家庭蓄水箱系統的設計

屈趙燕（山西農業大學 信息學院,山西 晉中 030800）

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家庭蓄水箱系統的設計

屈趙燕
（山西農業大學 信息學院,山西 晉中 030800）

摘 要：本次設計的包括蓄水箱的自動上水以及水位報警兩大部分，系統設計分為智能和手動兩個部分：智能澆水的部分是通過單片機的程序設定蓄水箱的上、下限值，當低于下限值的時候，單片機輸就出一個相應的信號控制電磁閥打開，開始蓄水；手動澆水的部分是單片機從時鐘芯片DS1302中讀入月份和每日的實時時刻，通過軟件中的程序來設定定時蓄水的時間和蓄水的量。蓄水箱自動上、下水和水位報警均采用純硬件電路控制，實現水箱水位實時監測、自動上、下水及水位上下限報警的功能。

關鍵詞：系統的設計；蓄水箱；家庭蓄水箱系統

1 前言

夏季炎熱高溫，植物蒸騰作用強烈，十分容易導致蔬菜枯萎，從而頻繁澆水成為了都市陽臺種菜人的苦惱。所以發明了一種“蓄水箱”的辦法來種植，達到很好效果，在自家陽臺種出了多個香甜的西瓜。水箱由水箱體、水箱蓋、進水孔、出水管、排放閥、溢流孔組成。本蓄水箱可節約用水，節約水費，減輕城鎮供水的負擔。而且裝卸方便，適用面廣。

2 系統的設計

蓄水箱中自動供水系統最主要的核心對象便是控制水泵的開與關，蓄水箱的蓄水量指的就是它的容積［1］。接下來我對水位的五種情況進行說明：

（1）正常狀態在下限C-上限D之間；（2）當水位在低于下限C點的時候，水泵就已打開，然后開始進水；（3）當水位在高于上限D點的時候，水泵便停止進水；（4）當水位在低于下限C點而達到最低閥值B點的時候，報警電路接通開始工作，必須要人為的來打開水泵的閥門；（5）當水位高于D點且沒有到最高閥值E點的時候為上限報警，必須要人為的來關閉水泵的閥門。

2.1 系統硬件組成

蓄水箱的自動供水裝置組成包括555定時器、蜂鳴器、與非門電路、導電率探頭以及放大器等等。

（1）導電率探頭。把一個金屬探頭懸吊在一個盛水的開式水箱上，在電路中串聯電流表之后施加電壓便可以看到：金屬探頭如果全部浸到水里，此時電路中就會有電流通過，然而當導電探頭全部離開水箱的水面的時候，電路中的電流就自動消失［2］；（2）555定時器。555定時器成本較低，性能十分可靠，在這次的設計中它為控制蜂鳴器的作用并不是起定時的作用。555定時器它不僅功耗小，并且提供兩個基準電壓VCC/3和2VCC/3［3］；（3）蜂鳴報警器。蜂鳴器是一種可以發出聲音訊號的電子設備，它有兩種類型：分別是壓電式和電磁式的蜂鳴器。這次設計采用的是電磁式蜂鳴器。三極管把這個電磁式的蜂鳴片與555定時器連接起來，這樣便可以使蜂鳴器振動發出聲響，可以在系統中用來報警。

2.2 系統電路連接

蓄水箱自動供水系統的硬件連接框圖如下1所示，這個系統的額組成部分包括誤動作判斷電路、水位監測電路、報警電路、電機開或關和水位控制電路等等。

根據圖1我做詳細的介紹：（1）水位正常狀態C-D中間的時候，則BCDE這4個導電探頭的邏輯電平是0011；（2）當水位處在B-C中間的時候，則BCDE邏輯電平是0111，水箱開始進水；（3）當水位處在D-E之間的時候，則BCDE邏輯電平是0001，水箱停止進水；（4）當水位小于B點或大于E點的時候，則BCDE邏輯電平是1111/0000。這說明電路不在正常狀態。水箱的報警系統就開始工作了。在這個情況的時候就需要人為的手動關閉報警的裝置并啟動或閉合控制電機。

2.3 參數計算

在蓄水系統中水位四個指示燈中流入三極管中T1、T2、T3、T4里集電極中的電流值：IC=10mA，計算公式為：

得RC=350Ω；取β=100，則IB=IC/β=10mA/100=0.1mA因此RB=VCC/IB=10KΩ。但是在現實的調節中，因為它的電阻值比較小，故選取RB=15KΩ。

水箱水位控制系統的外觀正視圖，它包括電源指示燈、報警確認燈、水位指示燈以及報警確認開關等部件組成。當接通電源時，指示燈就變亮，當水箱中水深為不同位置時，水位指示燈B、C、D、E狀態也不同，分為以下5種狀態：（1）當水位處于B-C之間，指示燈B滅，C、D、E亮，水泵打開閥門進水；（2）當水位保持在C-D之間，指示燈B、C滅，D、E亮，保持狀態，即保持進水；（3）當水位保持在D-E之間， B、C、D三個指示燈全部熄滅，指示燈E亮，停進狀態，這時水泵不工作；（4）當水位在E點以上的時候，B、C、D、E四個指示燈全部熄滅，水泵停止工作，報警電路開始溢出報警，即上限報警；（5）當水位小于B點的時候， B、C、D、E四個指示燈全部亮，報警電路開始報警，即下限報警。

報警電路設計的是人為進行控制，當人們去按下這個報警確認開關的時候，蜂鳴器便不再響。此時，報警確認燈亮起。當我們處理完電路出現的故障時，在按一下報警開關確認鍵，顯示報警電路復位，恢復其檢測電路故障的功能。經檢測后，水箱的水位控制器符合設計的預定要求。

這個設計方案采用的是純硬件電路設計，這樣可以避免在軟件程序設計中的其他那些比較不穩定的因素，提高了實際運用中的可靠性。

3 總結

家庭自動蓄水箱，屬于一種家用儲水裝置。它是利用連通器原理，將進水箱直接接入自來水管路中，實現自動蓄水。雖然設計系統較為簡單，同時系統中還有一些不完善的地方，在下次設計時用根據實際情況來設定，特定的情況下要根據不同情況進行比較，挑選最為經濟、安全和實用的方法。要做到再設計當中不僅僅是可行就可以，要在各方面都做到最優化的效果。

參考文獻：

［1］王芳琴.單片機控制的節水灌溉系統的研究［J］.華中農業大學.

［2］頂軻軻.自動測量技術［M］.北京：中國電力出版社,2004.

［3］李光弟.單片機基礎［M］.北京航空航天大學出版社。

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.204