电子技术课程设计报告.docx
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电子技术课程设计报告
湖南文理学院物电学院
电子技术课程设计报告
设计题目：
水箱自动供水电路的设计
专业班级：
电信11101班
设计者：
1刘小专
2陈阳叶
指导教师：
张晋平彭元杰
设计时间：
20120627
一、课程设计目的、意义
目的：
1.课程设计是教学中必不可少的重要环节，通过课程设计巩固、深化和扩展我们的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。
2.注重培养我们学生正确的设计思想，掌握课程设计的主要内容、步骤和方法。
3.培养我们获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。
4.提高我们学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。
意义：
电子技术综合课程设计是电子技术课程的实践性教学环节，既涉及到许多理论知识（设计原理与方法），又强调动手和硬件实验应用能力的锻炼，培养工程实践和电子创新设计的能力，养成理论联系实际和一丝不苟的工作作风，为今后从事电子工程师的工作打下基础。
二、设计任务与要求
利用555定时器,设计一个水箱自动控制电路。
功能：
1.当水位低于最低点时，电路能自动加水。
2.当高于最高点时，电路能自动停水。
3.选择适当的元器件，设计该电路。
4.利用proteus绘制其电路原理图并仿真。
5、列出元件清单，领取所需型号的元件
6、在万能试验板合理布局、布线
7、按照电路焊接要求，焊接元器件
8、调试电路——发现问题——解决问题——调试电路…
三、总体方案设计
该设计介绍了一种基于数字集成电路的自动水位控制器的设计方法。
主芯片选择555时基集成电路，该设计的电源由市电供给。
该设计具有自动检测水位，自动开关电机，无人看守自动工作等功能。
1.主要元器件介绍
（1）555定时器：
集成时基电路又称为集成定时器或555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。
它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。
555电路的内部电路方框图如图：
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5K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2/3Vcc和1/3Vcc。
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2/3Vcc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1/3Vcc时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。
RD是复位端（4脚），RD＝0，555输出低电平。
平时RD端开路或接Vcc。
Vc是控制电压端（5脚），平时输出2/3Vcc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0.01uf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。
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。
表1555的功能表
状态
输入
输出
RD
TH
TR
Vo
Ct
1
0
×
×
低
导通
2
1
>2/3Vcc
>1/3Vcc
低
导通
3
1
<2/3Vcc
>1/3Vcc
不变
不变
4
1
<2/3Vcc
<1/3Vcc
高
截止
5
1
>2/3Vcc
<1/3Vcc
高
截止
（2）电磁继电器
电磁继电器一般由铁芯、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）释放。
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”。
继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路，实现通过弱点控制强电的目的。
（3）开关三极管
开关三极管的外形与普通三极管外形相同，它工作于截止区和饱和区，相当于电路的切断和导通。
由于它具有完成断路和接通的作用，被广泛应用于各种开关电路中，如常用的开关电源电路、驱动电路、高频振荡电路、模数转换电路、脉冲电路及输出电路等。
