精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)水位監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)第二屆廣西大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽（第一階段）柳州運(yùn)輸職業(yè)技術(shù)學(xué)院第十組：黃偉欽、陸琨、蔣守勝指導(dǎo)老師：萬(wàn)選明、梁德堅(jiān)水位監(jiān)測(cè)報(bào)警器摘要：本水位監(jiān)測(cè)報(bào)警器使用5V低壓直流電源（也可以用3節(jié)5號(hào)電池代替）就可以對(duì)5~15厘米的水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用LED顯示和數(shù)碼管顯示水位，并可以對(duì)不再此范圍內(nèi)的水位發(fā)出報(bào)警。主要采用CD4066、74LS86、74LS32、CD4511芯片，再加上數(shù)碼管、蜂鳴器、發(fā)光二極管、電阻這些器件組成一個(gè)簡(jiǎn)單而靈敏的監(jiān)測(cè)報(bào)警電路，操作簡(jiǎn)單，接通電源即可工作。因?yàn)榇蟛糠蛛娐凡捎脭?shù)字電路，所以本水位監(jiān)測(cè)報(bào)警器還具有耗能低、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)。關(guān)鍵字：譯碼電路報(bào)警電路監(jiān)測(cè)電路Abstract:Thewaterlevelalarmmonitoringtheuseof5Vlow-voltageDCpower(canalsousethreebatteriesreplacedonthe5th)willbeableto5to15centimetersofwaterlevelmonitoring,withLEDdisplayanddigitaldisplayofwaterlevel,andthiscannolongerWithinthescopeofawaterlevelalarm.MainlyCD4066,74LS86,74LS32,CD4511chips,coupledwithdigitalcontrol,buzzer,light-emittingdiode,theresistanceofthesedevicescomposedofasimpleandsensitivemonitoringalarmcircuits.Becausethemajorityofcircuitsusingdigitalcircuitry,sothewaterlevelmonitoredalarmsystemalsohaslowenergyconsumption,highaccuracyofthecharacteristics.Keyword:Decodingcircuitalarmcircuitmonitoringcircuit前言隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)以深入到了各領(lǐng)域，為人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了許多方便。水位的檢測(cè)也可以用自動(dòng)化來(lái)實(shí)現(xiàn)。大到可用于水庫(kù)、湖泊、池塘水位的檢測(cè)，小的可以用于魚(yú)缸、鍋爐水位的檢測(cè)。我們針對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)的水位檢測(cè)報(bào)警器的功能、原理、設(shè)計(jì)思路、調(diào)試等方面做了個(gè)系統(tǒng)的介紹。由于編者水平有限，差錯(cuò)在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正?？傮w方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)主要由水位信號(hào)模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)光管顯示模塊、數(shù)碼管顯示模塊、報(bào)警模塊、編碼模塊等模塊構(gòu)成。其系統(tǒng)方案框圖如下圖所示：我們對(duì)其中的幾個(gè)模塊設(shè)計(jì)了不同的方案并進(jìn)行了比較（1）水位信號(hào)模塊的選擇方案1：采用電容的原理，用兩塊平行的長(zhǎng)方形銅板作為電極放在水中，可以通過(guò)檢測(cè)兩電極間的電信號(hào)可知水位的變化情況。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、水位分辨率可大大提高;缺點(diǎn)：容易受水質(zhì)的影響產(chǎn)生誤差，信號(hào)為模擬信號(hào)，不方便處理。方案2：采用觸點(diǎn)的方法，在每個(gè)水位點(diǎn)放置一個(gè)觸點(diǎn)，當(dāng)水到達(dá)該觸點(diǎn)時(shí)就可得到一個(gè)信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、得出的時(shí)數(shù)字信號(hào)容易處理；缺點(diǎn)：分辨率不好提高，分辨率越高觸點(diǎn)越多，越難編碼?？紤]到分辨率要求不高和信號(hào)處理的難度，排除干擾因素，我們采用方案2。