全自動水塔水位控制器論文

1、全自動水塔水位控制器摘要：本文采用分立元件電路實現(xiàn)了水塔水位的自動控制，設(shè)計出一種低成本、高實用價值的水塔水位控制器。采用獨立的電路實現(xiàn)超高、低水位處理，自動控制電機電路。通過低壓交流檢測水塔的水位，轉(zhuǎn)換成信號控制繼電器的關(guān)斷，進而控制水泵抽水，自動完成上水停水的全部工作循環(huán)保證液面高度始終處于較理想的范圍內(nèi)，它結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，靈敏度高，節(jié)約能源顯著，適用于各種高層液體儲存的理想設(shè)備。關(guān)鍵詞：水塔水位繼電器自動前言：隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人們的居住條件日益改善，樓房正在向高層發(fā)展，由于地理位置等各種原因，無法依靠自來水廠供水。為了方便高層樓房的用水，許多家庭自建水塔或蓄水池和水井，用水泵將

2、水井的水送上水塔來解決高層樓房的用水問題。但是，目前大量的對水箱操作是由相應(yīng)的人員進行操作的，通過估測來控制抽水量，這樣的人工方式帶來了很大的弊端，比如水位的控制，時刻監(jiān)控水箱的環(huán)境，夜間的監(jiān)控等等，操作員稍有疏忽無法監(jiān)視水塔上的水位深淺，難以準(zhǔn)確控制水泵的開停，要么水泵關(guān)停過早，造成頻繁開抽水的現(xiàn)象，使水泵壽命縮短；要么忘記關(guān)閘，誰從水塔溢出，這樣就會造成水資源和能源的浪費，甚至導(dǎo)致簡易的監(jiān)則器件損壞，將帶來無法彌補的損失，更嚴(yán)重的會危機到人們的人身安全等。為解決樓宇水塔抽水自動控制問題，我們設(shè)計了一種全自動電子水位控制裝置，水位檢測元件是安裝在水塔水箱里不同高度的三個電極，利用水的導(dǎo)電性能

3、，由于不同水位決定這兩組電極或斷開，將水位變化型號變成點位信號，進而控制水泵抽水，實現(xiàn)自動化滿足人們的要求。1、方案論證方案一：基于單片機的全自動水塔水位控制器。該系統(tǒng)為一個液位控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由控制部分和執(zhí)行部分組成?？刂撇糠职▎纹瑱C最小系統(tǒng)模塊、鍵盤模塊、傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、顯示模塊、電源模塊等。執(zhí)行部分主要由水泵裝置組成。整個系統(tǒng)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集運算，對液位參數(shù)的設(shè)置，對采集數(shù)據(jù)的顯示和水泵裝置的控制。方案二：重錘自動跟蹤水位變化方案即是通過電子開關(guān)控制可逆電機，使兩根測量自動跟蹤水平變化，能夠自動測出每個水位的變化值，能夠提供任意高度的水位信息，反應(yīng)靈敏，測量水位誤差小于1cm，

4、監(jiān)測水位變化幅度范圍大，功耗低，但是控制可逆電機進而控制探針自動跟蹤水位變化的電路復(fù)雜，價格很高，維修不方便，不適合在人們生活中推廣。方案三：基于模擬電路和繼電器的搭建的全自動水塔水位控制器。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。繼電器的種類很多，如電磁繼電器，熱繼電器，混合式繼電器，高頻繼電器，同軸繼電器，固態(tài)繼電器等。在本次設(shè)計中我們用電磁繼電器來實現(xiàn)其控制功能。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，

5、線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。 本次設(shè)計我們選擇了方案三，此方案電路圖構(gòu)成簡單易懂，元器件的價格便宜，性能較穩(wěn)定，操作簡單，具有經(jīng)濟前景。本電路采用分立元件電路實現(xiàn)了對水

6、塔水位的自動控制，設(shè)計出一種低成本、高實用價值的水塔水位控制器。采用獨立的電路實現(xiàn)超高、低水位處理，超高水位處理，自動控制電機電路。2、系統(tǒng)硬件設(shè)計1.總原理圖及工作原理1.1總原理圖：圖一：全自動水塔水位控制器的電子原理圖水位控制器有三根水位測線A、B、C需接往水塔，安裝如圖2所示。 圖二：三根水位測線A、B、C 圖三：三相交流電源的接法1.2工作原理（1）自動控制：1、當(dāng)水塔沒有水時，水位檢測端A,B點均無偏置電壓，Q4、Q1截止，Q3經(jīng)R1偏置導(dǎo)通，繼電器J吸合，啟動水泵電機抽水，同事抽水指示燈LED亮。由于Q3導(dǎo)通使N點點位變低，Q2變?yōu)榻刂埂?、當(dāng)水位上升到B點時，雖然此時Q1得到偏

