小型水塔自動(dòng)抽水控制裝置

目前，廣大農(nóng)村青壯年大都進(jìn)城務(wù)工，留守在家的是那些老弱病殘和小孩，他們?cè)谏钪袝?huì)遇到許多困難，比如生活用水。雖然許多農(nóng)村家庭都有壓水井。但很多情況下因?yàn)樗嫣?，壓起水?lái)十分吃力；有不少家庭在房頂修有小型水塔，用小型單相抽水機(jī)抽水組建自家的“自來(lái)水”系統(tǒng)，但抽水是人工控制的，老人小孩上去不安全。為此，在《通用技術(shù)》課上，我提出了設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)抽水裝置的設(shè)想。在老師的指導(dǎo)下，幾經(jīng)改進(jìn)和完善，設(shè)計(jì)并制作了這個(gè)小型水塔自動(dòng)抽水控制電路。

通過(guò)在十幾個(gè)農(nóng)戶(hù)家近一年的實(shí)際使用，發(fā)現(xiàn)它安全、穩(wěn)定、可靠，完全無(wú)須人工參與，解決了留守在家的老人、小孩的生活用水問(wèn)題，同時(shí)也減輕了在外務(wù)工人員的后顧之憂?，F(xiàn)將該裝置介紹如下。

一、電路原理圖及工作原理

整個(gè)控制裝置的電路原理見(jiàn)圖1。它由水位檢測(cè)、比較輸出、控制執(zhí)行和電源等部分組成。整個(gè)控制電路以LM386為核心組成，LM386本是一塊音頻小功放集成電路，這里用作電壓比較。

電路工作原理：其中，P₁、P₂、P₃是設(shè)置在水塔中且彼此絕緣的三個(gè)水位探測(cè)電極。P₁是最高水位檢測(cè)電極，與電源正極相連，始終呈高電位(9v)。P₂是最低水位檢測(cè)電極，與LM386的反相輸入端相連。P₃是鎖定電極，通過(guò)繼電器的一組常閉觸點(diǎn)與電源相連，當(dāng)觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)呈低電位，閉合時(shí)呈高電位。

當(dāng)合上閘刀開(kāi)關(guān)K以后(正常情況下此開(kāi)關(guān)無(wú)須斷開(kāi))，經(jīng)變壓器B將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為7.5V左右的交流電壓，經(jīng)橋式整流電路(QD)整流、電容C₄濾波后形成約9V的直流電壓為整個(gè)控制電路供電。

開(kāi)始時(shí)，由于水塔中無(wú)水，LM386的同相輸入端(3)經(jīng)R₁與R_p對(duì)電源電壓進(jìn)行分壓后而始終保持一定的電位，但反相輸入端(2)卻由于下拉電阻R₁而保持0電位，故LM386(5)腳輸出高電平(接近電源電壓)，繼電器J₁吸合，常閉觸點(diǎn)JK₁₁斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)JK₁₂閉合，于是，交流接觸器J₂得電吸合，觸點(diǎn)組JK₂₁、JK₂₂閉合，抽水電機(jī)得電工作，給水塔補(bǔ)水。

由于不斷補(bǔ)水，水塔中水位不斷上升，即使P₂沒(méi)入水中，由于P₃懸空，電位為O，電路仍保持這一狀態(tài)不變而繼續(xù)補(bǔ)水，水位繼續(xù)上升。當(dāng)P₁與水面接觸的瞬間，因自然水導(dǎo)電，而使LM386的反相輸入端(2)的電位高于同相輸入端(這一點(diǎn)在電路調(diào)試時(shí)調(diào)定)，于是，LM386翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，繼電器J₂₁失電而釋放，導(dǎo)致JK₁₁閉合，JK₁₂斷開(kāi)，交流接觸器失電釋放，停止補(bǔ)水。

同時(shí)，因JK₁₁。閉合，P₃處于高電位，即使水面退出P₁，仍可通過(guò)P₃來(lái)維持電路目前的狀態(tài)。一旦水面退出到P₂離開(kāi)水面的一瞬間，LM386的(2)腳回到O電位，LM386再一次翻轉(zhuǎn)，JK₁₁斷開(kāi)，P₃又一次懸空，JK₁₂閉合，如前所述，抽水電機(jī)得電進(jìn)行再一次補(bǔ)水，如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)水。

經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的試用，發(fā)現(xiàn)電路工作十分穩(wěn)定可靠，完全無(wú)須人工參與，十分有用!

