Сведения необходимые для выполнения работы. Описание экспериментальных схем

Обычно в качестве регулятора контроля уровня в резервуаре используется плавающий шарик, поднимающийся или опускающийся в соответствии с уровнем, и, таким образом, управляющий двигателем. Большинство оборудования снабжено только таким регулятором уровня, и не имеет подводного регулятора уровня, что легко может привести к поломке двигателя из-за слишком низкого уровня и отсутствия нагрузки двигателя.

Рис. 12-1 Регулятор уровня

Назначение элементов. Логический элемент НЕ (DD1) инвертирует сигнал, который поступает на вход асинхронного RS-триггера, собранного из логических элементов ИЛИ-НЕ (DD5 и DD3). Два логических элемента НЕ (DD2 и DD4) и RS-триггер выполняют также нормирующую функцию, чтобы обеспечить стабильное открытие транзисторов VT1 и VT2.

Принцип действия RS-триггера.

Триггер — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух или более устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время (скачком).

Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде.

RS-триггер — триггер, который сохраняет своё предыдущее состояние при нулевых входах и меняет своё выходное состояние при подаче на один из его входов единицы.

а) б)

Рис. 12-2 Логическая схема асинхронного RS-триггера:

а - на логических элементах ИЛИ-НЕ; б - на логических элементах И-НЕ

При подаче единицы на вход S (от англ. Set — установить) выходное состояние становится равным логической единице. А при подаче единицы на вход R (от англ. Reset — сбросить) выходное состояние становится равным логическому нулю. Состояние, при котором на оба входа R и S одновременно поданы логические единицы, в некоторых случаях является запрещённым, при такой комбинации RS-триггер переходит в третье состояние Q =00. Одновременное снятие двух «1» практически невозможно. При снятии одной из «1» RS-триггер переходит в состояние, определяемое оставшейся «1». Таким образом RS-триггер имеет три состояния, из которых два устойчивых (при снятии сигналов управления RS-триггер остаётся в установленном состоянии) и одно неустойчивое (при снятии сигналов управления RS-триггер не остаётся в установленном состоянии, а переходит в одно из двух устойчивых состояний).

S	R	Q(t)		Q(t+1)

Работа экспериментальной схемы.

Экспериментальная схема является логической схемой, определяющей высокий или низкий уровень и управляющей работой двигателя; схема также снабжена подводным датчиком уровня для защиты двигателя и исключения его работы без нагрузки. Экспериментальная схема показана на рис. 11-1.

Как показано на рис. 11-1, логический затвор состоит из логических элементов НЕ (HEF4049BP) и ИЛИ-НЕ (HCF4093BE); при подаче верхнего уровня на вход элемента НЕ на его выходе будет нижний уровень; напротив, при подаче нижнего уровня на выходе будет верхний.

Рис. 11-3 Функциональная схема микросхем HEF4049BP и HCF4093BE

Если на один из входов логического элемента ИЛИ-НЕ подается верхний потенциал, на его выходе будет нижний, только подача на оба его входа нижнего потенциала приводит к появлению на выходе высокого уровня. Таким образом, мы можем использовать эти два логических затвора для определения уровня.

Показанный на рис. 11-1 бак (D-E) находится под резервуаром с водой (или общим резервуаром здания), его управляющая схема снабжена двумя логическими затворами НЕ и Q2; бак (А-В-С) -персональный пользовательский резервуар - его управляющая схема снабжена одним логическим затвором НЕ, двумя ИЛИ-НЕ и Q1; так что можно использовать транзистор для управления работой двигателя. Согласно общей теории, если уровень подземного резервуара (или общего резервуара) недостаточен, двигатель не должен работать, что исключает его поломку; при достижении необходимого уровня, насос должен включиться и начать закачивать воду на верхние этажи. Если в верхнем резервуаре уровень воды низкий, а уровень нижнего резервуара достаточен, то двигатель начинает перекачку воды из нижнего резервуара в верхний. Перекачка должна остановиться, когда уровень верхнего резервуара станет достаточным. При падении уровня верхнего резервуара до середины, двигатель должен начинать перекачку, не дожидаясь падения воды в верхнем резервуаре до нижнего уровня. В таком случае, предложенная нами экспериментальная схема хорошо подходит для выполнения данных условий.

