行政班： 昆明學院08級機制二班
指導教師： 任傑老師徐東霞老師
組員： 曾文剛【20080410202】
李瀟【20080410206】
水位控制器設計報告
一． 設計任務
採用555時基電路設計並製作一台水位控制器，在水位低於下限水位時通過繼電器使水幫浦啟動，抽水至水箱；當水位超過上限水位時繼電器釋放，水幫浦停止工作。
二參考方案
（一）參考方案一
1.設計原理框圖（見圖一）
圖一原理框圖
2．設計電路圖（見圖二）
圖二555構成的水位控制電路圖
3.工作原理
如圖所示為水位控制電路。該控制電路由降壓整流電路、555觸發電路(ic1、ic2)、繼電器控制電路等組成。其中降壓整流電路為整個控制電路提供直流電壓，觸發電路ic1對應水塔低水位幫浦水控制電路，觸發電路ic2對應水井高水位幫浦水控制電路。
當水塔內的水位探極b、d高於塔內的水位線時，ic1②腳為「地」電位，使ic1發生置位，③腳輸出的高電平使繼電器j1吸合，觸點j1-1閉合，抽水電機因得電而運轉，進行抽水；當水位上公升至探極a時，相應ic1復位，輸出的低電平使j1釋放，觸點j1-1斷開，抽水機斷電停轉，從而對水塔水位實現自動控制。
置於水井中的探極b、d，正常情況下應在水面以下一定深度處，使ic2(555)因2腳為高電平而復位，③腳輸出的低電平使j2吸合，觸點j2-2閉合。當因連續抽水而使b、d探極高於水面時，ic2因②腳為低電平而發生置位，③腳輸出的高電平使j2釋放，觸點j2-2斷開，電機斷電停轉，從而避免電機空轉，同時對水井水位進行檢測。
（二）參考方案二
1.設計原理框圖（見圖三）
圖三原理框圖
2．設計電路圖（見圖四）
圖四3.工作原理
採用555時基積體電路組成的水位控制系統的電路圖如圖四所示。電路中555時基積體電路器（ic 1）構成施密特觸發器完成整個水位控制功能。
圖中a, b、c是三個電極檢測點。當水位高於水位線a時，水幫浦停機，停止給水池加水；水位低於水位線b時，水幫浦工作，給水池加水。c電極是最低水位檢測點，它連線於電源vdd,當水位低於水位線b時，c與b點不導通，導致ic 1的2, 6腳電位為零，555時基積體電路3腳輸出高電平，vt1導通，繼電器吸合，水幫浦給水池加水。
當水位到達b點時，由於c, b兩點在水的作用下被短路，使ic1的2、6腳電位大於1/3 vdd，而小於2/3 v,,,等於1/2 v,,.此時，ic1輸出端3腳維持高電平不變，水幫浦繼續給水池加水。當水位到達a點時，c, b, a三點被短路，使ic1的2, 6腳電位等於4/5 vdd，大於2/3vdd，ici的3腳輸出低電平，vt1截止，繼電器斷開，水幫浦停止給水池加水。
同理，當水位下降，但還高於b點，此時ic1的2, 6腳電位等於1/2 vdd,大於1/3 vdd，水幫浦仍然停止工作，只有水位低於b點時，此時ic1的2, 6腳電位等於ov,小於1/3 vdd,定時器才輸出高電平，vt1導通，繼電器吸合，水幫浦開始向水池加水。如此迴圈往復使水池，中的水位保持在b、a之間。
三． 應用方案原理的說明
（一） 整機工作原理：
綜合考慮元件購買、成本高低、簡便性和數位電路向對於模擬電路易操作等因素，本設計採用了方案二。
其整機工作原理說明。
首先對其進行取樣，之後根據三極體的工作原理，看輸出是否為高電平，如果是則三極體開始工作，那麼繼電器也同樣工作，發光二極體亮，否則繼電器不工作，發光二極體不亮。對於各個部分的工作原理見下面各電路模組分析。
（二） 各電路模組工作原理
1.555時基電路
（1）555定時器內部框圖及引腳排列(見圖六)
圖六 555時基電路內部框圖及引腳排列
(2).555電路功能表（見表一）
表一555電路功能表
（3）555電路工作原理
555電路的內部電路方框圖如圖六所示。它含有兩個電壓比較器，乙個基本rs觸發器，乙個放電開關管t，比較器的參考電壓由三隻 5kω的電阻器構成的分壓器提供。它們分別使高電平比較器a1 的同相輸入端和低電平比較器a2的反相輸入端的參考電平為和。
a1與a2的輸出端控制rs觸發器狀態和放電管開關狀態。當輸入訊號自6腳，即高電平觸發輸入並超過參考電平時，觸發器復位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電開關管導通；當輸入訊號自2腳輸入並低於時，觸發器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電開關管截止。
是復位端（4腳），當＝0，555輸出低電平。平時端開路或接vcc 。
vc是控制電壓端（5腳），平時輸出作為比較器a1 的參考電平，當5腳外接乙個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接乙個0.01μf的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩定。
t為放電管，當t導通時，將給接於腳7的電容器提供低阻放電通路。
555定時器主要是與電阻、電容構成充放電電路，並由兩個比較器來檢測電容器上的電壓，以確定輸出電平的高低和放電開關管的通斷。這就很方便地構成從微秒到數十分鐘的延時電路，可方便地構成單穩態觸發器，多諧振盪器，施密特觸發器等脈衝產生或波形變換電路。
