通信機房空調水箱自動供水控制電路

水箱實現自動供水，既能夠節省人力，又能避免水滿溢出造成水資源的浪費。本文找出一種既簡單、又實用的水箱自動供水電路，應用于城鎮居民樓房，或是農村住宅樓房生活用水水箱自動供水控制。

水箱自動供水控制，其控制方法很多，例如：用單片機進行控制；用繼電器進行控制；浮球控制等。實踐表明，這些控制方法或多或少存在一些問題。如穩定性不高、有電磁干擾、電路價格較高等。

綜合分析以上分析，找到一種具有成本低、容易實現、控制靈活等優點的水箱自動供水控制電路是必要的，該控制電路采用數字電路與模擬電路相結合，集成電路與分立元件相結合，在水位的檢測與轉換以及對電機的控制方面也有新的考慮。

1.控制原理與電路設計

該電路原理簡單，通過水箱中水位檢測器檢測水箱中的水位，并及時把該水箱水位的高、低以信號的形式傳遞給控制電路，控制電路與驅動電路相連，當水箱中水位低于最低水位檢測器時，控制電路控制驅動電路帶動水泵抽水；當水箱中水位位于最低水位檢測器之上與最高水位檢測器之下時，水泵應處于保持狀態；當水箱中水位高于最高水位檢測器時，控制電路應控制驅動電路使水泵停止抽水。

1.1控制原理

本水箱自動供水控制電路是一種經濟實用的控制器。具體地說，它是一種能夠維持水箱水位界于下水位和上水位之間的水位自動控制裝置。它包括水位傳感器、控制電路、驅動電路、直流穩壓電源電路4個部分，其結構如圖1所示。

水箱中水位分為上水位與下水位兩檔，當水箱中的水位低于下水位時，水位傳感器將此信號傳遞給控制電路，控制電路控制水泵，應啟動水泵供水；當水箱中的水位高于上水位時，水位傳感器將此信號再次傳給控制電路，控制電路此時控制水泵應停止水泵供水。在這里最值得注意的是當水處在最高水位與最低水位之間時水泵的工作狀態：在水泵抽水時，水位處于高位傳感器和低位傳感器之間時，水泵應繼續抽水；而當水泵不抽水時即水箱中水位在下降過程中，水位處于高位傳感器和低位傳感器之間時，水泵應仍處于不工作狀態。

基于這一要求，將最低水位信號和最高水位信號轉換成兩個數字信號送至控制電路，控制電路通過控制動驅動電路，使水泵自動抽水或停止抽水，實現水位自動控制。這里關鍵在于這兩個水位信號的引出與轉換，該方案中采用的是穩定性高、經濟實用的晶體管和邏輯集成電路。當水箱水位達到或高于上水位時，高、低兩個檢測探頭輸出都為高電平信號，此時水箱中水已滿，應該使水泵停止供水；當水箱中水位低于下水位時，高、低兩個檢測探頭輸出均為低電平信號，此時水箱中水快用完，應該使水泵進行供水；如果高位傳感器輸出低電平信號，低位傳感器輸出高電平信號，即水箱中水位處于最高水位與最低水位之間，此時根據使用要求應該讓水泵處于保持狀態，即當水箱中水位處于下降階段時，水泵仍然處于不工作狀態；當水箱中水位處于上升階段時，水泵應保持繼續抽水的狀態。

根據以上對控制原理的分析，可將水位傳感器和水泵的工作狀態總結為四種情況，其邏輯要求歸納如表1所示。其中第四種情況不會出現，但是一旦電路故障出現這種情況時，設計中讓水泵關閉。

表1 邏輯要求

1.2水位傳感電路

本電路采用三極管檢測水位的高低，給出高低電平信號，同時用LED（發光二極管）來顯示水位的高低，圖2為水位傳感器電路圖，共有兩個發光二極管，如果發光二極管全部亮，表示水箱中的水已充滿。在水箱中有兩個檢測探頭，5V電源送到水箱底部的水中，兩個C1815三極管分別連接到水箱中的低、高的個水位檢測器。最低水位探頭它是水箱中儲存水的最低水位，最低水位探頭連接到一只晶體管的基極，其集電極連接到5V電源，發射極連接到LED1；最高水位探頭連接到另一只晶體管的基極，其集電極連接到5V電源，發射極連接到LED2。晶體管只要得到基極電流，就會導通并點亮相應的發光二極管（LED1、LED2）。由于生活用水有一定的導電能力，當水箱中的水到達最低水位B時，最低水位探頭便通過水的導電獲得電源電流，此時下端晶體管導通，LED1點亮；當水位上升到水箱的最高水位A時，上端晶體管也導通，LED1與LED2同時點亮；發光二極管點亮的狀態，就能知道水箱中的水位情況，更有利于工作人員的管理，發光二極管應安裝在容易監視的位置。改變探頭A和B的高度可調節兩個控制水位的高低，但應注意各個水位探頭之間必須絕緣，避免水位檢測失靈。

當LED亮時為高電平，將LED1 和LED2接到控制電路上，這樣LED1和LED2就相當于低位傳感器和高位傳感器。表2給出發光管與水位關系。

表2 LED與水位關系

1.3控制電路

以LED為核心的檢測電路將水位信號轉換為0或1數字信號后，直接送給四2輸入與非門集成芯片CC4011的輸入端。右邊兩個與非門組成基本RS觸發器，驅動信號從基本RS觸發器的Q端輸出。它們之間的邏輯關系和水泵工作狀態可用表3進行描述。

注：表中AB=10，不會出現，設計為了保險起見，一旦出現此情況，讓水泵關閉。根據表3中邏輯關系，可求出和的表達式，并通過化簡得：=，= 從而可設計出控制電路如圖4所示。

以上設計也可以采用其它數字電路進行，如：采用或非門設計也可以，只要滿足表3邏輯關系就可以。

1.4驅動電路

驅動電路作為整個電路的中心部分，其穩定性和可靠性一定要很高。電路如圖5所示，驅動電路主要由BTA20雙向晶閘管等組成。雙向晶閘管的觸發信號由光電耦合電路提供。驅動電路工作原理如下：

RS觸發器Q端的輸出信號通過R1接至發光二極管LED的陰極，當觸發器Q端輸出低電平0時，發光二極管LED導通并發光；同時通過光電耦合器MOC3021給雙向晶閘管提供一個觸發信號，雙向晶閘管導通，水泵電機得電而運轉。當RS觸發器Q端輸出高電平1時，發光二極管不導通并停止發光，光電耦合器MOC3021不提供觸發信號，雙向晶閘管不導通，水泵電機失電而停止運轉。發光二極管LED用作水泵電機工作狀態指示。本驅動電路需要注意的是，若水泵的功率較大，則可控硅的最大電流也需加大，如選60A的可控硅等。

1.5穩壓電路

前面設計的光電轉換電路、控制電路、驅動電路等都需要有穩定的直流電源才能工作。所以本方案中設計了能輸出5V電壓的直流穩壓電源電路。該電路由電源變壓器、整流硅橋、濾波電容、三端集成穩壓器組成，如圖6所示。該設計的控制電路電流較小，所以，直流5V電源也以用6V干電池供電，不影響控制效果。

圖6 直流穩壓電源電路

2.小結

本水箱自動供水控制電路具有結構簡單、工作可靠、價格低廉（大約20元成本）的特點。在電路元器件正確選擇、正確安裝后，無需調整即可正常運行。實踐表明，系統運行以后工作穩定可靠，抗干擾能力強，能有效地實現水箱自動供水控制。本裝置在元器件參數提高以后也可以推廣到水塔自動供水控制。