摘要：
本文采用分立元件电路实现了水塔水位的自动控制，设计出一种低成本、高实用价值的水塔水位控制器。采用独立的电路实现超高、低水位处理，自动控制电机电路。通过低压交流检测水塔的水位，转换成信号控制继电器的关断，进而控制水泵抽水，自动完成上水停水的全部工作循环保证液面高度始终处于较理想的范围内，它结构简单，制造成本低，灵敏度高，节约能源显著，适用于各种高层液体储存的理想设备。 关键词：水塔 水位 继电器 自动
前言：
随着国民经济的发展，人们的居住条件日益改善，楼房正在向高层发展，由于地理位置等各种原因，无法依靠自来水厂供水。为了方便高层楼房的用水，许多家庭自建水塔或蓄水池和水井，用水泵将水井的水送上水塔来解决高层楼房的用水问题。但是，目前大量的对水箱操作是由相应的人员进行操作的，通过估测来控制抽水量，这样的人工方式带来了很大的弊端，
比如水位的控制，时刻监控水箱的环境，夜间的监控等等，操作员稍有疏忽无法监视水塔上的水位深浅，难以准确控制水泵的开停，要么水泵关停过早，造成频繁开抽水的现象，使水泵寿命缩短；要么忘记关闸，谁从水塔溢出，这样就会造成水资源和能源的浪费，甚至导致简易的监则器件损坏，将带来无法弥补的损失，更严重的会危机到人们的人身安全等。为解决楼宇水塔抽水自动控制问题，我们设计了一种全自动电子水位控制装置，水位检测元件是安装在水塔水箱里不同高度的三个电极，利用水的导电性能，由于不同水位决定这两组电极或断开，将水位变化型号变成点位信号，进而控制水泵抽水，实现自动化满足人们的要求。
1、方案论证
方案一：基于单片机的全自动水塔水位控制器。
该系统为一个液位控制系统。系统主要由控制部分和执行部分组成。控制部分包括单片机最小系统模块、键盘模块、传感器、A/D转换器、显示模块、电源模块等。执行部分主要由水泵装置组成。整个系统实现对数据的采集运算，对液位参数的设置，对采集数据的显示和水泵装置的控制。
方案二：重锤自动跟踪水位变化方案
即是通过电子开关控制可逆电机，使两根测量自动跟踪水平变化，能够自动测出每个水位的变化值，能够提供任意高度的水位信息，反应灵敏，测量水位误差小于1cm，监测水位变化幅度范围大，功耗低，但是控制可逆电机进而控制探针自动跟踪水位变化的电路复杂，价格很高，维修不方便，不适合在人们生活中推广。www.m227
方案三：基于模拟电路和继电器的搭建的全自动水塔水位控制器。
继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统和被控制系统通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
继电器的种类很多，如电磁继电器，热继电器，混合式继电器，高频继电器，同轴继电器，固态继电器等。在本次设计中我们用电磁继电器来实现其控制功能。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的
拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“降温母粒常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
本次设计我们选择了方案三，此方案电路图构成简单易懂，元器件的价格便宜，性能较稳定，操作简单，具有经济前景。本电路采用分立元件电路实现了对水塔水位的自动控制，设计出一种低成本、高实用价值的水塔水位控制器。采用独立的电路实现超高、低水位处理，超高水位处理，自动控制电机电路。
2、系统硬件设计
1.总原理图及工作原理
1.1总原理图：
图一：全自动水塔水位控制器的电子原理图
水位控制器有三根水位测线A、B、C需接往水塔，安装如图2所示。
图二：三根水位测线A、B、C 图三：三相交流电源的接法
1.2工作原理
（1）自动控制：
1、当水塔没有水时，水位检测端A,B点均无偏置电压，Q4、Q1截止，Q3经R1偏置导通，继电器J吸合，启动水泵电机抽水，同事抽水指示灯LED亮。由于Q3导通使N点点位变低，Q2变为截止。
2、当水位上升到B点时，虽然此时Q1得到偏置电压，但Q2却是截止的，使Q3栅栏技术仍然保持导通，水泵继续抽水。只有在水位上升到A点时，Q4基极得到偏置电压而导通，Q3因失去基极偏置截止，继电器失电释放，水泵停止抽水。Q3截止时，N点电位上升使Q2由抽水中的截止变为停止抽水时的导通。
3、当水塔水位下降，在水位降离检测端A时，虽然Q4基极失去偏置电压而截止，但因检测端B还有偏置电压使Q1导通，此时Q2也是导通的，故Q3的基极仍为低电平截止，继电器不吸合，水泵不抽水。只有水位降至B点以下，电路才重复上述工作过程，自动启动水泵抽水。
（2）手动控制
SSL检测1、常闭按钮开关AN1是手动抽水开关。当水塔水位处于检测A、B点之间并按下AN1时，Q1基极将失去偏置电压而截至，Q3由R1得到偏置导通，继电器J吸合使水泵抽水；
2、常开按钮AN2为手动停止抽水开关。当水位处于检测端A、B点之间，电机处于工作状态时，只要按下AN2，将人为给Q4基极加上偏置电压使Q4导通，Q3截止，从而使抽水中的水泵停止抽水。
2.控制器各电子元件的作用
a、D4、D5的作用是抵消Q1、营养块Q2导通时的压降使Q3能可靠地截止；
b、D6、D7是为12V交流电在负半周提供回路，避免检测电极产生极化；
c、Q4和Q1的基极得到的是脉冲偏置C4可将波动输出出展平经Q3控制继电器工作；
d、常闭按钮开关AN1是手动抽水开关，常开按钮AN2为手动停止抽水开关；
e、J 表示继电器，控制电机的启动和停止；
3.控制器各电子元件的选型
T：电源降压变压器，额定电压：400/230V,为了保证长期通电升温小，要选用质量好的电源变压器
Q1、Q2、管形母线Q3：NPN型三极管，9013 ；
D4、D5、：12V型稳压二极管；
D1、D2、D3、D6、D7：1N4007型二极管；
R1 、R3 、R6、R7、RN：12k欧姆；R2：1.5 k欧姆；R4：56 k欧姆； R10：R11：33 k欧姆；
C：470微法/35V；C4：220微法/16V；
水位探头A、B、C用直径0.3~0.5mm的铜丝制作，安装时极间不能短路及接地；
继电器触点电流应该较大的以带动交流接触器工作，交流接触器可根据电机容量选择，水泵电机如是功率小于1.5千瓦的单相电机时，不用交流接触器仅由继电器控制电机也能可靠工作。电机功率超过1.5KW时，需加接交流接触器以保证使用安全，如水泵电机是三相的应选用380V交流接触器，且按图3接线。
3、总结
本文主要创新点是为高楼提出并设计了一种全自动抽水控制系统，同时具备了手动功能，可以进行人工控制，处理应急情况和维修工作，实现了全自动抽水，同时也解决了抽水时水和电不必要浪费的问题。
现代自动化控制技术、计算机技术和通讯技术等手段，有助于实现人们家务劳动和家务管理的自动化，大大减轻人们家庭生活中的操劳，节省人们的时间，提高人们的物质、文化生活水平。家庭自动化已是人类社会进步的重要标志之一。随着现代科学技术的发展和人们生活要求的提高，家庭自动化的范围也在日益扩大。通过此次全自动水塔的设计，本人体会到技术要不断创新，设备要不断更新，才能满足人们生产和生活的新需要，因此，我们与时俱进，努力学习，用科学理论武装头脑，不断提高自身素质，才能适应生产力发展的新形势，才能为设备创造更多更好的效益，让自动化造福人们的生活。
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