【正文】 圖 11簡(jiǎn)易水位控制器原理方框圖 （ 2）總體工作原理介紹 ① 水位監(jiān)測(cè)與控制原理：這里僅對(duì) M1 電機(jī)啟?？刂七M(jìn)行簡(jiǎn)要分析， M2 電機(jī)的控制同理可得。 此外，還設(shè)置了手動(dòng)開關(guān)以便實(shí)現(xiàn)電機(jī) 啟停 的人 工 操作。在每個(gè)部分電路與電源直接相接處串聯(lián)保險(xiǎn)絲以保護(hù)設(shè)備。 （ 3） 水位檢測(cè)電路：采用市場(chǎng)上流行的浮力開關(guān)放置在水塔的指定水位處。 （ 2） 控制電路：采用兩個(gè) NE555 芯片分別構(gòu)成 RS 觸發(fā)器作為核心控制部件。 功能塊的劃分與實(shí)現(xiàn)方式 現(xiàn) 根據(jù)前文的任務(wù)分析，對(duì)本設(shè)計(jì)的功能塊劃分和實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行具體的闡述。 第 3 頁 此外， 控制部分還必須對(duì)電機(jī)拖動(dòng)部分進(jìn)行控制，那么可以使用 中間 繼電器做強(qiáng)弱電的橋梁來實(shí)現(xiàn)弱電對(duì)強(qiáng) 電部分的控制。 表 11 水位與電機(jī)的開與關(guān)的關(guān)系 主電機(jī) 觸發(fā)水位 M1 M2 水位上升↑ 水位下降↓ 水位上升↑ 水位下降↓ H1 開 開 開 開 H2 開 開 開 關(guān) H3 關(guān) 關(guān) 開 關(guān) H4 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 由表可知，兩臺(tái)電機(jī)的開與關(guān)在 水位從 H2到 H3 的過程中 是不同的， 故本設(shè)計(jì)使用兩個(gè)芯片分別負(fù)責(zé)控制兩個(gè)電機(jī)。 任務(wù)分析與設(shè)計(jì)方案確定 本課程設(shè)計(jì)的主題是設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易水位控制器。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，此系統(tǒng)采用強(qiáng)弱電結(jié)合。 在本課題的設(shè)計(jì)中，由于考慮到 設(shè)計(jì) 周期等限制，以及 任務(wù)要求的 局限性，僅僅設(shè)計(jì)了一個(gè)原始系統(tǒng)來達(dá)到題目要求 ，在設(shè)計(jì)中使用 Multisim仿真軟件對(duì)系統(tǒng)可行性進(jìn)行分析，并盡可能考慮到在實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題，保證設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品能夠正常運(yùn)行 。為了證明設(shè)計(jì)的可行性，本設(shè)計(jì)使用 Multisim 軟件對(duì)芯片控制電路進(jìn)行仿真，并在文中附上仿真結(jié)果。設(shè)計(jì)電路總圖一張，用 PROTEL軟件繪圖。 此處加入您的學(xué)校的 LOGO 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目 簡(jiǎn)易水位控制器 學(xué)院名稱 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師 學(xué)生姓名 年 月 日 簡(jiǎn)易水位控制器（二周） 一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 簡(jiǎn)便水塔水位控制器具有四個(gè)水位檢測(cè)輸入，由低到高分別為 HH H H4； 380V 交流驅(qū)動(dòng)功率為 10KW的電機(jī)電動(dòng)機(jī)分別為 M M2；控制器根據(jù)水位狀態(tài)控制電機(jī)工作。