7、置電壓，但Q2卻是截止的，使Q3仍然保持導(dǎo)通，水泵繼續(xù)抽水。只有在水位上升到A點時，Q4基極得到偏置電壓而導(dǎo)通，Q3因失去基極偏置截止，繼電器失電釋放，水泵停止抽水。Q3截止時，N點電位上升使Q2由抽水中的截止變?yōu)橥Ｖ钩樗畷r的導(dǎo)通。3、當(dāng)水塔水位下降，在水位降離檢測端A時，雖然Q4基極失去偏置電壓而截止，但因檢測端B還有偏置電壓使Q1導(dǎo)通，此時Q2也是導(dǎo)通的，故Q3的基極仍為低電平截止，繼電器不吸合，水泵不抽水。只有水位降至B點以下，電路才重復(fù)上述工作過程，自動啟動水泵抽水。（2）手動控制1、常閉按鈕開關(guān)AN1是手動抽水開關(guān)。當(dāng)水塔水位處于檢測A、B點之間并按下AN1時，Q1基極將失去偏置電壓

8、而截至，Q3由R1得到偏置導(dǎo)通，繼電器J吸合使水泵抽水；2、常開按鈕AN2為手動停止抽水開關(guān)。當(dāng)水位處于檢測端A、B點之間，電機處于工作狀態(tài)時，只要按下AN2，將人為給Q4基極加上偏置電壓使Q4導(dǎo)通，Q3截止，從而使抽水中的水泵停止抽水。2.控制器各電子元件的作用a、D4、D5的作用是抵消Q1、Q2導(dǎo)通時的壓降使Q3能可靠地截止；b、D6、D7是為12V交流電在負半周提供回路，避免檢測電極產(chǎn)生極化；c、Q4和Q1的基極得到的是脈沖偏置C4可將波動輸出出展平經(jīng)Q3控制繼電器工作；d、常閉按鈕開關(guān)AN1是手動抽水開關(guān)，常開按鈕AN2為手動停止抽水開關(guān)；e、J 表示繼電器，控制電機的啟動和停止；3.

9、控制器各電子元件的選型T：電源降壓變壓器，額定電壓：400/230V,為了保證長期通電升溫小，要選用質(zhì)量好的電源變壓器 Q1、Q2、Q3：NPN型三極管，9013 ； D4、D5、：12V型穩(wěn)壓二極管； D1、D2、D3、D6、D7：1N4007型二極管； R1 、R3 、R6、R7、RN：12k歐姆；R2：1.5 k歐姆；R4：56 k歐姆； R10：R11：33 k歐姆； C：470微法/35V；C4：220微法/16V； 水位探頭A、B、C用直徑0.30.5mm的銅絲制作，安裝時極間不能短路及接地；繼電器觸點電流應(yīng)該較大的以帶動交流接觸器工作，交流接觸器可根據(jù)電機容量選擇，水泵電機如是功率小于1.5千瓦的單相電機時，不用交流接觸器僅由繼電器控制電機也能可靠工作。電機功率超過1.5KW時，需加接交流接觸器以保證使用安全，如水泵電機是三相的應(yīng)選用380V交流接觸器，且按圖3接線。3、總結(jié)本文主要創(chuàng)新點是為高樓提出并設(shè)計了一種全自動抽水控制系統(tǒng)，同時具備了手動功能，可以進行人工控制，處理應(yīng)急情況和維修工作，實現(xiàn)了全自動抽水，同時也解決了抽水時水和電不必要浪費的問題?，F(xiàn)代自動化控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)等手段，有助于實現(xiàn)人們家務(wù)勞動和家務(wù)管理的自動化，大大減輕人們家庭生活中的操勞，節(jié)省人們的時間，提高人們的物質(zhì)、文化生活水平。家庭自動化已是人類社會進步的重要標(biāo)志之一。隨著現(xiàn)代科