求功能。
2.故障及其排除过程
在第一次运行失败后，经检测发现了两处故障：
（1）.漏连结2和6两脚，用导线连结焊接好。
（2）.继电器的连结错误，重新调整其连结。
五．设计总结
经历近两周的艰苦奋斗，我们圆满地完成了水位器的设计制作。
设计中遇到困难时的烦恼已被渐渐淡忘。
留下的却是对此甜美的回忆，这不仅是一次设计活动，也是一段心路历程。
感谢我们的任课老师徐老师，是她在一年的教学中耐心地陪伴着我们度过；感谢我们的指导教师任老师，是他在闷热的实验室里不辞辛劳的指导着我们；我们也彼此感谢我们的合作人，感谢彼此在这些日子里相互的支持，鼓励与合作。
这不仅是大学里两人一组的设计合作，也是社会生活中相互合作的一个缩影。
在合作中，团队精神和奉献精神是至关重要的，我们学会了在一个团队中要勇于奉献，宽容理解，坚持不懈的精神。
对于这门课程，我们了解日常生活中很多带电的机器的工作原理，对我们帮助很大，在现代的社会当中电方面的知识是基础的东西，也是很重要的，要掌握的。
对于这次的设计，我们从中受益匪浅，不仅学到了很多如何设计电路，还学会了如何写论文，其中的严密性对于以后工作非常有帮助。
在这次设计中也暴露了我们存在的一个严重缺点,动手能力较弱。
在往后的学习中，我们在学习理论的同时也要加强实践能力的训练。
电子技术产业是产业结构中的重中之重，世界各国都高度重视。
它同国防科技，信息产业密切相关。
它的发展好坏关系到国家科技领域的兴衰。
作为新时代的大学生，我们要勇于开拓创新，把自己培养成理论水平高，动手能力强的社会主义建设者。
六．参考文献
1.作者：
秦曾煌；书名:
《电工学》第六版上下两册;出版社：
高等教育出版社。
出版日期：
上册2006年1月第六版，下册2006年7月第六版。
2.作者:
龚之春 ；书名：
《数字电路》；出版社：
电子科技大学出版社；出版日期：
1999年08月。
3.作者：
岳怡主；书名：
《数字电路与数字电子技术》；出版社：
西安工业大学出版社；出版日期：
2004年01月。
4.作者:
胡虔生 胡敏强；书名：
《电机学》（第2版）；出版社：
中国电力出版社 ；出版日期：
2009年07月。
5.作者:
陈洪亮 田社平 吴雪 徐雄；书名：
《电路分析基础》；出版社：
清华大学出版社；出版日期：
2009年01月。
6.作者:
王金矿 等；书名;《电路与电子技术基础》;出版社：
机械工业出版社出版日期：
2008年03月。
7.作者:
阎石 清华大学电子学教研组 ;书名：
《数字电子技术基础》；出版社：
高等教育出版社出版；日期：
2008年01月。
8.作者：
邱关源罗先觉；《电路》第四版；出版社：
高等教育出版社；出版日期：
2006年05月。
9.编者:
叶水音；书名：
《电机学》；出版社：
中国电力出版社；出版日期：
2009年01月。
10.作者:
于歆杰 朱桂萍 陆文娟 ；书名：
《电路原理》；出版社：
清华大学；出版日期：
2007年03月。
11.作者：
康华光；书名：
《模拟电子技术》；出版社：
第五版高等教育出版社；出版日期：
2009年07月。
七．附录
（一）附录1：
总电路原理图（见图八）
图八总电路原理图
（二）附录2：
元件清单（见表二）
元件名称
数量
型号
电源
1
5V直流稳压电源
电池
1
3V纽扣电池
芯片
1
NE555
继电器
1
电池继电器
二极管
1
VD1IN4007
发光二极管
1
普通型
功率三极管
1
NPN型
电阻
4
碳膜电阻器：
75K,25K,100K,5.1K
电阻
2
金属电阻器：
150，500
电容器
2
电解电容器C=10Uf,瓷介电容：
C=0.01uF
电路板
1
万能电路板
开关
1
两位的拨盘开关
插座
2
2P和8P
表二元件清单
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