謝蘭清

XIE Lan-qing

（廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院， 南寧 530001）

0 引言

水塔作為儲水設(shè)施，廣泛應(yīng)用于農(nóng)村家庭、工廠、城鎮(zhèn)以及市區(qū)高層樓房的儲水及增壓，許多單位還在使用水池水塔供水方式，即用水泵從地面水池向水塔或高位水箱抽水，然后再向用戶供水。筆者利用2塊555時基集成芯片為核心部件設(shè)計水池水塔自動抽水控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有電路簡單、性能穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟實用、狀態(tài)指示直觀的特點?，F(xiàn)向大家介紹本系統(tǒng)的組成、工作原理及制作方法。

1 電路組成

水池水塔自動抽水控制系統(tǒng)的電路組成如圖1所示，圖中555時基集成電路芯片IC1和IC2為系統(tǒng)電路的核心元件。555時基集成電路為數(shù)字—模擬混合集成電路，可產(chǎn)生精確的時間延遲和振蕩，只要改變555集成電路的外部附加元件，就可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用電路。其中多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器是三種典型的應(yīng)用電路。在自動抽水控制系統(tǒng)電路圖中2塊555時基集成電路芯片IC1和IC2都接成施密特觸發(fā)電路。L1、M1、H1分別是高位水塔的低、中、高位三根不銹鋼水位檢測電極；L2、M2、H2分別是地面水池的低、中、高位三根不銹鋼水位檢測電極。如圖2所示為兩塊555時基集成電路的內(nèi)部部分簡圖，繼電器J 作為水泵電機控制線路的低壓控制開關(guān)，分還是合由555時基集成電路的輸出電平控制。如圖3所示為水泵電機控制線路圖，交流接觸器的常開觸點KM串接在主電源電路中，控制水泵電機工作，交流接觸器的線圈通電還是斷電由低壓繼電器J控制。水池水塔自動抽水控制系統(tǒng)整體控制要求是：水池水滿并且水塔水位處于低位時水泵電機啟動抽水，如水池缺水或水塔水滿時水泵電機停止工作。

2 電路工作原理

2.1 水池缺水的情況

當?shù)孛嫠厝彼此坏陀贚2所處的位置）時，L2、M2、H2都懸空，B點的電位UB＞2/3Vcc，經(jīng)過R8C4電路延時10s～15s后，IC2的U2=U6＞2/3Vcc, 則IC2的③端輸出U23為低電平。R8C4延時電路的作用是防止水位波動的干擾，提高抽水控制系統(tǒng)的工作可靠性。從圖2所示的內(nèi)部簡圖中可看出，此時不管IC1⑦腳內(nèi)的三極管狀態(tài)如何，繼電器線圈J都不會有電流通過，交流接觸器線圈KM不通電，常開觸點KM不吸合，故水泵不啟動抽水。同時IC2內(nèi)部⑦腳的三極管飽和導通，發(fā)光二極管V3發(fā)光表示水池缺水。

圖1 控制器電路原理圖

圖2 IC1、IC2內(nèi)部簡圖

2.2 水池水滿的情況

當水池中的水位逐漸升高至H2所處的位置時，L2、M2、H2三根電極都在水中，水的導電電阻大約在10 K～20 K之間，考慮水電阻的影響，此時B點的電位UB=[R10+(R11//R水)]VCC/[R9+ R10+(R11//R水)]＜1/3VCC， 經(jīng)過R8C4電路延時10s～15s后， IC2的U2=U6＜1/3VCC，則IC2的③端輸出 U23為高電平。同時IC2內(nèi)部⑦腳的三極管截止，發(fā)光二極管V3不亮表示水池處于不缺水狀態(tài)。此時水泵是否抽水，由高位水塔的水位狀態(tài)決定。

2.2.1 水塔缺水的情況

當高位水塔的水位低于M1所處的位置時，H1、M1處于懸空狀態(tài)，A點電位UA＞2/3VCC，經(jīng)過R4C1電路延時10s～15s后，IC1的U2=U6＞2/3VCC，則IC1的③端輸出U13為低電平，發(fā)光二極管V1不亮，表示水塔處于缺水狀態(tài)。同時，IC1內(nèi)部⑦腳的三極管飽和導通，故繼電器J有電流通過，交流接觸器線圈KM通電，常開觸點KM吸合，則水泵電機啟動抽水。同時，發(fā)光二極管V2發(fā)光表示處于水泵電機抽水工作狀態(tài)，水塔中的水位將逐漸升高。