格式（另附）參考論文。本文為課程設(shè)計(jì)的說明書，其主要介紹了本設(shè)計(jì)是如何運(yùn)用數(shù)字電子及其他相關(guān)技術(shù)實(shí) 現(xiàn)水位的控制，并詳細(xì)介紹了各功能塊的實(shí)現(xiàn)方式和原理，以及所用到的元器件等。 但是由于知識(shí)和能力有限， 其中有諸多不完善之處 還需 改善。弱電部分由 降壓整流電路、 555 觸發(fā)電路（ NE555）、繼電器 （ KA）和浮力開關(guān)等 組成。水位控制器是運(yùn)用電力電子相關(guān)技術(shù)完成水位的檢測(cè)和控制電機(jī)的啟動(dòng)與關(guān)閉，以及故 障電機(jī)的保護(hù)和備用電機(jī)的投入等一系列自動(dòng)化工作。在眾多芯片中采用 NE555 芯片構(gòu)成 RS 觸發(fā)器作為控制部分的核心。但對(duì)于電機(jī)故障和備用電機(jī)的投切問題，可以在電機(jī)控制部分配置交流接觸器結(jié)合熔斷器來實(shí)現(xiàn)該要求。首先在弱電部分電路按功能 劃分后每部分的 實(shí)現(xiàn)方式如下： （ 1） 降壓整流電路：采用降壓變壓器從 220V市電中取得電能。其信號(hào)端與水位 開關(guān) 電路相連，輸出端與繼電器線圈相連。 開關(guān)兩端分別與電源正極和 555 芯片管腳連接。 （ 2） 電機(jī)保 護(hù)電路：電機(jī)有三臺(tái)，兩臺(tái)為主電機(jī)，一臺(tái)為備用電機(jī)。在每個(gè)部分電路與電源直接相接處串聯(lián)保險(xiǎn)絲以保護(hù)設(shè)備。為了敘述方便，以下 6腳呈高電位是指輸入電壓呈 31 Vcc和 32 Vcc。 但液面高于最高水位 H4時(shí)，浮力開關(guān) 4 閉合， NE555 芯片的復(fù)位端電位從 Vcc 立即降為接近 0V，使得芯片復(fù)位，輸出電壓為 0V，同理可知電機(jī)停機(jī)。 第 5 頁 2 單元電路設(shè)計(jì) 降壓整流電路設(shè)計(jì) 該部分由降壓一個(gè)變壓器 TF四個(gè) 1N4002 型的二極管構(gòu)成橋式整流電路、一個(gè)電容 C3 組成。接通電源后，交流電流經(jīng)降壓整流部分，當(dāng)輸入交流電壓 為正半周時(shí)，對(duì) D D3 加正 方向電壓， 使得 Dl、 D3導(dǎo)通；對(duì) D D4 加反 方向 電壓，D D4 截止。 由于 整流后的直流實(shí)際是脈動(dòng)的，也就是直流的波形不是平直的， 因此使用 大容量電容并聯(lián)在電路中，在電壓的波峰時(shí)儲(chǔ)能，在波谷時(shí)放能，使脈動(dòng)的直流電壓波形接近平直 。 2） 變壓器的容量應(yīng)能保證部分吸合的電器，在啟動(dòng)其他電器時(shí)，仍能可靠吸合，同時(shí)又能保證將要啟動(dòng)的電器也能啟動(dòng)吸合。電路圖如圖 23所示。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久。 ② NE555 引腳圖 和功能表 NE555 芯片管腳圖如圖 24所示。 Pin 2 （觸發(fā)點(diǎn)） 這個(gè)腳位是觸發(fā) NE555 使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約 200 mA 。當(dāng)計(jì)時(shí)器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下 ,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。供應(yīng)電壓的范圍是+ 伏特（最小值）至 +16 伏特（最大值）。本設(shè)計(jì)通過 Multisim 仿真軟件對(duì)控制電路進(jìn)行仿真，并測(cè)定相應(yīng)的電位。