简易水塔水位控制电路

1 系统组成图

图为简易水塔水位控制电路系统组成图，由电源电路，水位检测器，水位范围测量电路，水泵开关电路和显示电路组成。各部分电路的组成及其用途如下：电源电路：为上述所有电路提供直流电源

水位检测电路：利用水的导电性检测水位变化，同时形成回路，形成电信号实现对水位的控制。

水位范围检测电路：利用比较器原理实现水位范围的确定，同时利用迟滞比较器的迟滞性来避免跳闸现象

水泵开关电路：完成控制电路和水泵通放水的转换

显示电路：利用发光二极管将水泵状态显示出来

2 原理电路图

采用传感器对水塔水位进行监测，并根据水塔水位的变化将其信号传递给迟滞比较器，经过迟滞比较器的运算、比较、放大，来控制水泵是否工作。并通过发光二极管来显示水泵的工作状态，易于判断和检修。迟滞比较器的运用避免了由于水波的波动而造成的水泵的反复的放水与闭合，实现了水塔水位的自动控制。

3 主要单元电路设计

3.1电源电路

图1

如图1为电源电路直接可以从电网供电，通过变压器电路，整流电路，滤波电路，和稳压电路直接将电网中的220V交流电转换成+12V的支流电压。其各部分功能如下：3.1.1 变压器：

采用常规的铁心变压器，将高压转变为低压。

整流电路：

采用二极管桥式电路，任务是将交流电换成直流电，这主要靠二极管的单向导电作用，T为电源变压器，作用是将交流电网电压变成整流电路要求的电压价。其优点是输出电压高，纹波电压小，管子所承受的最大反向电压底。

3.1.2滤波电路：

由C1，C2，C3，C4构成，用于滤去整流输出电压中的纹波，本电路采用电容输入式，电容具有平波作用。使纹波较小，适用于负载电压较高，负载变动不大的电路。

3.1.3 稳压电路：

采用三端稳压集成电路，有输入，输出和接地端，内部由启动电路，基准电压电路，取样比较放大电路，调整电路和保护电路组成。电路中接入电容用来实现频率补偿防

止稳压器自激振荡和抑制电路引入的高频干扰，另一方面以减少稳压电源输出端由输出电源引入的低干扰。

3.2 水位检测电路和水位范围测量电路

3.2.1水位测量电路：

由上限极S2，下限极S1地极构成，当SS2时，则地极，S2，T与电源构成通路，此时T点电位最低为0。其中R9的作用是通过改变阻值的大小可以调节V的范围，即可以调节水位控制范围；通过改变R0的阻值判断T点电位的高低达到检测水位的目的。

一、水位范围测量电路：

(一)水位范围测量电路由两部分组成,第一部分是由电阻R1，R2和稳压管D1，D2

构成的参考电压的电路；第二部分是迟滞比较器构成的水位范围测量电路。

(二)参考电压产生电路的功能是产生两个稳定的电压，这两个电压代表水位范围

的上限值S2和下限值S1。电路采用电阻和稳压管结合的方式是由于参考电源残生电路的输出端接入稳压管的输入端，以防止输出电流导致电源不稳定，其中稳

压管的稳压电压为8V，而输出VREF1=+8V，VREF2=+4V。

(三)水位范围测量电路的功能有两个：

第一：是确定实际水位和水位控制范围的大小关系： VREF1和VREF2分别输入到两个运算放大器的同相输入端，VY则输入到反相输入端，它为Y点的电位（VP 代表运算放大器同相输入端的电位）

●当VT

●当VP2

●当VT>VP1 时，V1和V2输出都为低电平。

其中可以通过判断VT、VREF1、VREF2的电位高低来确定水位的高低及范围大小。

第二：本电路通过迟滞比较器代替单门限比较器来防止跳闸现象的出现

3 .3 水泵开关电路和显示电路

图3

（一）如图虚线左侧电路所示，水泵开关电路是由三极管电路和继电器电路构成，电路的输入如图。

●当S

●当S1

泵放水；

●当S>S2 时,V1、V2输出都为高电平，T1，T2都导通，两水泵停止放水。

继电器电路：

继电器是自动控制电器执行和控制的元件，它是将小电流，小功率的转化为大电流，大功率的开关元件。由于水泵发电机中要通过大电流，产生大功率致使支流电源无法提供，因此需用交流供电，故电路中开关必须采用继电器电路

三极管电路：

它构成的电流放大电路是一种比较典型的和简单的电路。R10，R11为限流电阻，防止输入电流过大烧毁三极管，三极管为共集电极电路。

当输入电压为高电平时，三极管导通饱和，可以将输入电流放大；

当输入电压为低电平时，三极管截止，无电流通过。

继电器连接三极管发射极，当有电流驱动时，开关吸合，对应水泵开始放水；当无电流驱动时，开关断开对应水泵停止放水，同时在继电器两端并联二极管进行保护（二）显示电路：如虚线右方电路所示，通过发光二极管亮灭来显示是否电路通路，水泵是否工作。由于继电器的驱动电流过大，需要加入限流电阻

3.4 集成电路管脚图

三端集成稳压器外形和典型应用电路

①脚为电压输入瑞，②脚为公共接地端，③脚为电压输出端。集成稳压器正常工作时，在②脚应输出与其稳压值相同的电压，供给负载使用。

4 主要元器件简介

4.1二极管

二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。p-n结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。

图4.1 二极管实物图