郑州轻工业学院课程设计说明书题目：水位检测电路设计姓名：院（系）：专业班级：学号：指导教师：成绩：时间：2013年06 月03 日至2013 年06 月17 日郑州轻工业学院课程设计任务书题目：水位检测电路设计专业班级：电子科学与技术10-1班姓名：学号：主要内容、基本要求、主要参考资料等：报警电路在人们的生产生活中有着重要作用。
水位检测是自然界和一般工业界不可缺少的一种检测系统。
本设计主要实现以下功能。
1.利用LED指示灯显示水位（最低水位、1/4、1/2、3/4、最高水位）。
2.达到最高水位时，自动报警。
参考文献：[1] 张毅.自动检测技术及仪表控制系统. 北京: 化学工业出社,2004.11[2] 金伟. 现代检测技术. 北京: 北京邮电大学出版社, 2006.2[3] 王兆安. 电力电子技术.北京: 机械工业出版社, 2006.5完成期限：2013.06.03-2013.06.17_指导教师签名：张晓冬课程负责人签名：杨坤2013年06月01日目录1概述 (2)1.1检测技术 (2)1.2水位检测技术的应用与发展 (2)1.3水位检测系统设计的意义 (3)2系统方案设计 (3)2.1设计方案 (3)2.1.1硬件电路图 (3)2.1.2硬件设计原理 (4)2.2整流电路的设计 (4)3元器件的介绍与参数计算 (5)3.1发光二极管 (5)3.2电阻 (7)3.3三极管 (7)3.4蜂鸣报警器 (7)3.5整流二极管 (8)3.6变压器 (8)4 硬件焊接 (9)5 AltiumDesigner电路设计 (12)6结论 (13)参考文献 (14)附录元器件清单 (15)水位检测电路设计1概述1.1检测技术检测技术是自动化学科的重要组成部分之一，是以现代自动化系统中的应用为主要目的，围绕参数检测和测量信号分析等信息，获取处理技术进行研究与开发的一门综合性技术。
为了监督和控制某个生产过程或运动对象的状态，掌握其发展规律，使他们处于所选工况的最佳状态，就必须掌握描述他们特性的各种参数，这就首先要求检测这些参数的大小、变化趋势、变化速度等等。
通常把这种流程中含有检查、测量和测试等比较广义的参数测量叫做检测。
为实现参数检测组建的系统称为检测系统或检测装置。
检测技术与自动化装置是将自动化、电子、计算机、控制工程、信息处理、机械等多种学科、多种技术融合为一体并综合运用的复合技术，广泛应用于交通、电力、冶金、化工、建材等各领域自动化装备及生产自动化过程。
检测技术与自动化装置的研究与应用，不仅具有重要的理论意义，符合当前及今后相当长时期内我国科技发展的战略，而且紧密结合国民经济的实际情况，对促进企业技术进步、传统工业技术改造和铁路技术装备的现代化有着重要的意义。
1.2水位检测技术的应用与发展随着我国经济社会的发展，对水文信息不断提出新要求，水文观测项目和内容不断增加，对观测手段和方法以及水文监测技术的研发和应用提出了越来越高的要求。
同时当今的工业领域中液位检测对许多自动控制方案来说都至关重要。
现代电子技术、传感技术、通信技术和计算机技术的迅速发展，也促进了水位监测技术自动化的发展。
水位监测是采集、存储、传输、处理等技术的集成。
从传统的水位监测方式即人工监测技术分析来看，主要存在以下问题：首先记录方式以模拟方式为主，就是数字方式记录的也很难方便的输入计算机处理，其次数据处理基本靠人工处理判断，费时易错，最后水位信息的采集、传输、处理的实时性和准确性较差，无法适应现代水文的需求。
因此，要用自动化技术促进水位监测自动化的发展。
1.3水位检测系统设计的意义水位检测系统是自然界和一般工业界不可缺少的一种检测系统。
蓄水池、水塔、水箱等都需要有水位检测。
供水系统中有许多设备由于所处地势高，上下极为不便，有时水即将用完或者已经用完也不知道，造成需用水时却水量不足或者无水可用的情况。
此外，在向池中注入水过程中，由于不知道水位情况，也就无法控制注水量多少，为了准确掌握水位情况，传统的做法是安排人员进行人为监控，这样不仅会占用人力、物力，还会大大影响工作效率。
为此需要对水位监测情况实现自动化监测、数据化、智能化显示、视觉或听觉冲击化报警，实现水位检测一个完整的系统，那么工作人员便可以实现在操作室获知整个设备的水位状况，如此不但大大减低工作人员的危险性，同时更提升了工作的效率及简便性。
2系统方案设计2.1设计方案2.1.1硬件电路图图2.1 方案硬件电路图表2.1 水箱水位小灯指示表2.1.2硬件设计原理方案中的电路共有五个发光二极管，如果发光二极管全部亮，表示水箱中的水已充满。
12V电源送到水箱底部的水中，晶体管(T1～T5)只要得到基极电压，就会导通并点亮相应的发光二极管(LED1～LED5)。
当水箱中的水到达最低水位C时，晶体管T1导通，LEDl点亮；当水位上升到水箱的1/4时，晶体管T2导通，LEDl与LED2点亮；当水位升到水箱的一半时，晶体管T3导通，则LEDl、LED2和LED3点亮；当水位升到水箱的3/4时，晶体管T4导通，则LEDl～LED4均点亮；当水箱的水充满，晶体管T5导通，五个发光二极管全亮，同时使蜂鸣器发出报警声响。
因此从发光二极管点亮的状态，就能知道水箱中的水位。
发光二极管与水箱中的水位对应关系如表2.1所示。
发光二极管应安装在容易监视的位置。
2.2整流电路的设计此次电源的设计是将220V交流电压整流成为12V的直流电压，采用了二极管桥式整流电路的方法[1]。
所谓桥式整流电路，就是用二极管组成一个整流电桥。
当输入电压处于交流电压正半周时，二极管D1、负载、D3构成一个回路，输出电压U3=U2-UD1-UD3。
