四、设计所需设备及材料
1、设计所用设备：电脑、电烙铁、单片机最小系统、吸锡器、螺丝刀、万用表、钳子、镊子、焊锡、锉刀、烙铁架、电池；
2、元件清单详见表4-1 水塔水位控制元件清单
表4-1 水塔水位控制元件清单
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 元件 万能电路板 继电器 LED灯 稳压二极管 PNP三极管 光耦 电阻 电阻 电阻 导线 普通单排插针 3、相关元件说明 （1）继电器
本次课程设计的继电器采用松乐SRD-12VDC-SL-C，其相关参数如下所示： 外形尺寸：1５.７*1０.６*1２.４ 额定电压：３－４８ＶＤＣ
线圈于触点间耐压：１５００ＶＡＣ／１ｍ 触点于触点间耐压：１０００ＶＡＣ／１ｍ
触点形式： 1a,1c 触点定额负载：1A 120VAC 3A 250VAC 触点接触电阻：≤50mΩ 线圈功耗： 0.36W,0.45W 吸合电压： ≤75% 释放电压： ≥5%
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具体型号 松乐SRD-12VDC-SL-C IN4007 二极管 EL4N25245 100Ω 300Ω 4.7KΩ 间距2.54MM 1*40P 数量 1块 1个 1只 1只 1只 1个 1只 2只 2只 若干 1条
如图4-1所示，电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈A、B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C（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E，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。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C，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”D。继电器有两股电路，AB为低压控制电路，CE为高压工作电路。
（2）光耦
本次课程设计的光耦型号为EL4N25。电器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用。耦合器一般由三部分组成（如图4-2所示）：光的发射、光的接收及信号放大。电信号由1、2管脚输入，驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后，由4、5管脚输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。
图4-2 光耦管脚图 图4-3 PNP三极管
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（3）PNP三极管
如图4-3所示，在电路中，PNP三极管用作开关，当基极B低电平时，三极管导通，高电平通过，到达光耦。当基极B高电平时，三极管截断，C点为低电平，电路被断开。
（4）稳压二极管
当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。
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五、设计思路及原理分析
水塔水位控制原理图如图2-1所示，图中两条虚线表示正常工作情况下水位升降的上下限警戒水位，在正常供水时，水位应控制在两条虚线代表的水位之间。B点代表下限警戒水位，C点代表上限水位，A接+5V，B、C接地。
图2-1
水塔水位控制系统利用水的导电性，判断相应点电平的变化，依靠单片机控制电机的运转与否，实现水位的平衡。
当水塔水位在下限警戒水位以下或水塔内没有水的时候，B、C两点与A点断开，均为低电平，电机运转为水塔供水。水位上升至B点，此时B点与A点导通，B点为高电平，电机继续运转为水塔供水；水位上升至上限警戒水位C点，此时B、C点与A点导通，均为高电平，电机停转，停止为水塔供水。
如图5-1，用80C51设计一个单片机最小控制系统。其中P1.0接水位下限警戒水位传感器；P1.1接水位上限传感器；P1.2输出经Q0电流放大后接光电耦合器，接通继电器，带动电机控制水泵工作；P1.3输出接LED，当出现故障时LED亮；P1.4输出接蜂鸣器，当出现故障时报警。
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图5-1 水塔水位控制硬件图
两个水位信号由P1.0和P1.1输入，这两个信号共有四种组合状态。如表5-1所示。其中第三种组合（b=1、c=0）正常情况下是不能发生的，但在设计中还是应该考虑到，并作为一种故障状态。
表5-1 水塔水位信号状态表
C(P1.1) 0 0 1 1
B(P1.0) 0 1 0 1 操作 电机运转 维持原状 故障报警 电机停转 - 8 -