负载电阻被直接跨接于三极管的集电极与电源之间，而位居三极管主电流的回路上，输入电压Vin则控制三极管开关的开启（open）与闭合（closed）动作，当三极管呈开启状态时，负载电流便被阻断，反之，当三极管呈闭合状态时，电流便可以流通。
详细的说，当Vin为低电压时，由于基极没有电流，因此集电极亦无电流，致使连接于集电极端的负载亦没有电流，而相当于开关的断开，此时三极管仍作用于截止（cutoff）区。
同理，当Vin为高电压时，由于有基极电流流动，因此使集电极流过更大的放大电流，因此负载回路便被导通，而相当于开关的闭合，此时三极管乃工作于饱和区（saturation）。
2.电路设计
◆检测控制电路：
纯净水几乎是不导电的，但自然界存在的以及人们日常使用的水都会含有一定的导电离子，本水位检测装置就是利用水的导电性完成的。
右图中A、B、C是三个电极检测点。
当水位低于水位线B时，水泵工作，给水池加水。
水位高于水位线A时，水泵停机，停止给水池加水。
C电极是最低水位检测点，它连接于电源地，当水位低于水位线B时，C与B点不导通，当水位到达B点时，C、B两点在水的作用下导通，当水位到达A点时，A、B与C点都导通。
在正常情况下，水位应保持在A、B两电极范围内。
详细控制电路见下页图1。
当控制器用于水位控制时：
图1控制电路原理图
水容器
图2工作原理图
注意：
1、图的左下角12V电源模拟市电220V，灯泡模拟水泵
2、图的右下角开关模拟水位电极A、B
若水位低于最低点B，（上图右下角两开关处于断开状态）则Q1、Q2两开关三极管基极接入高电平，处于高电平闭合状态，其相应的引脚输入低电平，处在表1的状态4，555因2脚电位为低电平而发生置位，3脚输出的高电平使继电器吸合，触点接通，水泵启动、上水（上图左下角模拟灯泡亮），同时绿色发光二极管D6亮起指示。
在加水的过程中水位超过B、C但不到A，则Q1开关二极管基极接入低电平，处于低电平断开状态，Q2开关二极管基极接入高电平，处于高电平闭合状态，555处在表1的状态3，3脚输出的高电平通过继电器触点闭合维持水泵运转加水（即灯泡持续亮）。
当水位超过A，则Q1、Q2两开关二极管基极接入低电平，处于低电平断开状态，其相应的引脚输入高电平，处在表1的状态2，3脚输出的低电平，由继电器断开水泵停止运转（灯泡灭），停止加水，红色发光二级管亮起。
此后当水位高于B、C而低于A时同上，555处在状态3，并不加水，只有当水位低于B、C时555处在状态4输出高电平控制继电器闭合加水。
如此循环往复使水池中的水位保持在B、A之间。
图的左下角的12V模拟220V电压。
D1、D2、D3、二极管起保护作用，发光二极管指示水泵工作状态（即是灯泡的亮灭状态），滑动变阻器用来调节开关三极管基极电压使其工作于截止区和饱和区。
继电器控制水泵开关，S1为水泵电源总开关。
电路中开关三极管的接入目的是使电平高低的输入更加可靠，准确的满足555定时器对电平比较判断的需要，二极管防止不正确的电压接入烧坏器件，两个不同颜色的LED灯分别指示水泵的不同工作状态。
图2控制流程图
电路中开关三极管的接入目的是使电平高低的输入更加可靠，准确的满足555定时器对电平比较判断的需要，二极管防止不正确的电压接入烧坏器件，两个不同颜色的LED灯分别指示水泵的不同工作状态。
3.元器件的选择
U选用NE555时基集成电路
Q1、Q2采用8050型NPN中功率三极管，要求β＞100
D1、D2、D3、采用1N4001型二极管
D4、D5红色发光二级管和绿色发光二级管发光二极管的压降一般为1.8V～2.2V,电流5～25mA
R1、R2为100K电位器，R3—R8用1/8W510的碳膜电阻
C1—C3用0.01uF瓷介电容
继电器K1JZC-23（4123）的型号为，如果需要控制大功率的水泵，则根据需要选择其他型号的继电器。
若干导线、接电源要红线，电器之间的连接和接地用黑线这两种导线加以区分。
四、实验电路的布线
通过外观和通电检查各芯片及元器件功能是否完好。
芯片的放置：
数字电路中所用芯片大多是双到直插式的，使用时注意以下几点：
1、在同一电路板上，所有的芯片朝向应一致，禁止出现反插。
2、对于首次使用的芯片，引脚稍向外偏。
使用前用合适的工具齐根轻轻地整成平行。
3、插芯片时，应放平且均匀用力插入孔中，防止个别引脚未插入而弯曲。
4、拨出芯片时，使用起拔器或小改锥在左右两侧轮流轻撬，平行起出。
5、对于集成电路中不用的输入端，必须接到一个无效电平上去。
6、不用输出端悬空即可．
布线规则：
1、一般用直径为0.5mm的单股圆导线。
2、导线的颜色可按用途分类一般红线接电源部分、黑线接地。
3、电路板上边孔用作+5V，下边孔用作地线。
4、导线的预处理：
用剪刀剪成斜面，既便于线头插入，又可防止划伤面包板内部簧片。
然后用剥线钳剥线，禁止用剪刀环割。
