1、 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 題目: 水位檢測(cè)器 姓 名： 院 系： 專 業(yè)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2015 年 1月 6 日電路說(shuō)明：本電路的功能是檢測(cè)容器內(nèi)的水位。把探頭裝在容器的底部、中部和頂部，通過導(dǎo)線與電路板連接，而3個(gè)LED燈分別代表不同的水位。最右側(cè)的代表滿，中間的代表一半的水位，最左側(cè)的代表空。探頭用用的是電路的接觸通電的原理，然后用導(dǎo)線連接到電路板上的對(duì)應(yīng)焊接孔上。目錄 1、 電路的設(shè)計(jì)   1、電路設(shè)計(jì)功能和原理 2、介紹電路各個(gè)元件模塊在整體電路中的工作原理 二、電路設(shè)計(jì)的要求   1、電路的制作過程  2

2、、注意事項(xiàng) 三、總結(jié)附錄1、實(shí)物圖展示附錄2、所用元器件清單  1、 電路設(shè)計(jì) （一）、 功能此次的數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，我們運(yùn)用模電的知識(shí)制作水位檢測(cè)器。水位檢測(cè)器所具有的功能是：可以自動(dòng)檢測(cè)不同的水位，用不同的燈表示出來(lái)，如果外界水泵或電磁閥則可以做到自動(dòng)加水和排水的功能，讓水位維持在一定范圍內(nèi)。 原理：工作電壓：5V 繼電器觸點(diǎn)容量：3A/250V液位控制器可實(shí)現(xiàn)以下兩種功能：（功能1和2通過按鍵S1切換）1. 三種顏色LED分別指示低（紅色）、中（黃色）、高（綠色）水位，低水位時(shí)繼電器吸合（外接水泵工作），開始加水，水位升高到高水位時(shí)繼電器斷開（水泵停止工

3、作），待水位再次降到低水位時(shí)繼電器再次吸合，上述過程循環(huán)。此功能應(yīng)用在自動(dòng)加水設(shè)備中，可讓水位維持在低水位和高水位之間。2. 三種顏色LED分別指示低（紅色）、中（黃色）、高（綠色）水位，高水位時(shí)繼電器吸合（外接電磁閥工作），開始排水，水位降到低水位時(shí)繼電器斷開（電磁閥停止工作），待水位再次升高到高水位時(shí)繼電器再次吸合，上述過程循環(huán)。此功能應(yīng)用在自動(dòng)排水設(shè)備中，可讓水位維持在低水位和高水位之間。工作原理： 整個(gè)系統(tǒng)由振蕩電路、LED指示電路、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、基準(zhǔn)電壓、電源電路及傳感器電路構(gòu)成。1. 振蕩電路：U1A及外圍元個(gè)組成一個(gè)多諧振蕩器，工作在放大比較器狀態(tài)。R1和R12對(duì)5V進(jìn)行分壓，

4、R3為正反饋電阻，共同作為同相輸入3腳的基準(zhǔn)電壓V+，反相輸入端2腳V-取自R2、C1組成的積分電路C1兩端。V+與V-進(jìn)行比較決定輸出SIG電壓的高低，由于C1不斷在正反兩個(gè)方向充電和放電，使V-的電壓不斷大于V+和小于V+,輸出的SIG電壓也就不斷在高低電平間翻轉(zhuǎn)，這樣就產(chǎn)生了系統(tǒng)所需的振蕩信號(hào)SIG2. LED指示電路：此電路包括整流濾波和電壓比較兩部分。C2為藕和電容，D1、D2整流，C4濾波，在R4上形成整流濾波后的電壓作為U1B反相輸入端電壓。同相輸入端電壓由基準(zhǔn)電壓VREF提供，同相輸入端電壓和反相輸入端電壓進(jìn)行比較，若同相輸入端電壓大于反相輸入端電壓則輸出高電平；反之輸出低電平

5、。J1和J2外接水位傳感器，相當(dāng)于是由水位控制的兩個(gè)開關(guān)，低水位時(shí)J1和J2均為開路狀態(tài)，R4和R13上無(wú)電壓。此時(shí)U1的7腳和8腳均輸出高電平，故只有紅色D6（低水位指示）發(fā)光。中水位時(shí)，水位傳感器使J1短路，SIG信號(hào)經(jīng)C8藕和、經(jīng)導(dǎo)電液體到C7藕和、D4和D5整流、C9濾波在R13上形成電壓作為U1C反相輸入端電壓；此電壓大于U1C同相輸入端電壓，所以8腳輸出低電平，紅色D6（低水位指示）熄滅，D7黃色（中水位指示）發(fā)光。高水位時(shí)，水位傳感器使J2也短路，SIG 信號(hào)經(jīng)C3藕和、經(jīng)導(dǎo)電液體到C2藕和、D1和D2整流、C4濾波在R4上形成電壓作為U1B反相輸入端電壓；此電壓大于U1B同相輸

