水位报警器设计

水位报警器设计

一、设计目的：在一些家用水池中，为了避免断水给生活带来不便，这样一种智能化的水位报警器便运营而生。此种水位报警器能有效地显示水箱水放尽及对水箱充水时水已充满地情况。双水位报警器是根据此种需要而研制的一种简易式水位报警器。

二、设计任务：1、断水前发出声光报警信号；

2、水溢出前发出声光报警信号；

3、其余时间段处于休整状态。

三、设计要求： 在水箱断水之前和水溢出之前都能有效地发出声光报警信号，并且高水位报警和低水位报警有一定的区别。要求设计简单易行，可靠灵敏。功耗低，效率高。

四、系统方案设计：

1、系统方案大体设计

1.1系统总体设计：

1.2设计思路与工作原理

因为水是优良的导体。

在水池中取A,B,C 三点，分别作为水断开和连接起来的触点。其中，A 点作为高水位的依据点，C 点作为低水位的依据点。当低水位

时，A,B,C 三点都断开。这时应该低水报警。则方框图上半部分工作。当B,C 连接起来，而A 断开时，水位处于正常状态，整个报警电路处于休整状态。当水位到达A 点时，则高水位报警，方框图下面处于工作状态。

2、硬件设计与分析：

2.1低水位电路实现

把C 点作为电源点。用比较器来实现低水位报警，其正向输入端设为固定电压。当正常时，不需要报警，起负向输入电压应高于正向输入端电压。低水位时，由于负向端没有输入信号，故需要一个非门来反馈。

2.2高水位电路实现

A 点作为三极管的基极输入端，当A,B,C 连通时为高水位，则三极管有输入信号，驱动后面的发光二级管工作报警。

五、系统实现：

1、实验设备、材料

1.1 实验仿真与调试需要的仪器

用multisim 对电路进行仿真，5V 电源，万能表。

1.2元件的选择

比较器采用芯片LM324，非逻辑门用芯片74LS00。

电容C1为电解电容0.1uf 。电容C2也为电解电容100uf 。 晶体管Q1，Q2，Q3均为普通晶体管。

LED1，LED2为普通发光二极管。

其它，电阻元件无特殊要求。

2、实验原理

设一容器中有指定点A ，B ，C 三点。如下图右所示。

图一中，非门A U 2与晶体管2Q 及比较器等部件构成水位报警的缺水控制部分；下边晶体管3Q 与非门构成高水位报警控制部分。如果水池里的水低于B 点时，则水池缺水，相当于B,C 两点断路，非门A U 2输出一个高电平，经晶体管2放大后送入到比较器的负端。此时

V U 85=,.43.46V U =。所以比较器输出一个高电平，LED1发光，并给出一个驱动信号给晶体管1，输送信号

到蜂鸣器产生声音报警。

图4，实现高、低水位报警电路

3、实验步骤（过程）

图5，低水位报警电路

其各点电压为：

图6，低水位报警各点电压

当水位高于B时，而又低于A时，此时为正常状态，水位不需要报警。

其正常工作图：

图4，正常时各点电压

当水位高于A点时，则为高水位状态，此时A,B,C三点均导通。晶体管3导通，给非门一个低电平，输出信号到LED2发光，同时后面的蜂鸣器产生声音报警。

图5，高水位报警电路

其各点电压为：

图6，高水位报警时各点电压

表一，三种状态时的各点电压

低水位

mV

U

V

U

V

U

V

U

b

Q

A

5.

60

,

43

.4

,

8

,

5

1

6

5

2

=

=

=

=

高水位

mV

U

V

U

mV

U

b

Q

A

b

Q

122

,

5

,

1.

51

1

1

3

=

=

=

正常时

V

U

V

U

mV

U

V

U

V

U

V

U

A

b

Q

b

Q

A

,

12

,

122

,

8.

11

,

8

,

5

1

3

1

6

5

2

=

=

=

=

=

=

各元件的作用

电容C1 0.1uf，为电解电容，阻高频。电容C2 100uf，阻低频。这两个电容在回路中耦合电容，除噪声。

晶体管Q1，将前端发光二极管所输送过来的微信号适当放大，送与蜂鸣

器，产生声音报警信号。

晶体管Q2和Q3都是将输入信号放大，输送到中间的比较环节或光控制环节。

非门U2a，因为低水位时，即断开产生声光报警。当断开时，三极管并没用输入信号，后面更不可能报警，所以加个非门，将逻辑低电平转换为逻辑高电平，为后面产生报警信号作准备。

非门U1a，高水位时，晶体管3的基极为高电平，则集电极为低电平，二极管不能发光，所以加个非门转换为高电平，使其能正常报警。

六、设计过程评估与改进：个人心得体会、改进的意见和建议。

个人心得：整个实验过程，虽然我们这组做的不多，但是我却真切地感受着面临困境时的焦虑与解决问题后的喜悦。首先的策划方案时的思考，讨论，定位，构思等都是一个过程，一个思维渐成熟的考验。然后的仿真，不断地修改，不断地否定，不断的替换，照着原理走，有时候原理不一定对，有些问题自己不一定能想得透彻。仿真的过程中，我确实遇到了些困难，但是，我终于是战胜了。当我在万能板上实验出自己所想要的实验结果的时候，我心里是欢快的。后来的调试过程，倒是轻松了许多。整个实验过程中，我体验了团队的力量与团队之间互助协作的快乐。同时，更在较深层次上明白了，作为一个工业课程设计所必备的专业知识与社会产品的理解。目光一下开阔了，立足于消费者的立场，来看自己所设计产品的需求是否达标。我想，我这次实验所学会的这些都很重要，不光是增强了自己对专业知识的理解与掌握，更是学会了严谨的工作作风与务实的工作态度。

改进意见与建议：整个产品，我们还不能用来作为生活实际所用，一些实际问题还没有解决。我们应该加上干电池，同时，以绿灯显示正常非报警状态，以红灯分别显示高、低水位的报警。同时，开关要能自己吸和，可采用继电器来控制电路，使得报警更灵敏。另外报警灯应该用专门的报警灯来实现。