На нашей схеме бак (D-E) - это общий резервуар, а бак (А-В-С) -это резервуар верхнего этажа; когда уровень воды в общем резервуаре недостаточен, электроды D и Е не замкнуты, и вход затвора НЕ (3 ножка) находится в нижнем состоянии, а его выход (2 ножка) - в верхнем, так что вход затвора НЕ (5 ножка) находится в верхнем состоянии, а его выход (4 ножка) - в нижнем, поэтому Q2 закрыт и двигатель не работает. Это значит, что независимо от уровня верхнего резервуара двигатель работать не будет; это исключит его поломку, что и было нашей задачей.

Если уровень общего резервуара достаточен, электроды D и Е замкнуты. Тогда выход затвора НЕ (3 ножка) находится в верхнем состоянии, выход (4 ножка) - также в верхнем, a Q2 открыт. В то же время, работает двигатель или нет, будет зависеть от уровня воды на верхнем этаже, что и является нашей целью.

Когда уровень нижнего резервуара достаточен, а верхнего - нет, электроды В и С находятся в нижнем состоянии. Поэтому вход затвора НЕ (14 ножка) находится в нижнем состоянии, выход (15 ножка) - в высоком, что приводит к подаче на один из входов затвора ИЛИ-НЕ (5 ножка) высокого потенциала, но его выход (4 ножка) находится в нижнем состоянии, также приводя к нижнему состоянию вход другого затвора ИЛИ-НЕ (2 ножка), и, так как электрод С (1 ножка) находится в нижнем состоянии, оба входа затвора ИЛИ-НЕ находятся в нижнем состоянии, выход (3 ножка) переходит в верхнее состояние, и Q1 открывается. Так как и Q1 и Q2 открыты, двигатель начинает закачивать воду. (Внимание: если выход 3 ножка верхний, то, возвращаясь на вход другого затвора ИЛИ-НЕ (6 ножка), он переключает его в верхнее состояние).

После того, как вода закачана до уровня электрода В, он переключается в верхнее состояние, но электрод С все еще в нижнем. Когда состояние В изменяется, выход затвора ИЛИ-НЕ переключится в нижнее положение. Но состояние другого затвора ИЛИ-НЕ все еще верхнее, так что состояние выхода затвора ИЛИ-НЕ (4 ножка) не изменится, и двигатель продолжит работу.

Когда уровень воды поднимется до высокого положения, электрод С перейдет в верхнее состояние, вход затвора ИЛИ-НЕ (1 ножка) из нижнего станет верхним, выход затвора ИЛИ-НЕ (3 ножка) также переключится в нижний, и Q1 закроется, останавливая двигатель. Это означает, что верхний уровень воды достигнут и дальнейшая закачка не требуется. (Внимание: нижний выход передается на вход другого затвора ИЛИ-НЕ (6 ножка) и переводит его выход (4 ножка) в верхнее состояние).

При использовании воды, ее уровень опускается ниже верхнего (электрод С), но выше среднего (электрод В). Так как электрод В все еще находится в верхнем состоянии, выход затвора ИЛИ-НЕ также еще верхний. Даже при том, что состояние С нижнее, выход затвора ИЛИ-НЕ (3 ножка) все еще нижний, поэтому двигатель не запускается. Когда уровень воды опускается до электрода В, выход затвора НЕ (15 ножка) становится верхним, выход затвора ИЛИ-НЕ (4 ножка) переключается из верхнего в нижний, а выход затвора ИЛИ-НЕ (3 ножка) - из нижнего - в верхний, Q2 открывается и запускает двигатель, который закачивает воду до верхнего уровня. Этот цикл будет повторяться снова и снова.

Если уровень воды в верхнем резервуаре опускается ниже электрода В, двигатель должен начать закачивать в него воду, но это зависит от уровня воды в нижнем резервуаре - если этот уровень недостаточен, Q2 будет отключен. Независимо от уровня воды в верхнем резервуаре, двигатель не начнет работу, и, таким образом, не будет работать без нагрузки.