555芯片水位控制器设计报告

水位控制器设计报告

水位控制器设计报告

一．设计任务

采用555时基电路设计并制作一台水位控制器，在水位低于下限水位时通过继电器使水泵启动，抽水至水箱；当水位超过上限水位时继电器释放，水泵停止工作。

二参考方案

（一）参考方案一

1．设计电路图（见图二）

图二555构成的水位控制电路图

2.工作原理

如图所示为水位控制电路。该控制电路由降压整流电路、555触发电路(IC1、IC2)、继电器控制电路等组成。其中降压整流电路为整个控制电路提供直流电压，触发电路IC1对应水塔低水位泵水控制电路，触发电路IC2对应水井高水位泵水控制电路。

当水塔内的水位探极B、D高于塔内的水位线时，IC1②脚为“地”电位，使IC1发生置位，③脚输出的高电平使继电器J1吸合，触点J1-1闭合，抽水电机因得电而运转，进行抽水；当水位上升至探极A时，相应IC1复位，输出的低电平使J1释放，触点J1-1断开，抽水机断电停转，从而对水塔水位实现自动控制。

置于水井中的探极B、D，正常情况下应在水面以下一定深度处，使IC2(555)因2脚为高电平而复位，③脚输出的低电平使J2吸合，触点J2-2闭合。当因连续抽水而使B、D探极高于水面时，IC2因②脚为低电平而发生置位，③脚输出的高电平使J2释放，触点J2-2断开，电机断电停转，从而避免电机空转，同时对水井水位进行检测。

（二）参考方案二

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1．设计电路图（见图四）

图四

2.工作原理

采用555时基集成电路组成的水位控制系统的电路图如图四所示。电路中555时基集成电路器（IC 1）构成施密特触发器完成整个水位控制功能。

图中A, B、C是三个电极检测点。当水位高于水位线A时，水泵停机，停止给水池加水；水位低于水位线B时，水泵工作，给水池加水。C电极是最低水位检测点，它连接于电源vDD,当水位低于水位线B时，C与B点不导通，导致IC 1

的2, 6脚电位为零，555时基集成电路3脚输出高电平，VT1导通，继电器吸合，水泵给水池加水。

当水位到达B点时，由于C, B两点在水的作用下被短路，使IC1的2、6脚电位大于1/3 VDD，而小于2/3 V,,,等于1/2 V,,.此时，IC1输出端3脚维持高电平不变，水泵继续给水池加水。当水位到达A点时，C, B, A三点被短路，使IC1的2, 6脚电位等于4/5 VDD，大于2/3vDD，ICI的3脚输出低电平，VT1截止，继电器断开，水泵停止给水池加水。同理，当水位下降，但还高于B点，此时IC1的2, 6脚电位等于1/2 VDD,大于1/3 VDD，水泵仍然停止工作，只有水位低于B点时，此时IC1的2, 6脚电位等于OV,小于1/3 VDD,定时器才输出高电平，VT1导通，继电器吸合，水泵开始向水池加水。如此循环往复使水池，中的水位保持在B、A之间。

三．应用方案原理的说明

（一）整机工作原理：

综合考虑元件购买、成本高低、简便性和数字电路向对于模拟电路易操作等因素，本设计采用了方案二。

其整机工作原理说明。

首先对其进行采样，之后根据三极管的工作原理，看输出是否为高电平，如果是则三极管开始工作，那么继电器也同样工作，发光二极管亮，否则继电器不工作，发光二极管不亮。对于各个部分的工作原理见下面各电路模块分析。（二）各电路模块工作原理

1.555时基电路

（1）555定时器内部框图及引脚排列(见图六)

图六 555时基电路内部框图及引脚排列

(2).555电路功能表（见表一）

表一555电路功能表

（3）555电路工作原理

555电路的内部电路方框图如图六所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS 触发器，一个放电开关管T ，比较器的参考电压由三只 5K Ω的电阻器构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器A 1 的同相输入端和低电平比较器A 2的反相输入端的参考电平为CC V 3

2和CC V 3

1。A 1与A 2的输出端控制RS 触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平CC V 3

2时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于CC V 3

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时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。

D R 是复位端（4脚），当D R ＝0，555输出低电平。平时D R 端开路或接V CC 。

V C 是控制电压端（5脚），平时输出CC V 32

作为比较器A 1 的参考电平，当5脚外

接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01μf 的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。

555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。

2.继电器

（1）电路图（见图七）

图七电磁继电器的电路图

(2)工作原理

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

3.三极管

（1）我们做的设计里三极管选用的是功率三极管，其主要功能是用一个小电流经过三极管的放大作用变成一个大的电流。