通信机房空调水箱自动供水控制电路
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水箱实现自动供水，既能够节省人力，又能避免水满溢出造成水资源的浪费。本文找出一种既简单、又实用的水箱自动供水电路，应用于城镇居民楼房，或是农村住宅楼房生活用水水箱自动供水控制。
水箱自动供水控制，其控制方法很多，例如：用单片机进行控制；用继电器进行控制；浮球控制等。实践表明，这些控制方法或多或少存在一些问题。如稳定性不高、有电磁干扰、电路价格较高等。
综合分析以上分析，找到一种具有成本低、容易实现、控制灵活等优点的水箱自动供水控制电路是必要的，该控制电路采用数字电路与模拟电路相结合，集成电路与分立元件相结合，在水位的检测与转换以及对电机的控制方面也有新的考虑。
1.控制原理与电路设计
该电路原理简单，通过水箱中水位检测器检测水箱中的水位，并及时把该水箱水位的高、低以信号的形式传递给控制电路，控制电路与驱动电路相连，当水箱中水位低于最低水位检测器时，控制电路控制驱动电路带动水泵抽水；当水箱中水位位于最低水位检测器之上与最高水位检测器之下时，水泵应处于保持状态；当水箱中水位高于最高水位检测器时，控制电路应控制驱动电路使水泵停止抽水。
1.1控制原理
本水箱自动供水控制电路是一种经济实用的控制器。具体地说，它是一种能够维持水箱水位界于下水位和上水位之间的水位自动控制装置。它包括水位传感器、控制电路、驱动电路、直流稳压电源电路4个部分，其结构如图1所示。
水箱中水位分为上水位与下水位两档，当水箱中的水位低于下水位时，水位传感器将此信号传递给控制电路，控制电路控制水泵，应启动水泵供水；当水箱中的水位高于上水位时，水位传感器将此信号再次传给控制电路，控制电路此时控制水泵应停止水泵供水。在这里最值得注意的是当水处在最高水位与最低水位之间时水泵的工作状态：在水泵抽水时，水位处于高位传感器和低位传感器之间时，水泵应继续抽水；而当水泵不抽水时即水箱中水位在下降过程中，水位处于高位传感器和低位传感器之间时，水泵应仍处于不工作状态。
基于这一要求，将最低水位信号和最高水位信号转换成两个数字信号送至控制电路，控制电路通过控制动驱动电路，使水泵自动抽水或停止抽水，实现水位自动控制。这里关键在于这两个水位信号的引出与转换，该方案中采用的是稳定性高、经济实用的晶体管和逻辑集成电路。当水箱水位达到或高于上水位时，高、低两个检测探头输出都为高电平信号，此时水箱中水已满，应该使水泵停止供水；当水箱中水位低于下水位时，高、低两个检测探头输出均为低电平信号，此时水箱中水快用完，应该使水泵进行供水；如果高位传感器输出低电平信号，低位传感器输出高电平信号，即水箱中水位处于最高水位与最低水位之间，此时根据使用要求应该让水泵处于保持状态，即当水箱中水位处于下降阶段时，水泵仍然处于不工作状态；当水箱中水位处于上升阶段时，水泵应保持继续抽水的状态。
根据以上对控制原理的分析，可将水位传感器和水泵的工作状态总结为四种情况，其逻辑要求归纳如表1所示。其中第四种情况不会出现，但是一旦电路故障出现这种情况时，设计中让水泵关闭。
表1 逻辑要求
1.2水位传感电路
本电路采用三极管检测水位的高低，给出高低电平信号，同时用LED（发光二极管）来显示水位的高低，图2为水位传感器电路图，共有两个发光二极管，如果发光二极管全部亮，表示水箱中的水已充满。在水箱中有两个检测探头，5V电源送到水箱底部的水中，两个C1815三极管分别连接到水箱中的低、高的个水位检测器。最低水位探头它是水箱中储存水的最低水位，最低水位探头连接到一只晶体管的基极，其集电极连接到5V电源，发射极连接到LED1；最高水位探头连接到另一只晶体管的基极，其集电极连接到5V电源，发射极连接到LED2。晶体管只要得到基极电流，就会导通并点亮相应的发光二极管（LED1、LED2）。由于生活用水有一定的导电能力，当水箱中的水到达最低水位B时，最低水位探头便通过水的导电获得电源电流，此时下端晶体管导通，LED1点亮；当水位上升到水箱的最高水位A时，上端晶体管也导通，LED1与LED2同时点亮；发光二极管点亮的状态，就能知道水箱中的水位情况，更有利于工作人员的管理，发光二极管应安装在容易监视的位置。改变探头A和B的高度可调节两个控制水位的高低，但应注意各个水位探头之间必须绝缘，避免水位检测失灵。
当LED亮时为高电平，将LED1 和LED2接到控制电路上，这样LED1和LED2就相当于低位传感器和高位传感器。表2给出发光管与水位关系。
表2 LED与水位关系
1.3控制电路
以LED为核心的检测电路将水位信号转换为0或1数字信号后，直接送给四2输入与非门集成芯片CC4011的输入端。右边两个与非门组成基本RS触发器，驱动信号从基本RS触发器的Q端输出。它们之间的逻辑关系和水泵工作状态可用表3进行描述。
注：表中AB=10，不会出现，设计为了保险起见，一旦出现此情况，让水泵关闭。根据表3中逻辑关系，可求出和的表达式，并通过化简得：=，= 从而可设计出控制电路如图4所示。
以上设计也可以采用其它数字电路进行，如：采用或非门设计也可以，只要满足表3逻辑关系就可以。
1.4驱动电路
驱动电路作为整个电路的中心部分，其稳定性和可靠性一定要很高。电路如图5所示，驱动电路主要由BTA20双向晶闸管等组成。双向晶闸管的触发信号由光电耦合电路提供。驱动电路工作原理如下：
RS触发器Q端的输出信号通过R1接至发光二极管LED的阴极，当触发器Q端输出低电平0时，发光二极管LED导通并发光；同时通过光电耦合器MOC3021给双向晶闸管提供一个触发信号，双向晶闸管导通，水泵电机得电而运转。当RS触发器Q端输出高电平1时，发光二极管不导通并停止发光，光电耦合器MOC3021不提供触发信号，双向晶闸管不导通，水泵电机失电而停止运转。发光二极管LED用作水泵电机工作状态指示。本驱动电路需要注意的是，若水泵的功率较大，则可控硅的最大电流也需加大，如选60A的可控硅等。
1.5稳压电路
前面设计的光电转换电路、控制电路、驱动电路等都需要有稳定的直流电源才能工作。所以本方案中设计了能输出5V电压的直流稳压电源电路。该电路由电源变压器、整流硅桥、滤波电容、三端集成稳压器组成，如图6所示。该设计的控制电路电流较小，所以，直流5V电源也以用6V干电池供电，不影响控制效果。
图6 直流稳压电源电路
2.小结
本水箱自动供水控制电路具有结构简单、工作可靠、价格低廉（大约20元成本）的特点。在电路元器件正确选择、正确安装后，无需调整即可正常运行。实践表明，系统运行以后工作稳定可靠，抗干扰能力强，能有效地实现水箱自动供水控制。本装置在元器件参数提高以后也可以推广到水塔自动供水控制。