由 表 23可知此時(shí) 555 的輸出端 3 腳的電位為 Vcc。 值得注意的是，在設(shè)計(jì)初期使用 Multisim 仿真時(shí) ， 發(fā)現(xiàn)當(dāng)水位稍微下降到 H4 以下后， M2電機(jī)會(huì)立即啟動(dòng)，然后給水塔加水，水位很快會(huì)上升到 H4 以上， M2 電機(jī)停機(jī)，如果此時(shí)水塔排水比注水的速度稍小 ，那么會(huì)出現(xiàn)水位在 H4 的上下徘徊，導(dǎo)致 M2電機(jī)頻繁開機(jī)，由于大功率電機(jī)頻繁啟動(dòng)，其啟動(dòng)電流大，容易燒毀電機(jī)，同時(shí)保護(hù)作用的接觸開關(guān)也經(jīng)不起大電流的頻繁沖擊。 3） 水位由 H1 上升到 H3 的過程中 ① M1 電機(jī)：當(dāng)水位從 H1 上升到 H3 的過程中 IC1 的管腳 2 的電位始終為 ： 12V（ 31 Vcc）；管腳 6的電位為： 6V（ 32 Vcc） 。（故以下水位上升的狀態(tài)不在分析 IC2 的情況） 4）水位到達(dá) H3 時(shí) 第 10 頁 當(dāng)水位到達(dá) H3 時(shí)該水位的浮力開關(guān)閉合，同時(shí)水位以下的所以浮力開關(guān)也是閉合的。而 M2則由于實(shí)現(xiàn)了復(fù)位腳電位的鎖定而處在關(guān)機(jī)狀態(tài)，直到水位低于 H1 后才解鎖，重新啟動(dòng)。當(dāng)輸出為低電位（ 0V）同理可得，具體可參看電機(jī)控制部分原理說明。浮力開關(guān)的原理是：水位淹沒浮力開關(guān)→浮球上翹→帶動(dòng)內(nèi)部連桿使得導(dǎo)線閉 合→電路接通。本課程設(shè)計(jì)要求開關(guān)能夠長期浸泡不影響正常工作。 SCF系列側(cè)裝浮球液 位開關(guān)系用于桶槽內(nèi)高、低液位的檢測(cè)報(bào)警，既可水平安裝于桶測(cè)壁，也可垂直安裝于頂部，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，性能穩(wěn)定可靠，安裝方便，且其控制部分與被測(cè)介質(zhì)完全隔離，被廣泛應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)藥、船舶及水處理等各類機(jī)械設(shè)備上，以實(shí)現(xiàn)液位的自動(dòng)控制。而控制電路接在 220V 電壓下，故通過交流接觸器進(jìn)行控制，并通過降壓變壓器從電網(wǎng)中的兩相獲得電能。利用交流接觸器的原理，本設(shè)計(jì)將其線圈串聯(lián)在控制電路中，對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)兩端分別接電網(wǎng)和電機(jī)。 （ 3）電機(jī)故障監(jiān)測(cè)和保護(hù)及備用電機(jī) M3 控制電路 第 13 頁 由于每臺(tái)電機(jī)具有工作重復(fù)時(shí)間短的，電機(jī)功率大的問題，故長期運(yùn)行難免出現(xiàn)故障，故根據(jù)要求設(shè)計(jì)了電機(jī)故障檢測(cè)和備用電機(jī)控制電路。其具體工作電路如圖 2圖 28 所示 。 2. 斷相保護(hù) 通過 3 個(gè)互感器并聯(lián)與一個(gè)電流繼電器 KA KA KA7 連接實(shí)現(xiàn)斷相保護(hù)。其主觸點(diǎn)電流應(yīng)大于或等于負(fù)載電流，線圈額定電壓應(yīng)與控制回路電壓相等。 表 26 所選的交流接觸器參數(shù) 型號(hào) 主觸點(diǎn) 輔助觸點(diǎn) 控制三相電機(jī) 的最大功率 額定電壓 額定電流 額定電壓 額定電流 CJ1020 380V 20A 交流 380V 5A 10KW （ 2）熔斷器參數(shù)選 擇 本設(shè)計(jì)熔斷器采用直接接入電路的方式，根據(jù)熔斷絲熔斷后兩端承受的實(shí)際電壓確定其