电子大作业报告书

电子技术大作业报告书

课题名称：水位监测报警器

航空宇航学院 0010101班

2012年6月18日

目录

一、 摘要 . .................................................................................................................................. 3

二、 关键词 . .............................................................................................................................. 3

三、 课题介绍 . .......................................................................................................................... 3

四、 设计方案 . .......................................................................................................................... 4

4.1 流程图................................................................................................................................ 4

4.2 各部分电路 . ....................................................................................................................... 4

4.2.1 信号采集 . ................................................................................................................ 4

4.2.2 放大与整形电路 . .................................................................................................... 4

4.2.3 比较及秒脉冲化电路 . ............................................................................................ 5

4.2.4 计数器及秒脉冲发生器 . ........................................................................................ 6

4.2.5 由555集成器组成的单稳态触发器及JK 触发器.............................................. 6

五、 总电路图 . .......................................................................................................................... 7

六、 实例分析 . .......................................................................................................................... 8

七、 总结分析 . .......................................................................................................................... 9

八、 心得体会 . .......................................................................................................................... 9

九、 参考文献 . ........................................................................................................................ 10

附录 电路总图 . .............................................................................................................................. 11

一、 摘要

本报告主要记录了我们组水位监测报警器的构思、理论分析和心得。 着重讲述了水位监测报警器的实现电路，以及电路中由信号采集、处理、标准化等一系列过程，最终驱动报警指示灯的具体过程，和各部分电路的功能介绍。最终假设了一输入信号的情况下，电路工作情况的分析。

报告结尾为此次大作业的总结与分析以及其他一些相关内容。

二、 关键词

水位监测报警器、三十进制计数器、六十进制计数器、秒脉冲发生器、555集成块

三、 课题介绍

长江中下游流域地区，水系纵横交错，每年夏季梅雨季节水位涨幅很大。每年此时便极有可能发生大大小小的洪水，因此实时的水位监测便很有必要。在以前这一项工作都是人工完成，然而这不仅对监测人员的人生安全构成很大威胁，同时人工监测又难免出现误差以及信息传递耗时，造成情报的延误，以致不能及时采取有效措施，造成极大的生命财产损失。

现如今伴随着电子技术的跨越式发展，由先进的电子设备代替人工的趋势已经不可避免。

此次课题，就是要求设计一水位监测报警器的主要工作电路，以实现水位的监测报警功能。

四、 设计方案

4.1 流程图 信号采集

计数清零

计数清零放大与整形分级比较秒脉冲化Y 30次/min

触发延时

报警

重新计数计数

图4.1 流程图

4.2 各部分电路

4.2.1 信号采集

采用传感器采集水位的高低并转化为电信号。现在市场上一般采用的是超声波传感器等一系列的传感器，在此不是本课题研究重点，不做赘述。

4.2.2 放大与整形电路

传感器将水位信号转换为电信号，此信号一般为几十毫伏，必须加以放大，以达到整形电路所允许的电压，一般为几伏。放大后的信号是不规则的脉冲信号，必须加以滤波整形。

1． 放大电路

由于传感器输出电阻较高，故采用同相放大电路，如图4-2-1所示。

2． 有源滤波电路

采用二阶压控有源低通滤波电路，如图4-2-2所示，作用是去除信号中的高频干扰信号，同时把信号加以放大。

图4-2-1 同相放大电路 图4-2-2 二阶有源滤波电路

4.2.3 比较及秒脉冲化电路

1. 比较电路

如图4-2-3所示，R1、R2、R3为三只大小相同的电阻，当输入信号为1/3Ucc ，2/3Ucc ，Ucc 时，比较器由下至上依次达到正饱和。由于经比较器输出的信号为正负饱和电压，为了满足门电路工作需要，在每一级比较器后面加上一只二极管。

2. 脉冲化电路

将由比较器输出的信号与秒脉冲信号作为输入信号送入二输入与门，将比较器输出的连续的正饱和电压脉冲化，以达到计数器的计数要求。

图 4-2-3 比较及秒脉冲化电路

4.2.4 计数器及秒脉冲发生器

如图4-2-4所示。

1. 六十进制计数器

产生六十秒的脉冲信号，以在555集成器组成的单稳态触发器输出为低电平的时候，对三十进制计数器进行每六十秒清一次零。如图4-2-4所示。

2. 三十进制计数器

对前一级秒脉冲化后的信号进行计数，如果低于30次/min，555集成器组成的单稳态触发器2端输入一直为高电平，则输出一直为低电平，此时六十进制计数器工作，三十进制计数器在其控制下每60s 清一次零。

直到前一级脉冲信号次数大于30次/min，此时555集成器组成的单稳态触发器2端接收到一个低电平脉冲，则输出为高电平，六十进制计数器被强制清零，停止工作，三十进制计数器在自身信号作用下每30s 清一次零，直到前一级脉冲信号次数再次低于30次/min。如图4-2-4所示。

