小型水塔自动抽水控制装置 水塔自动抽水控制器

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目前，大多数农村的青壮年都前往城市工作，留下来的通常是老人、小孩和体弱者，他们在日常生活中经常会遇到各种困难，其中就包括获取生活用水。尽管许多家庭拥有手动压水井，但在水面较深时，使用起来非常费力。还有一些家庭在水塔上安装了小型单相抽水机，以建立自家的“自来水”系统，但目前需要人工来控制抽水，对于老人和小孩来说，这样做很不安全。因此，在《通用技术》课上，我提出了设计一个自动抽水装置的想法。在老师的指导下，经过多次改进和完善，我制作了这个小型水塔自动抽水控制电路。
经过在十几户农家一年的实际应用，这个装置表现出了它的安全性、稳定性和可靠性，完全不需要人工干预，成功解决了留守人员的生活用水问题，同时也减轻了外出务工人员的生活压力。现在，我将这个装置的详细情况介绍如下。
首先，我们来看一下电路的原理图和工作原理。整个控制装置的电路原理图如图1所示。它由水位检测、比较输出、控制执行和电源等部分组成。电路的核心是LM386音频小功率放大集成电路，它在这里被用作电压比较器。
电路的工作原理是这样的：电路中有三个水位检测电极P1、P2和P3，它们是彼此绝缘的。P1是最高水位检测电极，它始终与正电源相连，保持高电位(9V)。P2是最低水位检测电极，它连接到LM386的反相输入端。P3是锁定电极，它通过继电器的常闭触点与电源相连，触点断开时为低电位，闭合时为高电位。
当电源开关K闭合（通常情况下不需要断开），变压器B会将220V的交流电转换为约7.5V的交流电，然后经过桥式整流电路(QD)整流和电容C4滤波，为整个控制电路提供约9V的直流电源。
开始时，由于水塔中没有水，LM386的同相输入端（3）通过R1和Rp对电源电压进行分压，保持一定的电位，而反相输入端（2）由于下拉电阻R1而保持0电位，因此LM386的输出端（5）保持高电平（接近电源电压），继电器J1吸合，常闭触点JK11断开，常开触点JK12闭合，交流接触器J2得电吸合，触点组JK21和JK22闭合，抽水电机开始工作，为水塔补水。
随着不断补水，水塔中的水位逐渐上升。即使P2没有浸入水中，因为P3是悬空的，电位为0，电路仍然保持原状，继续补水，水位继续上升。当P1与水面接触时，由于自然水导电，LM386的反相输入端（2）电位高于同相输入端（这一点在电路调试时调整好），因此LM386翻转，输出低电平，继电器J21失电释放，导致JK11闭合，JK12断开，交流接触器失电释放，停止补水。
同时，因为JK11闭合，P3处于高电位，即使水面退出P1，电路仍然可以保持当前状态。一旦水面退出到P2离开水面的瞬间，LM386的（2）脚回到0电位，LM386再次翻转，JK11断开，P3再次悬空，JK12闭合，抽水电机再次得电工作，进行下一次补水，如此循环，实现了自动补水。
经过一个多月的试用，这个电路表现出了非常稳定和可靠的工作性能，完全不需要人工干预，非常有用！
接下来，我们来看一下元件的选择、电路调试和安全注意事项。控制电路的核心元件是LM386集成电路，它原本是音频小功率放大电路，这里被用作电压比较器，可以直接驱动继电器。继电器J1使用6-9V的直流继电器，需要有两组常闭常开触点。交流接触器使用250V，容量不小于20A的两相交流接触器（家用水泵的功率通常在750W到1KW之间，但考虑到启动电流较大）。电源变压器是一个非常重要的元件，因为电路需要长期工作，虽然功耗不大，但也要选择20VA以上的电源变压器，以确保长期工作而不过热损坏，这一点非常关键！整流电路使用的是全桥整流器，没有特殊要求。电阻使用1/4W碳膜电阻即可，阻值见图注。电容的参数见图，没有特殊要求。保护二极管D可以使用1N4007或4148。
电路调试非常简单，关键是保证LM386的反相输入端在得电后（无论是通过P1还是通过P3），其电位必须高于同相输入端，这可以通过调节Rp来实现。
设置在水塔中的三个检测水位变化的电极P1、P2、P3必须彼此绝缘。同时，由于他们长期浸泡在水中，为防止电极因电化学反应而生锈，应使用碳棒代替。碳棒可以从废旧干电池中获取，但必须用砂纸反复打磨，用酒精反复清洗晾干，然后将连接碳棒和控制电路的细长绝缘导线一端剥出10cm左右，缠绕在碳棒的一端，再用防水胶粘在一块玻璃板上。
碳棒缠绕导线的一端应该用防水胶封牢，不能露出导线的任何金属部分。碳棒的另一端露在外面，再将三块粘有探测电极的玻璃板分别用防水胶粘到水塔内部适当的位置，即P1粘到水位的上限位置，P2粘在水位的下限位置，同时要保证短暂停电的供水，因此建议将P2设置在比出水口以上适当的位置，P3粘在水池底即可（对于金属水塔可以不设置P3，而将连接P3的导线直接连在金属桶的任何地方）。通过这样的处理，电极和导线就不容易因电化学反应而生锈了。
在安装电极时，一定要注意在没有水的情况下，电极应该是相互绝缘的，尤其是购买的成品金属小水塔。对于成品封闭式水塔，建议将电极首先粘贴在一根绝缘细杆上，如PVC管上，并在外部确定三个电极的高度，然后通过排气孔或钻一小孔后插入，再想办法固定。
（指导老师：阊松茂 杨金耿）