大学生创意设计论文-家用水箱水位自动控制.docVIP

家用水箱水位自动控制 [摘要] 水位自动控制电路的作用是根据水位的高低，自动地控制电动机的运行和停机。电机和水位的高低是相互反馈的。这样就可以实现水位自动控制的目的。本文所设计的水位制动控制装置是有以下几部分组成：点击传感、控制电路、驱动电路、直流稳压电源电路和故障报警电路。水位自动控制在一定范围内（如 2 -6 米 ），当水位低至 2 米 时使电机启动，带动水泵上水；当水位升至 6 米 时，使电机停转。出现特殊情况时报警器报警。设有手动按键，便于随机控制，特别对于水箱需定期清洗，才能保持生活用水的卫生与质量。 在具体电路中是采用数字电路与模拟电路相结合、集成电路与分立元件相结合的方法,通过液位电极将水箱水位的高低信号转换成开关数字信号,然后在控制电路和驱动电路的作用下实现对水箱水位的自动控制和故障报警。该电路具有简单、经济、稳定可靠、容易实现的特点,适用于城镇居民楼房,特别是农村住宅楼房生活用水水箱的水位自动控制。同时联系水箱给太阳能热水器供水，从而实现在节约水资源的同时倡导了低碳生活，更加联系此次科普创意创新大赛的举办意义，通过考虑实际生活需要，在设计中提高了公民科学素质，并紧紧围绕社会热点，传播科学，以达到普及科学知识的目的。 [关键词] 水箱水位；自动控制；科普 通过对一些城镇的用水调查发现居民普遍饮用自来水,但供水时间短,主要是白天供水且用水高峰时水压不足,非用水高峰时,有时水压较高。其中80%以上农村乡镇家庭都使用不锈钢水箱贮水来弥补水压不足及停水后的用水问题。在使用水箱过程中,供水水箱存在以下两方面的问题。 　　1.水箱是不透明的不锈钢桶,水箱中的水位情况,外观中看不到,不知何时需要用水泵向水箱中注水，以及水箱放在高处不便于水位观察控制。 2.房顶水箱水位大都未能实现自动控制,时常出现高层楼房断水和水箱溢水事故。通过观察记录得到仅1小时内溢水达0.5吨，这给居民的生活带来了极大的不便,同时也造成了不必要的水资源流失。 针对以上的问题，为了解决经常停水和有效地避免水资源的浪费,节约能源,倡导建设节约型社会。设计了一个适用于城镇居民楼房,特别是农村住宅楼房生活用水水箱水位控制器。 一　设计思想 在水箱水位控制方面,多年来的实践证明,以往的一些常规的检测与控制方法或多或少存在一些问题。本方案设计水箱水位控制器,在水位的检测与转换以及对电机的控制方面进行设计创新[1]。首先,在水位的检测方面,采用了液位电极进行水位检测,避免了采用浮球、杠杆等所带来的卡死、漏水和不稳定等现象,水位检测的可靠性提高;其次, 在驱动电路设计方面,将常用的交流接触器改用双向晶闸管,变过去的有触点控制为无触点控制,克服了触点频繁动作和“打火”带来的后患,延长了控制器的使用寿命，保证了供水安全;第三,在控制电路的设计方面,除了采用光电耦合器件之外,还使用了功耗小、稳定性高的集成芯片 74HC00 和74HC02 。整个电路采用数字电路与模拟电路相结合,集成电路与分立元件相结合,具有成本低、容易实现、控制灵活等优点。 二　控制原理及电路设计 2．1　控制原理 水箱水位控制器是一种新型的实用电路。具体地说,它是一种能够维持水箱水位界于下水位和上水位之间的水位自动控制装置。它包括电极传感、控制电路、驱动电路、直流稳压电源电路和故障报警电路[2]五个部分, 其设计如图1所示。 再结合自动控制原理的相关知识[3]，自动控制的任务是使受控对象的被控量自动地跟随给定值的变化,自动控制系统是由受控对象和控制装置所组成,而控制应具备三种基本功能:测量、计算和执行,这需要相应的元器件来承担,结合设计实际情况需明确下列问题: 1)受控对象:贮水容器中的水; 2)被控量:水位高低; 3)干扰:随机用水造成的扰动; 4)测量元件: 液位电极,将水位高低转变为相应的电位高低; 5)给定值:水位探测点的高低; 6)计算比较:给定值与反馈值的比较; 7)执行机构:驱动水泵装置。 在设计中选择反馈控制方式即按偏差调节的控制系统,可以获得很高的控制精度,如图2所示。从 图中可以看出系统存在一个闭合作用的回路,由于系统是按偏差调节原则设计,所以只要被控量出现偏差。系统就能自行纠正。 图1 电路设计图 图2 按偏差调节的系统原理方框图 基于水箱水位控制的要求,将水箱的上、下两个水位信号转换成两个数字信号送至控制电路实现水位自动控制。这里关键在于这两个信号的引出与转换,该方案中采用的是利用水本身具有微导电性，设置三根液位电极, 以感知水位变化情况。其中液位电极B处于下限水位, 液位电极A处于上限水位, 液位电极C接+5V电源, 液位电极A、液位电极B各通过一个电阻与地相连。 当水箱水位达到或高于上水位时,A、