水位监测报警系统原理

水位监测报警器

摘要：本水位监测报警器使用5V低压直流电源（也可以用3节5号电池代替）就可以对5~15厘米的水位进行监测，用LED显示和数码管显示水位，并可以对不再此范围内的水位发出报警。主要采用CD4066、74LS86、74LS32、CD4511芯片，再加上数码管、蜂鸣器、发光二极管、电阻这些器件组成一个简单而灵敏的监测报警电路，操作简单，接通电源即可工作。因为大部分电路采用数字电路，所以本水位监测报警器还具有耗能低、准确性高的特点。

关键字：译码电路报警电路监测电路

Abstract: The water level alarm monitoring the use of 5 V low-voltage DC power (can also use three batteries replaced on the 5th) will be able to 5 to 15 centimeters of water level monitoring, with LED display and digital display of water level, and this can no longer Within the scope of a water level alarm. Mainly CD4066, 74LS86, 74LS32, CD4511 chips, coupled with digital control, buzzer, light-emitting diode, the resistance of these devices composed of a simple and sensitive monitoring alarm circuits. Because the majority of circuits using digital circuitry, so the water level monitored alarm system also has low energy consumption, high accuracy of the characteristics.

Keyword: Decoding circuit alarm circuit monitoring circuit

一、 前言

随着自动化技术的发展，自动化技术以深入到了各领域，为人们的生产生活带来了许多方便。水位的检测也可以用自动化来实现。大到可用于水库、湖泊、池塘水位的检测，小的可以用于鱼缸、锅炉水位的检测。我们针对我们设计的水位检测报警器的功能、原理、设计思路、调试等方面做了个系统的介绍。由于编者水平有限，差错在所难免，敬请读者批评指正。 二、 总体方案

根据设计要求，本系统主要由水位信号模块、信号转换模块、发光管显示模块、数码管显示模块、报警模块、编码模块等模块构成。其系统方案框图如下图所示：

我们对其中的几个模块设计了不同的方案并进行了比较 （1）水位信号模块的选择

方案1：采用电容的原理，用两块平行的长方形铜板作为电极放在水中，可

以通过检测两电极间的电信号可知水位的变化情况。优点：结构简单、水位分辨率可大大提高;缺点：容易受水质的影响产生误差，信号为模拟信号，不方便处理。

方案2：采用触点的方法，在每个水位点放置一个触点，当水到达该触点时就可得到一个信号。优点：灵敏度高、得出的时数字信号容易处理；缺点：分辨率不好提高，分辨率越高触点越多，越难编码。

考虑到分辨率要求不高和信号处理的难度，排除干扰因素，我们采用方案2。

（2）信号转换模块的选择

方案1:使用三极管把微弱的水位信号放大以驱动其他模块的工作。优点：成本低；缺点：工作不够稳定，使用数量多。

方案2：使用CD4066双向模拟开关，把微弱的水位信号引到CD4066的控制端，CD4066的输入端都接电源，这样就能把微弱的水位信号转换为稳定的电位信号。优点：工作稳定可靠，便于集成化;缺点：成本高。

信号转换模块的工作影响的各个模块的正常工作我们采用方案2。

（3）编码模块和数码显示模块的选择

方案1：使用2块8—3线编码器组合构成16—4的编码电路，再经过一个显示译码器直接驱动数码管显示。优点：电路结构简单；缺点：要编码的信号不够16个，造成浪费，显示译码器不好找。

方案2：使用异或门74LS86和或门74LS32组成一个特殊的编码电路对个位的数进行编码，当水位高于10厘米时，十厘米信号直接驱动十位数码管显示“1”，在经CD4511显示译码器驱动个位数码管显示。（详细个位编码见附录）优点：电路可靠，稳定;缺点:电路较复杂。

由于74LS86、74LS32、CD4511都是常用的芯片，因此我们采用了方案2.

三、工作原理

上面的仿真图中J1、J2相当于放置在水中的触点（已含下拉电阻），以获取不同水位的信号，将信号引到CD4066，CD4066芯片是一种双向模拟开关，在集成电路内有4个独立的能控制数字及模拟信号传送的模拟开关。当触点没接触水的时候由470K电阻的下拉作用使的四个开关的控制端为低电平，开关断开。但是当触点接触到水时候，由于水的导电性，使的四个开关导通。

随着水位的升高，CD4066中的虚拟开关逐个开启，把经过水出来后的微弱信号转换成与电源电压相同的电位信号，以驱动发光二极管显示当前水位，水上升到那，对应的发光二极管就发光。将CD4066的5厘米水位的对位信号引到一个异或门的一个脚上，其另外一个脚接高电平，使得5厘米的水位信号反向输出，方向输出的信号再和10厘米水位对应的CD4066的信号经过一或门由三极管放大之后驱动蜂鸣器报警。

数码管显示模块的信号也是来自CD4066，分为十位和个位的显示，由于水位高过10厘米后，10厘米的触点一直在水中，对应的CD4066的10厘米信号也一直处于高电位，因此只需将CD4066对应的10厘米处信号接到十位数码管的