5、布线时，导线应紧贴板面，禁止飞线；导线转角应成90度，导线应在片子周围走，不得从片上跨越；电源线应分在两侧，必要时应加电源去耦电路，消除干扰信号；芯片的电源端就近连接；插线时应尽量不要遮盖插孔。
6、掌握连线顺序。
通常是先连短线，后连长线，或先连不易连接的线，使已经连好的线不影响下一步的布线。
特别要注意连好各集成器件的地线和电源线，否则会损坏器件。
因此，应先用短线接好各器件的地线和电源线，并用万用表测量，以保证整个电路的地线、电源线畅通无阻
印制电路板的布局布线，不是单纯按照电路原理把元器件通过印制线条简单的连接起来。
元器件的排列疏密不均、杂乱无章，不仅影响美观，也会给装配和维修带来不便。
并且元器件不要过于紧贴电路板，导致散热不良烧坏元器件。
整体布局：
1、芯片及大型元件布置应疏密得当，使用方便。
2、考虑布线的密度，预留空位。
3、适当调整芯片的相对位置，可使布线合理，尽
量减少布线的根数。
4、走线必须清楚，信号流向明晰，易于检查。
布线检查：
当一个单元电路布线完成后，就进行局部检查，以便及时发现故障并排除。
检查时，可用万用表的欧姆档直接测量芯片引脚的通与不通。
元器件应该遵循以下几条原则：
1、元器件在整个板上分布均匀，疏密一致；
2、元器件不要占满板。
一般占板面积的2/3；
3、元器件不能交叉，而且间距不能过小；
4、元器件的安装高度要求适中，一般3mm左右；
5、元器件只能排在一面。
焊接时注意以下几点：
1、保持烙铁头的清洁、松香起助焊作用；
2、靠增加接触面积加快传热但时间不宜过久否则会导致铜片脱落；
3、烙铁撤离时往上提；
4、焊锡要适中否则会影响周边的电路：
5、焊接时注意安全和用电安全。
五、实验电路的调试
搭接工作完成后，做一次系统的检查，如果各部分连线正确，方可接通电源，进行调试。
调试时应先对子系统调试，子系统调试成功，再进行子系统之间的连接和调试。
调试中如果发现实验现象与设计要求不符合，可从简单部分或某一个预知特性的点开始，逐级进行查找，逐步缩小故障可能存在的范围，直到查出故障点并排除，使之达到预定的目的。
故障问题：
在调试时，我们作品的水泵部分采用橙色发光二极管模拟，由于在用proteus仿真时，是采用灯泡，即用发光二极管又模拟灯泡，我们焊接好并且认真检查了电路连接的正确性，开始调试时，我们按下开关，红色发光二极管和率色发光二极管工作正常，但是橙色发光二极管亮一下就灭了，不管我们怎么调试橙色发光二极管不亮也就是水泵不工作。
分析及解决：
我们首先想到的可能是橙色发光二极管接坏了，经过检查，但二极管有烧毁的迹象，然后询问老师，老师查了一遍解释是我们没有加限流电阻，导致发光二极管只亮一下就烧坏了，并且教我们计算要加的限流电阻的阻值。
通过老师的解答，我们知道原来是我们在用proteus仿真时用的灯泡，灯泡本身就是一个电阻与发光二极管不同，于是我们考虑换一个发光二极管，便进行了拆焊工作，换个位置清理之后重新焊接，于是整个电路基本上达到要求。
六、心得体会
电子技术课程综合设计的心得体会
通过这一次的课程设计，感觉自己的收获真的不少。
做课程设计是为了让我们对平时学习的理论知识与实际操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论及应用知识并加以综合提高，学会将知识应用于实际的方法，提高分析和解决问题的能力。
通过这次对水箱自动控制电路的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于水箱自动控制电路的原理与设计理念，要实现电路功能总要先设计,成功之后才实际接线的。
但是最后的成品却不一定与理想的完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。
所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。
在做课程设计的过程中，我深深地感受到了自己所学到知识的有限，明白了只学好课本上的知识是不够的，要通过图书馆和互联网等各种渠道来扩充自己的知识。
在实验过程中我们曾经遇到过问题，第一是在元器件布局和连线焊接方面怎么样才能做到避繁从简？
第二是怎么样通过万用表井然有序的检查电路连线是否正确？
从中我们学习到了如何对待遇到的困难，进一步培养了我们一丝不苟的科学态度和不厌其烦的耐心。
在实验的过程中我和我们组的成员始终在一起，我们互相讨论互相合作，使得我们的实验得以顺利完成，体会到了合作的力量，感受到了1+1＞2。
所有的这些心得会对我以后的学习和工作有帮助作用，忠心感谢老师在实验过程中给我们的谆谆教导；忠心感谢学校给我们提供这次实验机会。
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