“农村家用蓄水池自动供水控制器”的研究

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摘 要 社会的发展与进步，使得人们的生活需求得到了极大的满足，但同时也给我们的生存环境带来不同程度的污染，饮水卫生直接影响人们的身体健康。在广大农村，农民为了能饮用清洁卫生的水，不惜花重金打深水井，并在房顶放置一个容积为2立方米的不锈钢水桶，用高扬程水泵把干净的地下水抽到蓄水桶中供饮用和日常生活用水。但由于没有自动控制装置，存在很多不便。由于蓄水时间长无人守候，经常出现“水满为患”的现象，或者水用完不能及时蓄水，很不方便。设计一款价廉物美的自动控制装置与现有饮水设备构成自动供水系统，实现蓄水池缺水时能自动泵入新鲜的地下水，水满能自动停机的功能，能使用水更方便，更省时省力，提高农民朋友的生活质量。

1）市场上现有液位控制装置价位高，不适合小家庭使用。而已有的蓄水池水位控制装置存在可靠性低；水位探头容易锈蚀而污染水质，影响水质卫生等情况；2）研究方法及步骤。针对上述不足，采用理论分析，实验设计相关控制电路，实验室对比试验，以及投入实际使用等方法，有效解决了水位探头锈蚀，控制器可靠性低等问题，并同时具备电动机欠压保护功能；3）研究过程及实验测试。通过电路设计与组装调试；实验室模型试验检测；用户实际使用步骤，实现研究目标；4）研究结论。

关键词 自动供水；卫生；可靠性

中图分类号TU984.12 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）91-0181-02

在国内，对于实现液位自动控制研究技术已比较成熟，相关的传感器种类很多，列如：超声波液位传感器使用环境有较大的限制，只适用于大型液面液位检测。而压力传感器检测液位误差较大，也不适合家用低水位检测。总之，非接触性液位传感器都是工厂，企业等大型设备的液位控制，成本都很高，一个传感器就高达上千元甚至几千元，不适宜作家用蓄水池水位控制。市场上对家用小型蓄水池水位控制的产品很少，而且技术还不成熟，用浮子进行水位控制可靠性差，触点容易氧化。用接触型不锈钢探头做成的水位传感器在水中会产生电解反应而锈蚀，存在污染水质的问题。本研究旨在寻求一种解决上述问题的方法，进而开发出一种新型家用蓄水池自动供水控制器，满足更实惠.实用的要求。

1研究过程

1.1研究方法

本课题的研究自开题以后，首先进行了理论上的电路设计，并 采用EWb电路仿真软件进行了多次仿真和改进，设计了两套控制电路，一套采用数字门电路作为核心元件，水位传感器采用直流电信号。另一套以晶体三极管为核心元件，水位探头采用交流电信号实现水位监测。交流继电器控制水泵电动机。两套进行对比试验，检测相关数据。

1.2所用材料

1.1kW电动机一台，PVC水管100m，2立方米不锈钢水桶一只，JQX——13F继电器2只，12V直流继电器2只，三极管8050型3只，CD4011一只，12V5W电源变压器2只，1N4007二极管8只，1N4148二极管2只，红色发光二极管4只，1000UF16V电解电容2只，10UF16V电解电容2只，47KΩ四色环电阻4只，1KΩ电阻8只，12V直流小水泵1只，橡胶软管4米等材料，2.0m㎡单股绝缘铜芯线5m，计算机网线抽出3根，取长度20m。

1.3研究步骤

1.3.1控制器电路的装调

根据已设计好的电路原理图，采用万用电路板连线焊接。焊接无误后，通电检测电路中整流桥输出电压应有12V直流电压，电源指示灯和工作指示灯都应亮，继电器吸合。

短接高低水

1.3.2实验室实验及检测

实验方法：用饮水机水桶和塑料桶做成模型，如下图所示：

实验检测：1）水体电阻检测：因为控制装置的水位传感是以水体作为导体，当水位上升或下降时，通过探头对水体的连接和断开产生电信号，经处理后使继电器动作控制水泵电动机工作，从而实现自动供水功能。所以水体电阻的大小，直接影响控制信号的产生和控制信号的强弱，从而影响控制器的可靠性。水体电阻的大小因素，主要与水体中导电离子的含量有关以及金属探头与水体接触的面积及两探头之间的距离等有关。在一个标准大气压，常温下，两探头之间的距离为1m。采用MF47型万用表Rx10K档对不同水体实际测量数据如下 ：

南方地区的地下水大多为弱碱性，水体电阻不大，较易产生电信号；2）控制信号检测。当蓄水池缺水，达到下限水位时水位探头的输出信号电压和电流值，在蓄水时水位达到上限水位时的输出信号值，列表如下：

1.3.3探头在水中的氧化实验

水位探头采用2.0m㎡单股铜芯线在水里面分别在两极之间加上12V的直流电和交流电，30天后观察发现：加直流电的一组产生了很明显的锈蚀，而后者没有明显的锈蚀现象。

1.3.4控制器欠压保护实验

在继电器JQX-13F线包供电回路中串联电阻，调节电阻的阻值，是其最低吸合电压为205V，释放电压为135V，大于电动机堵转电压，当电压不足205V时，继电器不吸合电动机不工作，防止电压过低时电动机过载而烧坏，实验结果表明，在继电器线包电路中串联一只2.7KΩ/1W的电阻即可满足要求。

1.3.5控制器老化试验

自制塑料外壳，其尺寸为：145mm×110mm×8㎜，把全部电路与外壳进行总装后，在70℃的恒温箱里通电72小时，发现继电器驱动三极管击穿，采用优质管后老化试验无故障。

1.4实际使用情况

1.4.1实用系统原理图

1.4.2检测相关指标数据

电动机启动电流：15A

正常工作电流5.5A继电器连续工作1小时温度40℃（室温为25℃）

1.4.3用户反应：满意

1.4.4并已申请国家实用新型专利，已获得专利授权

2结论

通过实验研究与改进基本达到了开题时专家提出的要求，实现了课题研究目标，即有成本低，可靠性高，探头无锈蚀，能实现自动供水且具有欠压保护。

参考文献

[1]张跃.水位自动控制器，2005-04-24（17）：201.

[2]黄晓峰.农村自来水系统方案，2005-04-24（17）：201.