简易水塔供水系统

第一章系统基本设计

第一节引言

随着生活水平的提高,水塔自动供水系统在日常生活及工业领域中应用相当广泛，本设计应用于工厂备用水源方面使用自动供水系统, 而以往水塔水位的检测是由人工完成的，值班人员全天候地对水位的变化进行监测，而本设计的主要作用是能够很好的节省劳动力，免去了传统的供水的繁琐，自动供水，适用于节约型经济社会。

本系统摒去一往的设计理念，将水的特殊导电性做成的水位传感器作为芯片的输入量传给芯片，经芯片处理后由继电器控制水泵的启动和停止。以确保给水、补水箱水位的平衡，并且还有指示灯来实现当前的工作状态。

第二节系统设计方案

1.2.1设计要求：

1、可以自动实现水位检测。

2、可以自动启动停止水泵。

3、有指示灯能够现实当前的工作状态。

1.2.2两种设计方案

方案一：

用单片机作为控制核心用六个液位传感器分别作为给水箱补水箱的上限位、中限位和下限位传感器，从而利用单片机采集信号、处理来控制电机起停实现补水与否和工作状态指示。

方案二：

系统以模拟，数字混合电路为核心，利用水的特殊导电性做成的水位传感器作为芯片的输入量。通过逻辑门电路的组合来实现控制。与非门电路组成给水箱控制电路实现给水箱的补水；用与门电路的组合实现补水箱控制电路，控制给给水箱补水与否；最后通过两个二极管的开通

和关断来实现电机的启动与停止以及工作指示灯的指示。

对比以上两种方案都可以实现系统要求，但方案一成本高，电路复杂，并且还需要软件的调试。考虑到系统的精度不需很高，确定选择方案二的设计。

第二章电源电路

电源采用三端稳压器结构。电路有整流、滤波及三端稳压等环节组成，如图2-1

图2-1 电源电路

第一节单相桥式整流

桥式整流电路由变压器、四个二极管组成的整流桥和滤波电容等器件组成，属于全桥整流电路。整流过程如图2-1

当u2是正半周时，二极管VD1和VD3导通，而二极管VD2和VD4截止，负载上的电流自上而下流过负载，负载上得到与u2的正半周期相同的电压。

当在u2负半周时，u2的实际极性是下正上负，二极管VD2和VD4导通而VD1和VD3截止，负载上的电流仍然自上而下流过负载，负载上得到了与u2正半周相同的电压。

图2-2 桥式整流波形图

单相桥式整流电路的指标

U0=0.9U2

第二节滤波电路

经过整流后，输出电压在方向上没有变化，但输出电压波形仍然保持输入正弦波的波形，输出电压起伏较大，为了输出平稳的直流电压必须采用滤波电路，以改善输出电压的波动性，本设计采用常用的电容滤波电路。滤波过程如图2-1

当负载开路时，电容无能量存储，输出电压从0开始增大，电容开始充电，当u0=u c时，u0达到最大值，即

此后，由于u2下降，二极管处于反向偏置而截止，电容无放电回路，所以u0保持在的数值上。当接入负载后，前半部分和负载开路时相同从最大值下降时，电容通过负载R L放电。u0按指数规律下降，当u2的

值在增大后，电容再继续充电；同时也向负载提供电流，电容上的电压仍会不断上升，这样不断地进行，在负载上得到比无滤波整流电路平滑的直流电。

在实际应用当中，为了保证输出电压平滑，使用单项桥式整流，电容滤波时的直流电压一般为

u0≈1.2u2

如图

图2-3 电容滤波波形图

第三节主要器件选择

设计电路须要12V直流电源，因此选用稳压芯片7812的范围大于15V。所以u2的滤波输出不能低于15V，又因为

u d=1.1—1.2u2

所以 u2=15V

所以交流变压器选择15V

7812主要特点：

输出稳定性好、使用方便、输出过流、过热自动保护。它的工作是将一个高于12V的直流变成一个稳定的12V直流电,并且可输出一定的电流,可以带动一定的负载.

7812适用于电源稳压电路，是一种三端的集成稳压芯片，它一般是用在需要DC12V的电路中。中间引脚是地，第1脚为输入，第3脚为输出。一般是耦合变压器后级整流变直流后，要输出稳定的12V就有用到。

第三章电路控制原理

第一节水塔与补水箱控制电路

3.1.1总体工作原理

1.当地下水池和楼顶水塔都水满时：

即ABC都为高电平，DEF也都为高电平，在I C2b和I C2c的两个输入端都为高电平，则I C2c的输出端为低电平，从而使I C1a输出为低电平，则Q2不导通，灯LED2不亮，灯LED1亮。

2.当地下水池满水时，而楼顶水塔水位位于D、E之间时：

I C2b的9转为“1”，而D则是因为原来I C2a输出高电平保持不变，8输出也为“1”。同理则Q2不导通，灯LED2不亮，灯LED1亮。

3.当地下水池水满时，而楼顶水塔水位位于F、E之间时：

I C2b的9输入“0”，则I C2b输出为“1”，则I C2a输出为“0”，则使I C2c输出为“1”，而I C1c两端全为高电平，则使I C1a两端高电平输入，从而使Q2导通。则使继电器KA得电，水泵运行，而Q1不导通。灯LED1不亮，灯LED2亮。

4.当地下水池水位位于A、B之间，而楼顶水塔水位位于E、F之间时：

同3所述，I C2c输出高电平，而I C1b的8输入端由于前面水满时输出高电平，使8脚保持“1”，从而使I C1c输出为“1”，而Q2导通，Q1不导通。灯LED1不亮，灯LED2亮。

当楼顶水塔水位到达D、E之间后，使I C2b的9输入为“1”，但是由于水位在E、F之间时使得I C2a输出低电平，从而使Q2导通继续上水，直到水位超过D。

5.当地下水池水位位于B、C之间，而楼顶水塔水位位于E、F之间时：

此时I C2c输出高电平，但由于I C1c的两个输入端均为低电平，则I C1c 输出端为低电平，从而使I C1a输出低电平。Q2不导通，无法启动水泵给楼顶水塔供水。灯LED1亮，灯LED2不亮。

3.1.2电机部分工作原理

1.当Q2导通，Q1截止的时候继电器KA得点吸合；当KA吸合后，电机的控制电路接通，KM得电，主电路KM的主触点接通，水泵（M）运转开始上