3. 秒脉冲发生器

为了保证基准时间的准确，采用了石英晶体振荡电路。如图4-2-4所示。

4.2.5 此时555集成器组成的单稳态触发器及JK 触发器

1. 555集成器组成的单稳态触发器

当三十进制计数器输出为11110即30时，555集成器接受一个低电平，在适当参数时，产生一个宽度为31s 的高电平脉冲。如图4-2-4所示。

2. JK触发器

当前一级555集成器输出高电平时，JK 触发器置1，三极管导通，报警指示灯L 亮。输入电压达到1/3Ucc 时，L1亮，为一级报警；达到2/3Ucc 时，L1、L2亮，为二级报警；达到Ucc 时，L1、L2、L3都亮，为三级报警。

图 4-2-4 计数器、

五、 总电路图

如图5-1所示，为电路总电路图，图中三个虚线框中的电路相同。

图5-1 电路总图

六、 实例分析

假设有如图6-1所示的输入信号。将与L1、L2、L3相连的555集成器组成的单稳态触发器的输出分别记为Uo1、Uo2和Uo3。

在0~1min的时间内信号大于1/3Ucc 的累计时间不超过30秒，因此Uo1、Uo2和Uo3均为低电平，报警指示灯不亮。

在1~2min的时间内信号大于1/3Ucc 的累计时间超过30秒，但不超过2/3Ucc ，因此Uo1在三十进制计数器输出为三十的时刻变为高电平，但Uo2和Uo3均为低电平，报警指示灯L1亮，L2、L3不亮，一级报警。

在2~3min的时间内信号大于2/3Ucc 的累计时间超过30秒，但不超过Ucc ，因此Uo2在三十进制计数器输出为三十的时刻变为高电平。而此时L1所的电路中，在555集成器组成的单稳态触发器的31s 宽度的高电平脉冲结束的前1s ，它所在电路的三十进制计数器就又一次达到了30，也就是说它又接受了一个低电平脉冲，将继续发出一个31秒高电平脉冲。因此Uo1保持高电平不变，Uo2变为高电平，Uo3为低电平，报警指示灯L1、L2亮，L3不亮，二级报警。

同理可分析在3~4min内，信号大于Ucc 的累计时间超过30秒，因此L1、L2、L3均亮，三级报警。

图6-1 输入信号Ui

七、 总结分析

本次大作业我们组所采取的方案，能够实现水位的分级报警，并且能够一定程度上避免干扰信号对电路工作的影响。例如上一节举的实例中，在三个时间段均有一次大的水位波动，可以认为是大风的影响，相当于干扰信号。但是由于波动存在的时间极短，并不能影响电路的正常工作，因此报警信号灯并不会因为干扰信号的到来而时断时亮，能够稳定工作，延长了它的工作寿命。

但是由于它本身的工作原理以及特点的限制，使它的工作相对于实际水位有一分钟左右的误差，但是相对于实际的水位涨幅来看，并无太大影响。尽管如此，仍然有待改进。比如说小的河道的水位涨幅波动并不如何的厉害，可以将两个计数器的进制适当改小，可以将三十进制改为十五进制，六十进制改为三十进制，即如果输入信号达到每15次/30s 便会报警，看似每秒的平均脉冲次数并未改变，实际是减少了计数时间，但是抗干扰的能力降低，因此只适用于水位波动小的河道。

如上所说，我组方案可以根据河道情况的不同而改变参数，以达到水位监测的目的，具有很强适应性，但是对于大河道的水位监测的延后性却又是一个弊端。

八、 心得体会

通过此次的大作业，让我深刻体会到了电子电路的一般设计方法和设计流程。

首先根据最终的要求，构思电路的大体状况。构思完成以后，按功能需要进行分块，画出流程图。其次根据流程图，对各部分电路进行逐级设计。直到各部分确认完成后，将各部分电路进行相互连接，完成电路的初步设计。

在初步设计完成后，可以试着给电路一个输入信号，安流程图从前至后逐级检查输出，并看其输出是否与设想一致，如果一致则设计无误，如果不一致，则说明设计出错，需要重新考虑，直到最后一级输出无误为止。

最后总体再次检查一遍，看细节是否出错，例如接地、保护电阻等等。此时电路设计工作完成。

然而由于条件所限，不能完成电路的实际搭建，因此电路中可能还有许多搭配和设计错误，毕竟只有实际实践过后才能确定电路的正确性。

九、 参考文献

1. 王勤，任为民等编，《电工电子技术实践与应用教程》，高等教育出版社

2. 董尔令主编，《电子技术》，科学出版社

附录 电路总图

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