2.繼電器
（1）電路圖（見圖七）
圖七電磁繼電器的電路圖
(2)工作原理
電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要**圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電後，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。
這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對於繼電器的「常開、常閉」觸點，可以這樣來區分：繼電器線圈未通電時處於斷開狀態的靜觸點，稱為「常開觸點」；處於接通狀態的靜觸點稱為「常閉觸點」。
3.三極體
（1）我們做的設計裡三極體選用的是功率三極體，其主要功能是用乙個小電流經過三極體的放大作用變成乙個大的電流。
（2）工作原理：當三極體的倒通電壓大於死區電壓時，集電極正偏，發射極反偏，三極體開始工作。
四．設計製作過程
（一）方案設計
1. 依據設計任務，收集相關資料，分析研究。
2.提出參考方案，在現有實驗條件下論證其可行性。
3.選定方案，列出器件清單，購買元件。
（二）．元件安裝
1. 設計合理的布局，布局設計原則：使元件占領空間小，但方便操作，使整機大方美觀。
2. 模擬代換說明：
（1）.為了在現有條件下實現設計，用撥盤開關的閉合代替檢測點在水中的連線狀況。
（2）.用發光二極體代替水幫浦的工作情況。
3. 排線盡量節省材料，方便操作。
4. 焊接按正確的電路焊接方法進行焊接，避免兩相鄰焊點粘結短路。
5. 整體檢測電路，看是否焊漏，是否有粘結短路。
（三）．執行與除錯
1.執行結果：
（1）.第一次執行：無論怎樣撥開關，發光二極體都不會亮
(2).第二次執行：
1）.撥盤開關都斷開，接上5v電源時，發光二極體亮。
2).當撥上開關1時，二極體保持發光狀態。
3).當把開關2合上時，二極體熄滅。
本次成功實現電路所要求功能。
2. 故障及其排除過程
在第一次執行失敗後，經檢測發現了兩處故障：
（1）.漏鏈結2和6兩腳，用導線鏈結焊接好。
（2）.繼電器的鏈結錯誤，重新調整其鏈結。
五．設計總結
經歷近兩周的艱苦奮鬥，我們圓滿地完成了水位器的設計製作。
設計中遇到困難時的煩惱已被漸漸淡忘。留下的卻是對此甜美的回憶，這不僅是一次設計活動，也是一段心路歷程。感謝我們的任課老師徐老師，是她在一年的教學中耐心地陪伴著我們度過；感謝我們的指導教師任老師，是他在悶熱的實驗室裡不辭辛勞的指導著我們；我們也彼此感謝我們的合作人，感謝彼此在這些日子裡相互的支援，鼓勵與合作。
這不僅是大學裡兩人一組的設計合作，也是社會生活中相互合作的乙個縮影。在合作中，團隊精神和奉獻精神是至關重要的，我們學會了在乙個團隊中要勇於奉獻，寬容理解，堅持不懈的精神。
對於這門課程，我們了解日常生活中很多帶電的機器的工作原理，對我們幫助很大，在現代的社會當中電方面的知識是基礎的東西，也是很重要的，要掌握的。對於這次的設計，我們從中受益匪淺，不僅學到了很多如何設計電路，還學會了如何寫**，其中的嚴密性對於以後工作非常有幫助。
在這次設計中也暴露了我們存在的乙個嚴重缺點,動手能力較弱。在往後的學習中，我們在學習理論的同時也要加強實踐能力的訓練。電子技術產業是產業結構中的重中之重，世界各國都高度重視。
它同國防科技，資訊產業密切相關。它的發展好壞關係到國家科技領域的興衰。作為新時代的大學生，我們要勇於開拓創新，把自己培養成理論水平高，動手能力強的社會主義建設者。
六．參考文獻
1.作者： 秦曾煌；書名:《電工學》第六版上下兩冊;出版社：高等教育出版社。出版日期：上冊2023年1月第六版，下冊2023年7月第六版。
2. 作者:龔之春；書名：《數位電路》；出版社：電子科技大學出版社；出版日期：2023年08月。
3. 作者：嶽怡主；書名： 《數位電路與數字電子技術》；出版社： 西安工業大學出版社；出版日期：2023年01月。
5. 作者:陳洪亮田社平吳雪徐雄；書名：《電路分析基礎》；出版社：清華大學出版社；出版日期：2023年01月。
6. 作者:王金礦等；書名;《電路與電子技術基礎》; 出版社：機械工業出版社出版日期：2023年03月。
7. 作者:閻石清華大學電子學教研組;書名：《數字電子技術基礎》；出版社：高等教育出版社出版；日期：2023年01月。
8. 作者：邱關源羅先覺 ；《電路》第四版；出版社：高等教育出版社；出版日期：2023年05月。
9. 編者:葉水音；書名：《電機學》；出版社：中國電力出版社；出版日期：2023年01月。
10. 作者:於歆傑朱桂萍陸文娟；書名：《電路原理》；出版社：清華大學；出版日期：2023年03月。
11. 作者：康華光 ；書名： 《模擬電子技術》；出版社： 第五版高等教育出版社；出版日期：2023年07月。
七．附錄
（一）附錄1：總電路原理圖（見圖八）
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