6、入端電壓，所以7腳輸出低電平，紅色D7（中水位指示）熄滅，D3綠色（高水位指示）發(fā)光。 3. 繼電器繼動(dòng)電路：LED指示電路中的兩個(gè)輸出端7腳和8腳經(jīng)R8和R16分壓后得到VIN電壓作為U1D電壓比較器的反相輸入端電壓；同相輸入端電壓由基準(zhǔn)電壓VREF提供，VREF大于VIN時(shí)，14腳輸出高電平，反之則輸出低電平。S1為功能切換開關(guān)，以14腳輸出低電平為例來(lái)說(shuō)明功能切換開關(guān)的工作原理，功能1（原理圖上開關(guān)向上撥動(dòng)）低電平經(jīng)R21限流到Q2的基極，Q2截止，繼電器不工作。功能2（原理圖上開關(guān)向下?lián)軇?dòng)）低電平經(jīng)R21限流到Q1的基極，Q1截止，5V電壓(高電平)經(jīng)R22再經(jīng)開關(guān)到Q2的基極，Q2導(dǎo)

7、通，繼電器得電工作4. 基準(zhǔn)電壓：由R10與R11串聯(lián)分壓獲得基準(zhǔn)電壓，C10起到進(jìn)一步穩(wěn)定基準(zhǔn)電壓的作用。電阻分壓計(jì)算公式為VREF=5*R11/(R10+R11)5. 電源電路：J3外接5V電源，C5、C6濾波。6. 傳感器電路：由兩組鍍錫走線構(gòu)成，較長(zhǎng)一組為中水位感應(yīng)線，較短一組為高水位感應(yīng)線。如果在實(shí)際應(yīng)用中感覺中水位和高水位距離不夠，可用兩條導(dǎo)電銅絲分別焊接在中水位感應(yīng)線上。（二）、各模塊作用 1、振蕩電路模塊LC振蕩電路，是指用電感L、電容C組成選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路，用于產(chǎn)生高頻正弦波信號(hào)，常見的LC正弦波振蕩電路有變壓器反饋式LC振蕩電路、電感三點(diǎn)式LC振蕩電路和電容三點(diǎn)式LC振蕩

8、電路。LC振蕩電路的輻射功率是和振蕩頻率的四次方成正比的，要讓LC振蕩電路向外輻射足夠強(qiáng)的電磁波，必須提高振蕩頻率，并且使電路具有開放的形式。LC振蕩電路運(yùn)用了電容跟電感的儲(chǔ)能特性，讓電磁兩種能量交替轉(zhuǎn)化，也就是說(shuō)電能跟磁能都會(huì)有一個(gè)最大最小值，也就有了振蕩。不過這只是理想情況，實(shí)際上所有電子元件都會(huì)有損耗，能量在電容跟電感之間互相轉(zhuǎn)化的過程中要么被損耗，要么泄漏出外部，能量會(huì)不斷減小，所以實(shí)際上的LC振蕩電路都需要一個(gè)放大元件，要么是三極管，要么是集成運(yùn)放等數(shù)電IC，利用這個(gè)放大元件，通過各種信號(hào)反饋方法使得這個(gè)不斷被消耗的振蕩信號(hào)被反饋放大，從而最終輸出一個(gè)幅值跟頻率比較穩(wěn)定的信號(hào)。2、

9、基準(zhǔn)電壓電路基準(zhǔn)電壓電路是能輸出一個(gè)穩(wěn)定度、精度極高的電壓，溫漂極小，但允許的輸出電流小的電路。用于提供IC內(nèi)部電壓基準(zhǔn)的參考電壓。 在本電路中的作用是和基準(zhǔn)電源的作用有些一樣，就是輸出一個(gè)穩(wěn)定度、精度極高的電壓，但是只是電流小的電路，就如本電路一樣。 3、供電電路 為給驅(qū)動(dòng)電路的芯片供電，一個(gè)可靠的電源電路是必不可少的。驅(qū)動(dòng)電路的工作電壓均為直流，電壓有7.2V和5V兩種。智能車的供電是由7.2V的電池供給的，所以需要7.2V變?yōu)?V的電路。直流電壓變換的芯片有很多，比如常用的7805三端穩(wěn)壓芯片。考慮到電源的電壓7.2V和需要的工作電壓5V之間的壓差只有2.2V。如果用7805穩(wěn)壓，需要輸

10、入和輸出電壓差要有3V以上，7805不能滿足要求。LM2940的輸入和輸出電壓差可以只有1.0V左右，故選用LM2940作為穩(wěn)壓器件，電路圖如圖4所示。管腳1接電池的正端，同時(shí)和地之間接入濾波電容，提高輸入電壓的穩(wěn)定性。2腳是地，節(jié)電池的負(fù)端；3腳是5V輸出端和地之間接入的濾波電容，減少雜波的輸出。3、 繼電器驅(qū)動(dòng)電路4、.這里采用的是繼電器并聯(lián)二極管電路：     主要是為了保護(hù)晶體管等驅(qū)動(dòng)元器件。流經(jīng)線圈的電流變化時(shí)，線圈會(huì)產(chǎn)生自激電壓來(lái)抑制電流的變化，當(dāng)線圈中的電流變化越快時(shí)，所產(chǎn)生的電壓越高。在繼電器開通到關(guān)斷的瞬間，由于線圈有電感的性質(zhì)，所以瞬