输入电压处于交流电压负半周时，二极管D2、负载电阻R L、D4构成一个回路，输出电压U3=U2-UD2-UD4。
图2.3 二极管桥式整流电路由上述分析可知，二极管桥式整流电路输出的也是一个方向不变的脉动电压。
设输入交流电压为正弦波，其有效值为U2,则全波整流输出电压的有效值为：2009.0)(sin 1U wt wtd U U T ==⎰π (2.1)在硬件电路图2.1中，U3=12V ，232.1U U =，则102=U V由式2.1可知，0U =9V∵25T C R L ⨯= (2.2) 其中Ω=400L R ，02.0=T ，∴F C μ125=3元器件的介绍与参数计算3.1发光二极管发光二极管简称为LED （Light Emitting Diode ），它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。
由镓（Ga ）与砷（AS ）、磷（P ）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。
磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN 结组成，也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后，从P 区注入到N 区的空穴和由N区注入到P 区的电子，在PN 结附近数微米内分别与N 区的电子和P 区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。
当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。
常用的是发红光、绿光或黄光的二极管[5]。
发光二极管还可分为普通单色发光二极管、高亮度发光二极管、超高亮度发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二极管、红外发光二极管和负阻发光二极管等。
普通单色发光二极管普通单色发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。
它属于电流控制型半导体器件，使用时需串接合适的限流电阻。
常用的国产普通单色发光二极管有BT（厂标型号）系列、FG（部标型号）系列和2EF系列。
常用的进口普通单色发光二极管有SLR系列和SLC系列等。
常用的进口普通单色发光二极管有SLR系列和SLC系列等。
本次选用的发光二极管颜色为红色根据元器件手册可知，此规格的发光二极管的最大电压值为 3.6V，工作电流为20mA。
设计电路的每一个水位检测都可以看成一条支路，其支路图电路如下图所示。
图3.1硬件支路电路图设电路中总电压为U，电阻R1两端电压为U1，R2两端电压为U2，发光二极管两端电压为ULED，根据上面的电路图可知：（3.1）即当U=12V，UTe=0.7V，ULED=3.6V时，可知U1+U2=7.7V在晶体三极管中，晶体三级管的放大倍数180时，I=0.02A,令R1=10则：180I1=I2 （3.2）R1I1+R2I2=7.7 （3.3）由（3.2）（3.3）式可知：I1=0.00011A,R2=384Ω3.2电阻在所设计的电路中，根据发光二极管的要求，计算电阻阻值。
因为实际电路中电阻有保护电路的作用，因此应有适当的余量值。
所以取：R1=10Ω,R2=400Ω3.3三极管半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。
它最主要的功能是电流放大和开关作用。
三极管顾名思义具有三个电极。
二极管是由一个PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极(用字母b表示)。
其他的两个电极成为集电极(用字母c表示)和发射极(用字母e表示)。
由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型的三极管，另一种是PNP型的三极管。
三极管的种类很多，并且不同型号各有不同的用途。
三极管大都是塑料封装或金属封装，常见三极管的外观，有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是NPN型三极管，而箭头朝内的是PNP型。
实际上箭头所指的方向是电流的方向。
电子制作中常用的三极管有90××系列，包括低频小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP)，低噪声管9014(NPN)，高频小功率管9018(NPN)等。
它们的型号一般都标在塑壳上，而样子都一样，都是TO-92标准封装。
在老式的电子产品中还能见到3DG6(低频小功率硅管)、3AX31(低频小功率锗管)等，它们的型号也都印在金属的外壳上[5]。
本次选用的三极管型号为：S9014；类型为：NPN3.4蜂鸣报警器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具等。
蜂鸣器主要有电压式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
此次设计选取的是电压式蜂鸣报警器。
本设计使用绿光发光二极管替代蜂鸣器。
3.5整流二极管整流二极管一种具有单向导电性的半导体器件,能将交流电能转变为直流电能。
通常它包含一个PN结，有阳极和阴极两个端子。
P区的载流子是空穴,N区的载流子是电子，在P区和N区间形成一定的位垒。