水位检测电路的设计（模电课设）

一、设计要求与内容

二．设计及原理

1. 直流稳压电源

2. 水位检测电路

三、电路仿真

四、实物测试结果

1.直流稳压电源实物分析

2.水位检测电路

五、仿真结果与实物测试结果对比分析

六、结论

七、收获、体会和建议

摘要

用二极管的基本特性、三极管的基本特性、运算放大器、热敏电阻（或可调电阻）等知识,设计相应的模拟电路,实现一款直流稳压电源、水位检测电路的设计.

Abstract

With the basic characteristics of diode, the basic characteristics of audion, operational amplifier, thermistor (or adjustable resistance) and other knowledge, design the corresponding analog circuit, to achieve a dc regulated power supply, water level detection circuit design.

一、设计要求与内容

题目：水位检测电路的设计

主要内容：

利用二极管的基本特性、三极管的基本特性、运算放大器、热敏电阻（或可调电阻）等知识，设计相应的模拟电路，实现一款直流稳压电源、水位检测电路的设计。

任务要求：

（1）设计并制作一个输入电压为15V（输入电压不分极性），能输出±5V电压的直流稳压电源；

（2）用LED1灯(绿色)做电源指示灯，流过LED灯电流≤10mA；

（3）设计一个+5VDC电源，为数字电路课程设计提供+5VDC工作电源接口；

（4）采用窗口比较器实现当水位在下限以下或上限以上亮LED报警，而当水位适当时点亮绿色LED的功能；

（5）绿色LED 2灯亮时，流过LED灯电流≤10mA；

（6）红色LED灯亮时，流过LED灯电流≤10mA；

（7）实现硬件电路设计、仿真并成功焊接和调试；

（8）电路焊接规范，美观；

（9）撰写项目报告，报告结构完整、排版美观；

（10）答辩思路清晰、论点正确、对设计方案理解深入，问题回答正确。

二．设计及原理

1. 直流稳压电源

在直流稳压电源设计中,由整流电路、滤波电路、稳压电路构成,器件上利用整流二极管 1n4007、电容、三端稳压器 7805 及 7905 构成能输出±5V 的直流稳压电源。

2. 水位检测电路

在水位检测电路设计中,使用一个滑动变阻器的电压模拟水位输入,两个滑动变阻器的电压为窗口比较器 LM393 提供两个阈值电压,LM393 的输出控制 NPN及 PNP 三极管导通,使其达到不同水位时的小灯点亮.

三、电路仿真

（图1）直流稳压电源仿真图

（图2）水位检测电路仿真图

四、实物测试结果

1.直流稳压电源实物分析

通过最终调试，选取 1k 电阻，使电源输出能稳定在±5V，并且指示灯点亮，且电流≦10mA

实物结果分析：
（1）正电压输出端：4.99V
（2）负电压输出端：4.86V
（3）LED 指示灯点亮,并且流过电流为 0.3mA

2.水位检测电路

两个电位器的电压为窗口比较器的输入阈值电压，模拟水位的上下线。我们选取水位下限阈值电压为1V，水位上限电压为3V

实物结果分析：

选择三个水位典型值,0.5V、1.5V、4.0V,测试结果如下。

（1）输入 0.5V 时,低于水位下限,红灯亮,绿灯灭,并且水位异常红色指示灯工作电流为 0.2mA；

（2）输入 1.5V 时,水位适中,红灯灭,绿灯亮,并且水位正常绿色指示灯工作电流为 0.3mA；

（3）输入 4.0V 时,高于水位上限,红灯亮,绿灯灭,并且水位异常红色指示灯工作电流：0.2mA；

五、仿真结果与实物测试结果对比分析

	仿真	实物
正电压	5.0V	4.99V
负电压	4.83V	4.86V
正电压LED指示灯电流	3.0mA	3.0mA
负电压LED指示灯电流	3.2mA	3.0mA

表（1）

对比分析：
实物与仿真都完成了任务要求 4)、5)、6)、7)，但在指示灯工作电流结果上区别较大,可能是实际电路中元件受温度影响或者电路连接本身存在一定电阻,导致电路电位发生变化,但都满足要求 10mA 以下

	仿真	实物
水位低	仅红灯亮	仅红灯亮
水位适中	仅绿灯亮	仅绿灯亮
水位高	仅红灯亮	仅红灯亮
报警指示灯工作电流	10mA	11.9mA
水位正常指示灯工作电流	10mA	11.4mA

表（2）

六、结论

通过改变滑动变阻器模拟水位，用运算放大器比较实时电压和拟定的上下限电压，使红绿LED灯在三种不同情况下亮起，进而实现水位检测的设计功能。焊接电路时检查元器件的好坏和引脚的功能，另外注意焊电路的精密，防止虚焊。

七、收获、体会和建议

在这次模电课设中，我学到了很多东西，同时也悟得了很多道理，书本知识固然重要，但实践能力更加重要，只有两者相结合才能学的更深刻更透彻，以知识引导实践，以实践检验真理。这次课程设计最后顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，在不断检查和探索下，最后游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，必须要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，必须要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事。透过这次课程设计，我体会到了成功的喜悦看着着自己设计的电路在拟定的情况下成功运作，心里十分自豪。这次的课程设计在必须程度上改变了我学习模电这门课程的态度，从最初的认为学它没有什么实际好处，到如今爱上模电学习，并期望能将理论运用到实践，设计出更好更完整的电路设计。我明白了一个人要想做好一件事，就务必具备自信心，耐心，还要有毅力，要胆大心细，要勇于尝试，要手脑并用，最后才能交出一份令人满意的答卷！

元器件清单

元器件名称	主要参数	数量
二极管		6
滑动变阻器	10k	5
LM358		2
电阻1	100	3
电阻2	330	2
电阻3	1k	3
电阻4	10k	1
LED二极管		4
电解电容1	1uF	4
电解电容2	470uF	2
LM7805		1
LM7905		1