（2）信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的選擇方案1:使用三極管把微弱的水位信號(hào)放大以驅(qū)動(dòng)其他模塊的工作。優(yōu)點(diǎn)：成本低；缺點(diǎn)：工作不夠穩(wěn)定，使用數(shù)量多。方案2：使用CD4066雙向模擬開(kāi)關(guān)，把微弱的水位信號(hào)引到CD4066的控制端，CD4066的輸入端都接電源，這樣就能把微弱的水位信號(hào)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的電位信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定可靠，便于集成化;缺點(diǎn)：成本高。信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的工作影響的各個(gè)模塊的正常工作我們采用方案2。（3）編碼模塊和數(shù)碼顯示模塊的選擇方案1：使用2塊8—3線編碼器組合構(gòu)成16—4的編碼電路，再經(jīng)過(guò)一個(gè)顯示譯碼器直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：要編碼的信號(hào)不夠16個(gè)，造成浪費(fèi)，顯示譯碼器不好找。方案2：使用異或門(mén)74LS86和或門(mén)74LS32組成一個(gè)特殊的編碼電路對(duì)個(gè)位的數(shù)進(jìn)行編碼，當(dāng)水位高于10厘米時(shí)，十厘米信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)十位數(shù)碼管顯示“1”，在經(jīng)CD4511顯示譯碼器驅(qū)動(dòng)個(gè)位數(shù)碼管顯示。（詳細(xì)個(gè)位編碼見(jiàn)附錄）優(yōu)點(diǎn)：電路可靠，穩(wěn)定;缺點(diǎn):電路較復(fù)雜。由于74LS86、74LS32、CD4511都是常用的芯片，因此我們采用了方案2.工作原理上面的仿真圖中J1、J2相當(dāng)于放置在水中的觸點(diǎn)（已含下拉電阻），以獲取不同水位的信號(hào)，將信號(hào)引到CD4066，CD4066芯片是一種雙向模擬開(kāi)關(guān)，在集成電路內(nèi)有4個(gè)獨(dú)立的能控制數(shù)字及模擬信號(hào)傳送的模擬開(kāi)關(guān)。當(dāng)觸點(diǎn)沒(méi)接觸水的時(shí)候由470K電阻的下拉作用使的四個(gè)開(kāi)關(guān)的控制端為低電平，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。但是當(dāng)觸點(diǎn)接觸到水時(shí)候，由于水的導(dǎo)電性，使的四個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。隨著水位的升高，CD4066中的虛擬開(kāi)關(guān)逐個(gè)開(kāi)啟，把經(jīng)過(guò)水出來(lái)后的微弱信號(hào)轉(zhuǎn)換成與電源電壓相同的電位信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示當(dāng)前水位，水上升到那，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管就發(fā)光。將CD4066的5厘米水位的對(duì)位信號(hào)引到一個(gè)異或門(mén)的一個(gè)腳上，其另外一個(gè)腳接高電平，使得5厘米的水位信號(hào)反向輸出，方向輸出的信號(hào)再和10厘米水位對(duì)應(yīng)的CD4066的信號(hào)經(jīng)過(guò)一或門(mén)由三極管放大之后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。數(shù)碼管顯示模塊的信號(hào)也是來(lái)自CD4066，分為十位和個(gè)位的顯示，由于水位高過(guò)10厘米后，10厘米的觸點(diǎn)一直在水中，對(duì)應(yīng)的CD4066的10厘米信號(hào)也一直處于高電位，因此只需將CD4066對(duì)應(yīng)的10厘米處信號(hào)接到十位數(shù)碼管的bc段以顯示“1”，無(wú)需編碼就可實(shí)現(xiàn)十位顯示而且十分可靠。而個(gè)位的顯示需要經(jīng)過(guò)由74LS86和74LS32組成的特殊的編碼電路后再經(jīng)CD4511顯示譯碼器驅(qū)動(dòng)個(gè)位的數(shù)碼管顯示。（詳細(xì)個(gè)位編碼見(jiàn)附錄）電路設(shè)計(jì)（1）水位信號(hào)模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)光管顯示模塊左端的P1是水位觸點(diǎn)，由一個(gè)VCC和11個(gè)觸點(diǎn)組成，用水的導(dǎo)電性，讓接觸到水的觸點(diǎn)出高電位；U1~U3是CD4066雙向模擬開(kāi)關(guān)，將微弱的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換；R12~R22是下拉電阻，用于水位沒(méi)到管腳懸空時(shí)CD4066輸入端的處理，R1~R11時(shí)發(fā)光二極管的限流電阻；P2是數(shù)碼管顯示模塊、報(bào)警模塊、編碼模塊的連接口。