1、傳感器原理及應(yīng)用課程實踐院系： 班級： 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)老師:水位檢測與控制課程設(shè)計引言：水塔供水的主要問題是塔內(nèi)水位應(yīng)始終保持在一定范圍，避免 “空塔 ”、 “溢塔 ”現(xiàn)象發(fā)生。目前，控制水塔水位方法較多。隨著科技的發(fā)展，人們對水位控制的需求越來越多。水位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，而以往水位的檢測是由人工完成的，當(dāng)檢測到數(shù)據(jù)后通過電話通知值班室的工作人員進(jìn)行控制，這樣在人力和物力上都將造成很大的浪費。因此我們需要一種能自動檢測水位，并根據(jù)水位變化的情況自動調(diào)節(jié)的自動控制系統(tǒng)。利用傳感器全天地連續(xù)測量水位的變化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，完成相應(yīng)的水位顯示、控制及

2、故障報警及顯示水位等功能。這樣就能實現(xiàn)無人自動控制，并且能快速的做出控制，減少反映時間，減小浪費，同時減少事故的發(fā)生，能夠滿足我們的需要。它不僅要具有控制水位的功能，而且要能實現(xiàn)自動控制，才能使其使用方便；同時還要能夠調(diào)節(jié)控制水位的范圍。我設(shè)計的這個電路由電源電路，水位檢測電路，水位控制電路和顯示電路組成。這個簡易的水位檢測與控制電路，具有水位上下限自動控制，水位自動檢測的功能。在使用過程中，當(dāng)水位下降到下限水位時，發(fā)動機(jī)開始運轉(zhuǎn)，由水泵向水塔中灌水；當(dāng)水位升至上限水位時，發(fā)動機(jī)停止運轉(zhuǎn)，水泵中止向水塔灌水。設(shè)計原理：如電路結(jié)構(gòu)圖，負(fù)反饋由正壓力系數(shù)力敏電阻組成。1、電路分為兩路：一路為水位控

3、制電路，由恒流源、濾波放大電路、滯回比較器、正相比例運算電路和水泵組成；另一路為水位檢測電路，由電壓跟隨器、正相比例運算電路、水位傳感器和顯示器組成。2、水位控制電路，如滯回比較器傳輸特性，當(dāng)水位達(dá)到上限水位時，滯回比較器輸出電壓跳變?yōu)?UZ,發(fā)光二極管3截止, 發(fā)動機(jī)停止運轉(zhuǎn)，水泵中止工作。水位下降，負(fù)反饋將水位的變 化轉(zhuǎn)變成電信號，使恒流源輸入濾波放大電路的電流減小，濾波 放大電路輸出電壓減小。當(dāng)水位下降到下限水位時，滯回比較器 輸出電壓跳變?yōu)?UZ,發(fā)光二極管3導(dǎo)通，發(fā)動機(jī)開始運轉(zhuǎn)，水 泵向水塔灌水，水位開始回升。負(fù)反饋將水位的變化轉(zhuǎn)變成電信 號，使恒流源輸入濾波放大電路的電流增大，濾波

4、放大電路輸出 電壓增大。當(dāng)水位上升到上限水位時，滯回比較器輸出電壓跳變 為UZ,發(fā)動機(jī)停止運轉(zhuǎn)，水泵中止工作。從而實現(xiàn)自動控制。JUi+ UZUT1UT2Uo 0-UZ滯回比較器傳輸特性3、水位檢測電路，水位傳感器將水位的變化轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電 信號，傳輸?shù)斤@示器，通過顯示器顯示出水位的情況。電路結(jié)構(gòu):電路結(jié)構(gòu)圖水位檢測與控制電路原理圖：C圖中水泵有萬用表1替代，水位傳感器和顯示器有萬用表2替代參數(shù)的計算:1、直流穩(wěn)壓電源（如圖）jou直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo=6V,因輸出電流越大，系統(tǒng)損失的 功耗越大，為使功耗減小，故輸出電流Io取2.8mA。(1)、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路a、穩(wěn)壓管的選擇由Uo=UD

5、z,故穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓 UDz=6V。穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓區(qū)所允許的電流變化范圍應(yīng)大于負(fù)載電流的變化范圍，即 Izmax Izmin > Io , 因止匕，Izmin < Io < Iz max。b、限流電阻的選擇U 2max UDZRmin 乜25Izmax IoU 2 = (23)UDZ，所以，Rmax =DZIz min Io得 2.14kQWRW 4.28kQ,取 U2=1272 V=16.97V,所以 R=3.9kQ。(2)、濾波電路由 RC= (35) T,所以 C=19.23pF32.05 F,故取 C=30pF。 2(3)、變壓器和整流電路a、二極管的選擇由U2=