11、間會(huì)在繼電器的線圈的低電壓端產(chǎn)生一個(gè)瞬間電壓尖峰,通常能高達(dá)數(shù)十倍的線圈額定工作電壓。當(dāng)圖中晶體管VT由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，流經(jīng)繼電器線圈的電流將迅速減小，這時(shí)線圈會(huì)產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)與電源電壓疊加后加在VT的c、e兩極間，會(huì)使晶體管擊穿，并聯(lián)上二極管后，即可將線圈的自感電動(dòng)勢(shì)鉗位于二極管的正向?qū)妷海酥倒韫芗s0.7V，鍺管約0.2V，從而避免擊穿晶體管等驅(qū)動(dòng)元器件。并聯(lián)二極管時(shí)一定要注意二極管的極性不可接反，否則容易損壞晶體管等驅(qū)動(dòng)元器件。繼電器線圈斷電瞬間，線圈上可產(chǎn)生高于線圈額定工作電壓值30倍以上的反峰電壓，對(duì)電子線路有極大的危害，通常采用并聯(lián)瞬態(tài)抑制（又叫削峰）二極管或電阻的方法加

12、以抑制，使反峰電壓不超過50V，但并聯(lián)二極管會(huì)延長(zhǎng)繼電器的釋放時(shí)間35倍。5、 LED燈指示電路 在此的作用就是通過和電路中的信號(hào)進(jìn)行結(jié)合然后根據(jù)水位的深淺的電信號(hào)來(lái)在led燈上進(jìn)行相應(yīng)的顯示，燈的顏色在開始已進(jìn)行設(shè)計(jì)，還有就是電路的燈的顯示是由此電路來(lái)進(jìn)行的。仿真圖：仿真電路總電路圖：三、電路設(shè)計(jì)的要求 1、電路的制作過程 先將各個(gè)元器件安裝在PCB板上，將電烙鐵接在220的交流電上，待烙鐵頭熱后，沾點(diǎn)松香。先將烙鐵頭呈45°放置PCB板的焊接孔上，待PCB板熱后，將焊絲從焊接孔的另一端呈45°焊接。焊接后將烙鐵頭呈90°提起，將焊錫焊成半球

13、形狀，最后將多余的長(zhǎng)管腳剪掉。2、注意事項(xiàng) 1) 正確判斷三極管b,c,e極 2) 正確判斷LED二極管的正負(fù)極： 從內(nèi)部金屬極判斷LED發(fā)光二極管一般都是透明的。從內(nèi)部看,有兩個(gè)金屬極。大的為負(fù)極，小的為正極。或從管腳長(zhǎng)短判斷，長(zhǎng)的為負(fù)，短的為正 3) 正確判斷二極管的正負(fù)極：有色環(huán)的一端為負(fù)，反之為正 4) 正確讀取色環(huán)電阻的阻值：黑0 棕1 紅2 橙3 黃4 綠5 藍(lán)6 紫7 灰8 白9 金、銀表示誤

14、差 5) 注意焊點(diǎn)與烙鐵和焊絲之間的焊接，避免虛焊 三、總結(jié)這次的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)讓我們受益頗深。首先我們對(duì)數(shù)電模電的知識(shí)更加的了解，對(duì)問題的提出、分析、解決有了更深一步的理解。并且知道一件成品制作成功的前提是做好前期充足的準(zhǔn)備，原理的分析和充分的利用仿真軟件。從這次課程設(shè)計(jì)中，增強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力，真正的把理論和實(shí)踐相結(jié)合，經(jīng)過實(shí)際的焊接更深的了解元器件和電路圖，收獲的是課本沒有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。在焊接的過程中，也是一波三折，首先，在元器件還未到手時(shí)，我們便進(jìn)行了相關(guān)的資料的收集與整理分析要保證所用元器件在電子市場(chǎng)能買的到，然后在仿真軟件上進(jìn)行仿真；然后，待元器件拿到后，便開始按仿真電路圖進(jìn)行對(duì)元器件的焊接。為了使整個(gè)電路板看起來(lái)美觀，就必需在焊接之前給元器件一個(gè)大概的位置然后進(jìn)行布線。最后，在焊接的時(shí)候還要小心不要正負(fù)極焊反了，太近的引腳間要注意不要弄上太多的焊錫以免導(dǎo)致短路。對(duì)于這次的課程設(shè)計(jì)，我們對(duì)元器件有了更深的認(rèn)識(shí)。 當(dāng)整個(gè)電路板都焊完后，我們就開始檢測(cè)，檢測(cè)的結(jié)果和我們最初的設(shè)想一樣，也何仿真的結(jié)果一樣，就成功了。附錄1、實(shí)物圖展示附錄2、所用元器件清單   名稱 規(guī)格 編號(hào) 數(shù)量 電阻220R1K2K24K710K47K100K1MR7R5 R9 R14R11 R17 R20R10R21 R22R1-3 R8