文湖南省湘潭縣第一中學(xué)
高性能水塔水井自動控制器
文湖南省湘潭縣第一中學(xué)何文芝
目前,水塔自動水位控制的電路已很成熟,并且有控制器出售,但如果剖析其中的電路,也會發(fā)現(xiàn)其中仍有需要改進(jìn)的地方。
現(xiàn)介紹一款控制器,在已有電路的基礎(chǔ)上增加很少的零件,就能巧妙地提高控制器的整體性能。
如下圖所示,水塔水位控制部分仍用555電路,由NE555組成的R-S觸發(fā)器,輸出只有兩個狀態(tài)鎖定,這就決定了應(yīng)用于控制中不會出現(xiàn)臨界狀態(tài),輸出符合數(shù)字化的特征。
本電路中R1、R3、R4組成分壓偏置電路,R、S的偏置電壓既不能大于2/3VDD也不能小于1/3VDD,電路的這一特性應(yīng)用于控制電路中是設(shè)計和控制的重要理論基礎(chǔ)。應(yīng)用于水位控制三個觸探電極A、B、C在水塔中的位置如上圖。
水塔中的水處于高水位水滿位置時,電源電極A通過水電阻與B、C電極相連,使R-S觸發(fā)器的R、S端均為高電平,R-S觸發(fā)器輸出端3腳為低電平,通過光電耦合器而使VT1截止,繼電器保持釋放狀態(tài),水泵不工作。當(dāng)水位下降使電極C脫離水位后,雖然NE555的6腳電壓下降了,但它對電路不起觸發(fā)作用,電路仍保持原輸出狀態(tài)。
當(dāng)水位下降使電極B脫離水位后,B電極與電路形成絕緣狀態(tài),即NE555的2、3腳均被懸空,2腳上的電壓遠(yuǎn)低于1/3VDD,R-S觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),輸出端3腳由低電平變?yōu)楦唠娖?,光電耦合?使三極管VT1由截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài),繼電器吸合,繼而啟動中間繼電器和交流接觸器,水泵運轉(zhuǎn)進(jìn)入上水過程。
在上水過程中,水位上升使電極A、B接觸后,通過水電阻與R2將電源電壓加至2腳,使R-S觸發(fā)器的S端出現(xiàn)高電平,但這一高電平對電路不起觸發(fā)作用。
電路保持原狀態(tài),上水過程繼續(xù)。當(dāng)水位進(jìn)一步上升使電極A、C連通后,電源電壓通過水電阻與R1加至6腳,使R-S的S端出現(xiàn)高電平,達(dá)到2/3VDD,這一高電平作為R-S觸發(fā)器的復(fù)位電平,使電路復(fù)位,輸出端輸出低電平,繼電器釋放,水泵停止工作,上水停止。
關(guān)于水井水位高低的控制原理,從電路圖可知,繼電器的吸合需兩個光電耦合器同時處于導(dǎo)通狀態(tài),即NE555的輸出信號都是在水井內(nèi)有水的狀態(tài)下才進(jìn)行。