2.2.2 水塔水位超過M1低于H1的情況

當水塔中的水位逐漸升高至M1所處的位置時，H1處于懸空狀態(tài)，A點的電位UA=(R2+R3+R水)VCC/(R1+ R2+R3+ R水)的數(shù)值在（1/3～2/3）VCC之間，根據(jù)施密特觸發(fā)電路的回差特性，IC1的③端輸出U13保持低電平的狀態(tài)不變，則水泵電機繼續(xù)維持抽水工作狀態(tài)。

2.2.3 水塔水位超過H1的情況

圖3 水泵電機控制線路圖

當水塔中的水位逐漸升高至超過H1所處的位置（即水滿）時，L1、M1、H1三根電極都在水中，水的導電電阻大約在10K～20K之間?？紤]水電阻的影響，此時A點的電位UA=[R2+(R3//R水)]VCC/[R1+ R2+(R3//R水)]＜1/3VCC， 經(jīng)過R4C1電路延時10s～15s后， IC1的U2=U6＜1/3VCC，則IC1的③端輸出 U13為高電平，發(fā)光二極管V1發(fā)光表示水塔水滿，同時IC1內(nèi)部⑦腳的三極管截止，故繼電器J線圈不通電，水泵電機停止抽水，有效防止了水上滿后四處溢流的現(xiàn)象。

2.3 抽水過程中，水池水位下降的情況

在水泵抽水的時候，如水池水位下降，有以下兩種情況：

2.3.1 水池水位低于H2超過M2的情況

此時，H2處于懸空狀態(tài)，B點的電位UB=(R10+R11+R水)VCC/(R9+ R10+R11+ R水)的數(shù)值在（1/3～2/3）VCC之間，根據(jù)施密特觸發(fā)電路的回差特性，IC2的③端輸出U23保持高電平的狀態(tài)不變，則水泵電機繼續(xù)維持抽水工作狀態(tài)。

2.3.2 水池水位低于M2的情況

此時，M2、H2都處于懸空狀態(tài)，B點的電位UB＞2/3Vcc，經(jīng)過R8C4電路延時10s～15s后，IC2的U2=U6＞2/3Vcc, 則IC2的③端輸出U23為低電平，水泵電機停止抽水。防止水泵在無水情況下持續(xù)工作而損壞電機。

3 元件配置及選型

在本系統(tǒng)電路中，IC1、IC2選用雙極型的NE555時基集成電路芯片比較好，因為雙極型的555時基電路的優(yōu)點是帶負載能力強，抗干擾能力強，可有效防止控制系統(tǒng)受干擾而產(chǎn)生誤動作。繼電器J選用小型12V的繼電器。延時電路中的C1、C4可選用CD26-25-100μF 型號的電解電容，保護二極管V4可選用普通的1N4007型號，其余元件參數(shù)按如圖所示選用。注意制作6根水位探測電極時要采用不銹鋼電極，電極與導線焊接好后要用防水膠布包好以防水銹蝕接頭影響導電性。低位電極L1放置比水塔的出水口高些，L2放置比水池的出水口高些，中位電極M1、M2可分別放與L1、L2水平，高位電極H1、H2放置比水塔、水池的溢出口低。此外，水位探測電極的放置要盡量遠離水塔、水池的入口注水管處，避免水塔、水池注入水時的沖擊擾動致使水位探測電極受擾甚至電極焊接點脫落。

4 結(jié)束語

該系統(tǒng)設(shè)計先進、實用、合理，主要具有以下幾方面的優(yōu)點： 1）能按照使用者的要求，自動控制水池水塔中水位的高低，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的水位自動啟動水泵抽水，達到一定的水位后，自動關(guān)閉水泵停止抽水；2）通過低壓電來控制繼電器，完成對水池水塔供水的自動控制，安全可靠， 無需人工監(jiān)控水塔內(nèi)水位，就可長期自動地給水塔充分供水而保證不會溢出塔外，這樣不僅讓用戶省力放心，而且不會造成水電資源的白白浪費，從而為家庭和社會節(jié)約人力和資財；3）其結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)制造成本不高，而且使用壽命長，可靠性高，操作維修方便。經(jīng)過廣西南寧地區(qū)多家單位實際應(yīng)用，用戶反映該自動抽水控制系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠，完全無須人工參與，使用效果良好。

[1]陳永甫.新編555集成電路應(yīng)用800例[M].北京：電子工業(yè)出版社,2001.

[2]薛文,華明.電子元器件檢測與使用速成[M].福州：福建科學技術(shù)出版社,2005.

[3]彭端.應(yīng)用電子技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社,2001.