6、 J2U1,得U1=12V,二極管承受的最大反向電壓 Uz max二 V2U1,所以，二極管承受的最大反向電壓 Uzmax=16.97V。1極管的平均電流IZ(AV) =12(AV)0:9Uj=i.38mA所以，最大整流2 2R電流 IF >1.1Io(AV) =i.4u1=1.52mA F 2Rb、變壓器的選擇因輸入電壓Ui=220V, U1 = 12V,所以，變壓器的初級匝數(shù)與次級匝數(shù)比為n=U1 = 55oU1 3仿真結(jié)果(如圖)2、水位控制電路(如圖)水泵由萬用表替代(1)、濾波電路kQ。為輸入電壓 Ui=6V,輸入電流 Ii=2.8mA, R1 = -一-BE =1.89Ii消

7、除自激振蕩，在運放器輸入端與地間加一電容 C1 =220 F;使電路輸出電壓在12V18V間，正壓力系數(shù)力敏電阻R2所承受的反饋電流%2在0.1mA0.3mA間，使電路反饋支路加兩支綠色發(fā)光二極管ED1、£口2以提高反饋的穩(wěn)定性，U ED1 = UED2=2VO力敏電阻R2的選擇系卞£ IR2 = UR22力敏電阻R2的阻值與所受壓力間的關(guān)系有 F=KR2,壓力與液體壓強(qiáng) 的關(guān)系有F=PS, P=p g h,得力敏電阻R2的阻值與液體深度間的關(guān)，Ur2=Uedi=2V,有力敏電阻R2所承受的反U _K 2K饋電流1與液體的深度間的關(guān)系”=巳8="。 I uIIIg

8、h gh(2)、滯回比較器滯回比較器輸入電壓 51為12V18V間，輸出電壓U0=±UD3=士 24V。由Up = Un, Un=Ui1,所以Up=12V18V。滯回比較器輸入電壓 UI2 = UD5=15V 所以 UR11=VssUD5=9V ,R11=20 kQ,R9 = u 12 u 11R10U D3 U I2 U I11MR9=10 kQ,故 R0=70 kQo 滯回比較器輸出電流UD3 UED3 =0.56 mAR3 =U_D3_<42.86 kQ,故R43 Io取，R3=20 kQo穩(wěn)壓管D3、口4的穩(wěn)定電壓均為24V,穩(wěn)壓管D5的穩(wěn)定電壓為15V,發(fā)光二極管ED

9、3為綠色發(fā)光二極管，故UED3=2M(3)、正相比例運算電路及 MOS管正相比例運算電路的輸入電壓 UI1=UD3UED3=22V,輸出電壓U01即 oO為MOST的輸入電壓uI2,即uo1=uI2；又MOSf的輸出電壓uo2等 于MOST的輸入電壓uI2,即uo2=uI2,因而uo1=uo2,水泵正常工 作的電壓為220V,所以，uo產(chǎn)Uo2=220V。所以，正相比例運算電路 uRv的電壓放大倍數(shù) A=3=10, A=1 ，取R8=44 kQ,則R7=396 kUiiR8°Qo由比例運算正反相參數(shù)的平衡有 R4= R7R8 =39.6 kQo水泵正R7 R8常工作的電流I為7.5A

10、, 1=U22,因而，R5=U=29.3A; 一般 MOSR5IDSQ管的電源電壓為10V12M故取Vcc=12V,MO甯的漏源夾斷電壓U為3V,為減小損失的功耗，故靜態(tài)工作時，取IDQ=1 mA2U DSQ = VCCI DQ R5 R6 ， I DQ = I DSS 1 ,所以,UGS offR6=Vcc UDSQ R58.68 kQ,水泵正常工作允許需波動的電壓范I DQ圍為10%,因此，限流二極管d3、d4的最大反向擊穿電壓Umax= (1+ 10%)Uo2-=121U2水位傳感器和顯示器由萬用表替代電壓跟隨器的輸入電壓UI1=6V,輸出電壓U o1=U I1=6V,又正相比例運算電路的輸入電壓為電壓跟隨器的輸出電壓即UI2=Uo1=6M水位傳感器正常工作的電壓為24V,所以，正相比例運算電路的輸出電壓U02=24V,正相比例運算電路的電壓放大倍數(shù)A=U必=4,02Ui2A= 1 ®=4,取R2=20 kQ,因而，R3=60 kQ,由比例運算正反R2相參數(shù)的平衡有=15 kQo仿真結(jié)果（如圖）/3C1結(jié)語：這次課程設(shè)計，既是一次理論與實踐的結(jié)合，也讓我加深了對電子技術(shù)的理解，體會到調(diào)試的不易，明白了所學(xué)知識的重要性和自己理論知識的欠缺