水塔自动控制电路设计
一，绪论
现今社会，自动化装置无所不在，在控制技术需求的推动下，控制理论本身也取得了显著的进步。水塔水位的监测和控制，再也不需要人工进行操作。实践证明，自动化操作，具有不可替代的应用价值。水塔水位自动控制器，具有适应各种液体液位的检测和控制的功能，设计中分析了利弊，考虑了各种液体的阻值大小，是可以投入实际生产的产品。本文实现了在恶劣的条件下能自动调节水位高低、手动解除报警装置、检测探头好坏的水塔水位控制器.同时,通过调节电位器中的阻值,该控制器能够适应多种液体液位的检测。
二，系统方案
水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点，而自动控制原理，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，保持水压恒定以满足用水要求，从而提高了供水系统的质量。而且成本低，安装方便，经过多次实验证明，灵敏性好，是节约水源，方便家庭和单位控制水塔水位的理想装置，水塔水位控制系统采用交流电压检测水位，水位低于下限B点水位时，水泵抽水，水位达到最高水位线D时，水泵停止抽水，水位降低到最低水位线B以下时，恢复运行抽水，从而实现自动控制。
该系统采用分立元件电路实现了水塔水位的自动控制，设计出一种低成本、高实用价值的水塔水位控制器。采用分立的电路实现超高、低水位处理，自动控制电机电路。它能自动完成上水停水的全部工作循环，保证液面高度始终处于较理想的范围内，它结构简单，制造成本低，灵敏度高，节约能源显著，是用于各种高层液体储存的理想设备。
三，系统设计
① 设计分析
水塔水位自动控制系统主要完成的功能是对水塔水位的自动控制及检测.本文拟通过4 个探头对水塔水位进行采样,分析采集的水位信号,控制电机水泵的开启、停止,实现水位的调节.4 个探头分别用B、C、D、E 表示,放置在水塔中,如图1 所示.4 个探头采集的水位信号通过T TL 电路判断输出,可以判断水塔内水位的高度.水位允许在已设置的上、下水位范围内变化.即水位高度正常情况应控制在C、D 之间,如图1 (a) ;
1 当水位低于C 点、高于B 点时,电机启动,带动水泵工作,进水阀门打开,水塔内处于进水状态,如图1 (b) ;当水位高于D 点时、低于E 点时,电机关闭,水泵停止工作,关闭进水阀门,水塔内处于停进状态,如图1 (c) ;当水位低于C 点并到达B 点时,就发出C 探头故障报警,采取手动启动电机,如图1 (d) ;当水位超过D 点并到达E 点时,发出D 探头故障报警,采取手动关闭电机,水位从溢流口流出,如图1(e)
② 系统框图
为了精确地实现对水位的控制,必须建立闭环控制系统.根据水塔中的进、出水的水位可以自动控制水泵运行与停止,使水位处于动态的平衡状态.控制系统主要分为水位的模拟检测和逻辑判断部分.如图2 所示,模拟检测部分测量的是B、C、D、E 4 个探头相对于A 点(即地) 电位的高低.这就相当于一个可变电阻,4 个探头与地之间的不同距离对应了可变电阻不同的阻值.当水位高低发生变化时,对应的电阻值不同,通过逻辑判断,就得到不同的输出逻辑判断的输出电路一部分用来控制电机的关闭与开启,另一部分用来检测系统故障,并发出报警声。
2 四，电路设计
① 工作原理
水塔供水系统的工作原理图如图3所示,包括水位检测电路,误动作判断电路,水位控制电路,电机开启或关闭电路和报警电路.水位正常情况下应保持在C、D 范围之间, 此时, B、C、D、E 4 个探头的逻辑电平为0011 ,水塔水位处于保持状态; 当水位低于C点,处于B、C 之间时,B、C、D、E 4 个探头的逻辑电平为0111 ,水塔水位处于进水状态;当水位高于D 点, 处于D、E之间时, B、C、D、E 4 个探头的逻辑电平为0001 , 水塔水位处于停进状态; 当水位低于B 点或水位高于E 点, B、C、D、E 4个探头的逻辑电平为1111 或0000 时,表明控制水位变化的电路出现了故障, 水塔水位的报警电路开始工作, 产生下限报警或上限报警, 即低报和高报.此时,需要工作人员手动关闭报警设备并开启或闭合控制电机。
图3 水塔供水系统的工作原理图
3 ② 参数计算
水位指示灯部分:令流过三极管T1 , T2 , T3 , T4 集电极的电流IC 为10mA , 因为IC = (V CC - 1.5) / RC= 10mA , 得RC = 350Ω; 取β= 100 ,则IB = 10mA/ 100 = 0.1mA , 所以, RB = V CC/ IB = 10kΩ.但是在实际调试中,电阻值过小, 选择RB = 15kΩ 才合适。
③ 水塔水位控制器
水塔水位控制器的测试图4 为水塔水位控制器的外观正视图,由电源指示灯、报警确认灯、水位指示灯以及报警确认开关组成.接通电源时,电源指示灯亮,当水塔中水深处于不同位置时,水位指示灯B、C、D、E 状态不同.(1) 当水位处于B 点之下,指示灯B、C、D、E 全亮,报警电路开始报警,即下限报警.(2) 当水位处于B、C 之间, 指示灯B 灭, C、D、E 亮，水泵开始进水.(3) 当水位处于C、D 之间, 指示灯B、C 灭, C、D 亮,保持状态,即保持进水.(4) 当水位处于D、E 之间, 指示灯B、C、D 灭, E 亮,停进状态,即水泵不工作.(5) 当水位处于E 点之上,指示灯B、C、D、E 全灭,水泵不工作,报警电路开始溢出报警,即上限报警.(6) 报警电路可以手动关闭,只要按下报警确认开关,就可以解除报警的蜂鸣声.此时,报警确认灯亮起.处理完故障时,必须关闭报警确认灯,报警确认电路复位,恢复其监测故障的功能.经过检测,水塔水位控制器完全符合预定要求,完成所设定的工作任务.
图4 水塔水位控制器外观图
五，实验验证
本文采用纯硬件电路设计水塔水位控制系统,避免了复杂设计中的不稳定因素,降低了生产成本,提高了实用价值.同时,对于不同类型的液体,此系统具有良好的兼容性.当水塔中液体改变时,只需要将电位器中的阻值和该液体的阻值调节到一个数量级上就可以很方便地实现此液体的水位控制操作 .实验证明,此水塔水位控制器不仅实现了对水塔水位的精确控制,而且,更具有工业生产的实用性.但是,如果探头B、C,或者探头D、E 同时发生故障,水塔水位控制器中的检测部分就不能识别出来,这是使用时应该注意的.所以,在使用过程中需要定期检测探头是否发生故障.六，结束语
运用简单、可靠的设计思路来实现性价比合理的水塔水位控制器.经过实验测试,该系统在运行期间稳定性高,完全实现了自动调节水位高低、手动解除报警装置、检测探头好坏等功能,是可以投入生产的水塔水位控制器。
通过本次课程设计，我对传感器的应用有了更加深刻的理解，也对它的应用范围之广感到惊奇，我相信在我以后的生活中，对身边的事物也会明白的更深更多，这次设计，真的让我受益匪浅。
七．参考文献
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