二、元件選擇、電路調(diào)試及安全注意事項(xiàng)

控制電路的核心元件是一塊LM386集成電路，它本是一塊音頻小功率放大電路，這里用作電壓比較，有一定的輸出，可直接驅(qū)動(dòng)繼電器。J₁用6～9V的直流繼電器，須有兩組常閉常開(kāi)觸點(diǎn)。交流接觸器用250V，容量不小于20A的兩相交流接觸器(家用水泵的功率一般為750W到1KW左右，但考慮到啟動(dòng)電流較大)。電源變壓器是一個(gè)十分重要的元件，因長(zhǎng)期通電工作，雖然電路耗電不大，但也要選用20VA以上的電源變壓器，以確保長(zhǎng)期通電工作而不至于過(guò)熱而損壞，此點(diǎn)十分重要!整流電路用的是全橋，無(wú)特殊要求。電阻用1/4W碳膜電阻即可，阻值見(jiàn)圖注。電容參數(shù)見(jiàn)圖，無(wú)特殊要求。保護(hù)二極管D用1N4007或4148均可。

電路調(diào)試很簡(jiǎn)單，那就是要保證LM386的反相輸入端得電后(不管是通過(guò)P₁還是通過(guò)P₃)，其電位必需高于同相輸入端的電位，這可通過(guò)調(diào)節(jié)R_p來(lái)實(shí)現(xiàn)。

再就是設(shè)置在水塔中的三個(gè)檢測(cè)水位變化的電極P₁、P₂、P₃必須彼此絕緣。同時(shí)，他們長(zhǎng)期設(shè)置在水中，為防止電極因電化學(xué)反應(yīng)而銹蝕，應(yīng)采用碳棒代替。碳棒可從廢舊干電池中取得，但必須用砂紙反復(fù)打磨，用酒精反復(fù)清洗晾干，然后將連接碳棒和控制電路的細(xì)長(zhǎng)絕緣導(dǎo)線一端剝出10cm左右，纏繞在碳棒的一端，再用防水膠粘在一塊玻璃板上。

碳棒纏繞導(dǎo)線的一端應(yīng)用防水膠封牢，不能露出導(dǎo)線的任何金屬部分，碳棒的另一端露在外面，再將三塊粘有探測(cè)電極的玻璃板分別用防水膠粘到水塔內(nèi)部適當(dāng)?shù)牡胤?，即P₁粘到水位的上限位置，P₂粘在水位的下限位置，同時(shí)要保證短暫停電的供水，故建議將P₂設(shè)置在比出水口以上適當(dāng)?shù)牡胤?，P₃粘在水池底即可(對(duì)金屬水塔可不設(shè)置P₃，而將連接P₃的導(dǎo)線直接連在金屬桶的任何地方)。通過(guò)這樣處理后，電極和導(dǎo)線就不容易因電化學(xué)放映而銹蝕了。

電極設(shè)置時(shí)，一定要注意在無(wú)水時(shí)應(yīng)是相互絕緣的，尤其是購(gòu)置的成品金屬小水塔。對(duì)于成品封閉式水塔，其電極的設(shè)置建議將其先粘貼在一根絕緣細(xì)桿上如PVC管上，并在外部確定三個(gè)電極的高度，再由排氣孔或鉆一小孔后插入，再想辦法固定。

(指導(dǎo)老師：閶松茂 楊金耿)