與P1相比多了13腳，其直接從10厘米水位信號(hào)引出用于驅(qū)動(dòng)十位的數(shù)碼管顯示。（2）數(shù)碼管顯示模塊、報(bào)警模塊、編碼模塊P1是連接水位信號(hào)模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)光管顯示模塊的接口；R1~R11是編碼模塊的下拉電阻，應(yīng)為CD4066是一個(gè)雙向虛擬開(kāi)關(guān)，當(dāng)它斷開(kāi)時(shí)編碼模塊的管腳相當(dāng)與懸空會(huì)引起邏輯混亂，因此加了下拉電阻。個(gè)位的編碼電路與報(bào)警電路共用74LS86和74LS32芯片，這也是設(shè)計(jì)是將它們放到同一塊板上的原因之一。與個(gè)位編碼電路相連的是CD4511顯示編碼器直接驅(qū)動(dòng)個(gè)位數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)調(diào)試1、調(diào)試工具：（1）萬(wàn)用表（2）5V直流電源（3）水槽2、調(diào)試環(huán)境：（1）地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)室（2）室溫：283、測(cè)試過(guò)程：我們首先將水位觸點(diǎn)放置在水槽中，再使用5V電源接通電路，此時(shí)我們聽(tīng)到“嘀”的報(bào)警聲，第5、6、9、11號(hào)LED發(fā)光，數(shù)碼管顯示“7”。此結(jié)果與預(yù)計(jì)的不符，我們斷開(kāi)數(shù)碼管顯示模塊、報(bào)警模塊、編碼模塊的連接，使電路易于檢測(cè)，這時(shí)我們看到LED全滅，符合預(yù)計(jì)結(jié)果，接著向水槽內(nèi)加水，LED逐個(gè)亮起，我們用萬(wàn)用表測(cè)量了LED工作電壓3.2V和信號(hào)輸出口的工作電壓5V，證明水位信號(hào)模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)光管顯示模塊沒(méi)問(wèn)題。我們?cè)侔褦?shù)碼管顯示模塊、報(bào)警模塊、編碼模塊連接上，以檢查此模塊的錯(cuò)誤，連上時(shí)立刻又出現(xiàn)剛才的錯(cuò)誤，我們用萬(wàn)用表測(cè)量與水位信號(hào)模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)光管顯示模塊的接口發(fā)現(xiàn)有4個(gè)接口的電位與預(yù)計(jì)不符，我們就懷疑是不是CMOS與TTL不兼容的問(wèn)題。測(cè)試到這便進(jìn)行不下去了。之后我們又想CD4066是個(gè)虛擬開(kāi)關(guān)，不應(yīng)該有社么問(wèn)題，我們又上網(wǎng)查資料，并對(duì)此用電子試驗(yàn)箱做了專項(xiàng)的模擬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題都沒(méi)有，與預(yù)計(jì)結(jié)果完全相同。我們又對(duì)數(shù)碼管顯示模塊、報(bào)警模塊、編碼模塊的連接進(jìn)行仔細(xì)的檢查，最后才發(fā)現(xiàn)原來(lái)是芯片的管腳連接不對(duì)，輸入信號(hào)連接再了芯片的輸出端上。我們?cè)購(gòu)男伦隽艘粔K新板，問(wèn)題解決了。我們?cè)儆萌f(wàn)用表測(cè)量芯片工作電壓（低電位0.2V、高電位3.6V）工作正常了。我們?cè)俅斡谜w檢測(cè)水位，當(dāng)水位低于5厘米時(shí)，LED全滅，蜂鳴器發(fā)出“嘀”的聲音，數(shù)碼管顯示“0”，隨著水位的升高蜂鳴器停止發(fā)聲，LED逐個(gè)亮起，數(shù)碼管對(duì)應(yīng)顯示“5~14”，當(dāng)水位到達(dá)15厘米時(shí)紅色的LED亮起，數(shù)碼管顯示“15”，蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警，達(dá)到了預(yù)計(jì)的結(jié)果，調(diào)試結(jié)束。設(shè)計(jì)總結(jié)此次實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)我們?cè)诶碚撋稀⒎抡嫔隙己艹晒?，但是在?shí)際的調(diào)試過(guò)程中顯示部分卻出現(xiàn)了問(wèn)題。原因是芯片的封裝與設(shè)計(jì)時(shí)的不同，引起顯示部分個(gè)芯片管腳的電位混亂。因設(shè)計(jì)過(guò)程中耗費(fèi)了大量時(shí)間，所以沒(méi)有足夠的時(shí)間調(diào)試和改進(jìn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中收獲很多對(duì)電路的設(shè)計(jì)有一個(gè)了解并能自己動(dòng)手完成一些簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)、制板及調(diào)試的過(guò)程，極大地提高了我們的動(dòng)手能力。參考文獻(xiàn)：1、《電子技術(shù)》電子工業(yè)出版社。2、中國(guó)電子技術(shù)網(wǎng)附錄水位信號(hào)對(duì)應(yīng)的個(gè)位數(shù)BCD碼DCBA50101601107011181000/