高性能水塔水井自動控制器

何文芝

目前，水塔自動水位控制的電路已很成熟，并且有控制器出售，但如果剖析其中的電路，也會發現其中仍有需要改進的地方。

現介紹一款控制器，在已有電路的基礎上增加很少的零件，就能巧妙地提高控制器的整體性能。

如下圖所示，水塔水位控制部分仍用555電路，由NE555組成的R-S觸發器，輸出只有兩個狀態鎖定，這就決定了應用于控制中不會出現臨界狀態，輸出符合數字化的特征。

本電路中R1、R3、R4組成分壓偏置電路，R、S的偏置電壓既不能大于2/3VDD也不能小于1/3VDD，電路的這一特性應用于控制電路中是設計和控制的重要理論基礎。應用于水位控制三個觸探電極A、B、C在水塔中的位置如上圖。

水塔中的水處于高水位水滿位置時，電源電極A通過水電阻與B、C電極相連，使R-S觸發器的R、S端均為高電平，R-S觸發器輸出端3腳為低電平，通過光電耦合器而使VT1截止，繼電器保持釋放狀態，水泵不工作。當水位下降使電極C脫離水位后，雖然NE555的6腳電壓下降了，但它對電路不起觸發作用，電路仍保持原輸出狀態。

當水位下降使電極B脫離水位后，B電極與電路形成絕緣狀態，即NE555的2、3腳均被懸空，2腳上的電壓遠低于1/3VDD，R-S觸發器翻轉，輸出端3腳由低電平變為高電平，光電耦合器1使三極管VT1由截止狀態變為導通狀態，繼電器吸合，繼而啟動中間繼電器和交流接觸器，水泵運轉進入上水過程。

在上水過程中，水位上升使電極A、B接觸后，通過水電阻與R2將電源電壓加至2腳，使R-S觸發器的S端出現高電平，但這一高電平對電路不起觸發作用。

電路保持原狀態，上水過程繼續。當水位進一步上升使電極A、C連通后，電源電壓通過水電阻與R1加至6腳，使R-S的S端出現高電平，達到2/3VDD，這一高電平作為R-S觸發器的復位電平，使電路復位，輸出端輸出低電平，繼電器釋放，水泵停止工作，上水停止。

關于水井水位高低的控制原理，從電路圖可知，繼電器的吸合需兩個光電耦合器同時處于導通狀態，即NE555的輸出信號都是在水井內有水的狀態下才進行。

原理是：晶體管VT2的基極在水中利用水電阻導通（圖中的C和D接口通過導線連到井下），同時為C2充電。當水位下降到導線電極懸空時，VT2截止，由于C2已充電，此時VT3放電還能維持一段時間，時間的長短取決于電容的容量和放電電流的大小。這里選用的是場效應管，柵極導通需要的電流很小，所以延續的時間長。

延時的作用是防止VT2處于臨界狀態時繼電器反復吸合損壞電機。如果水井水源充足，可不用水井控制裝置，將撥動開關撥到無需控制的位置。DW的作用一是讓VT3有固定的柵電壓，一旦進水水位下降到最低點后，VT2截止，C3向VT3柵極放電，持續一段時間；二是為VT2提供工作電流。