光控水塔水位控制器

    目前许多地区都实行了峰谷电分时供电制度，谷电电费只是峰电单价的一半左右(谷电供电时间为2200—800)。把光控电路应用于水塔水位控制电路除了具有普通水塔水位控制器所具有的功能外，还能使水泵在清晨(谷电供电时间)自动抽水一次，能最大限度地减少白天(峰电供电时间)的抽水次数，如果水塔的贮水容量足够大，就能做到在峰电供电时间内不抽水，一年下来可以节省一笔不小的电费开支。
 
    水位控制原理：控制器电路见附图，220V的市电经变压器T1，由D8、D9全波整流，C7滤波后得到约14V左右的直流电压供整机使用，D7用于电源指示。变压器①、②绕组间的交流电压还作为水位检测的供电电源。当水塔水位低于电极B以下时，各电极间无检测电流通过，C1两端的电压为0V，IC1A的(1)脚为低电平。R7、R9、IC1A和IC1B组成施密特触发器，该触发器的输出端IC1B的④脚输出低电平，IC1C的⑥脚和IC1F的⑧脚均为高电平，固态继电器Q1导通，水泵得电抽水，水塔中的水位逐渐升高，当水位高至电极B时，交流电正半周的电流由变压器的①端流经R1→电极B→水→电极A→D2→R6→地→变压器②端，同时对C1充电，由于R1和水的等效电阻串联后与R6分压，使C1两端得到的电压仍低于施密特触发器的阈值电压，触发器不发生翻转，IC1B的④脚仍为低电平，Q1仍然导通，水泵继续运转，交流电压负半周时，电流由变压器的②端→地→D1→R2→电极A→水→电极B→R1→变压器的①端，所以流过电极A和电极B的电流为交流电,调节R2的阻值大小，使流过水位检测电极的正负半周的电流大小相等，可以避免水位检测电极发生极化反应，延长电极的使用寿命。当水位升高至电极C时，交流电正半周的电流由变压器的①端流经电极B和C→水→电极A→D2→R6→地→变压器②端,由于电极C参与导电，使C1两端的电压高于施密特触发器的阈值电压。触发器发生翻转，IC1B的④脚输出高电平，IC1C的⑥脚和IC1F的⑧脚均输出低电平，使Q1截止，水泵停止抽水。人们用水时、水塔中的水位逐渐降低，当水位在电极C以下、电极B以上时，由于施密特触发器回差电压的存在，此时C1两端仍保持高电平，施密特触发器不发生翻转。输出端IC1B的④脚仍为高电平，IC1C的⑥脚和IC1F的⑧脚均输出低电平，使Q1继续截止，水泵仍然停转。当水塔水位低于电极B以下时，没有电流通过各检测电极，电容C1两端的电压为0V，施密特触发器翻转，Q1导通，水泵又得电抽水。

    光控原理：本控制器是利用光敏电阻来检测清晨(8点以前)天色从暗变亮的变化作为触发信号使施密特发器发生翻转、水泵得电抽水，从而保证每天在谷电供电时间内实现自动抽水一次的功能。图1中，R3和光敏电阻RG构成光线检测电路，R4、R5、IC1D、IC1E也构成一个施密特触发器。光线较暗时，光敏电阻的阻值较大，C2两端为低电平，施密特触发器的输出端IC1E的⑩脚为低电平，此时D5截止，光控电路不起作用，当天色逐渐变亮时，光敏电阻的阻值随之减小，C2两端的电位不断升高，当C2两端的电位大于施密特触发器的阈值电压时，触发器翻转，IC1E的⑩脚跳变为高电平，D5导通。由于C4两端的电压不能突变，所以IC1B的③脚跳变为高电平，IC1B的④脚为低电平，由于C5、R11的延时作用，IC1C的⑤脚和IC1F的⑨脚并不会马上跳变为低电平。另外IC1B(4)脚的低电平经R9反馈送至IC1A的①脚，①脚电平的高低取决于水塔的水位情况，若水塔水位在电极C处时，IC1A的①脚为高电平，IC1B的④脚变为高电平，IC1C的⑥脚和IC1F的⑧脚为低电平，水泵仍不抽水；若水塔的水位在电极C以下时，由于R9的反馈作用，使IC1A的①脚跳变为低电平，触发器输出端IC1B④脚也为低电平，VCC经R11、IC1B④脚对C5充电，使IC1C的(5)脚和IC1F的⑨脚的电位不断降低，经过一段时间后(约3秒)，使IC1C的(5)脚和IC1F的⑨脚变为低电平，IC1C的⑥脚和IC1F的⑧脚跳变为高电平，Q1导通，水泵得电抽水，直至水位升到电极C处，IC1A①脚又变为高电平，IC1A②脚变为低电平，接着IC1E的⑩输出的高电平经R8和导通的D5，对C4充电，使IC1B的③脚电位不断下降，当IC1B的③脚变为低电平时，C5两端充得的电荷经Vcc、R11和IC1B的④脚放电，使IC1C的⑤脚和IC1F的⑨脚的电位不断上升，当IC1C的⑤脚和IC1F的⑨脚变为高电平时，IC1C的⑥脚和lC1F的⑩脚变为低电平，Q1截止，水泵停止抽水。电路中K1是手动控制开关、C8用于保护固态继电器Q1。

    延时电路：停电后重新恢复供电时，若水位在电极C处(水满)，由于此时C1两端的电压为0V，而流过检测电极的正半周交流电对C1的充电，要经过大约1～2秒钟才能建立正常电压，所以在这1～2秒内，IC1A的输入端为低电平，若无C5、R11组成的延时电路，此时IC1C的⑥脚和IC1F的⑧脚输出高电平，水泵会转动，但1—2秒后，C1两端的电压趋于正常的高电平，施密特触发器发生翻转，水泵又停止转动，为了克服水泵的短时转动现象，特地设置了由C5、R11构成的延时电路，延时大约3秒左右，在这3秒钟内，不管水位情况如何，水泵都不转动，3秒钟之后，C1两端已建立了正常的电压，所以水泵也不会转动了。如果水位在电极B以下，要经过3秒钟后，水泵才能得电抽水，直到水位满至电极C处，同时这个电路对减小停电后恢复供电瞬间的冲击电流也有积极作用。

www.55dianzi.com    电路中各元器件参数如附图1标识，T1可选用双12V、3W的变压器,Q1为10A／480V、直流控制电压为3～32V的固态继电器(可选用拆机件，若无也可采用触点电流10A吸合电压为12V的继电器)，RG采用φ3或φ5的光敏电阻均可，水位检测电极可用不锈钢材料制作(笔者发现用电炉丝制作的水位检测电极，使用效果也很好)。
 
    IC1选用CD4069六非门CMOS集成电路，焊接时电烙铁应注意接地，整个电路焊接完成后，把印刷电路板装入一个大小合适的塑料盒内，并在塑料盒前面板的适当位置上固定好电源指示发光管D7和水泵工作状态指示发光管D10，先不要接上固态继电器Q1，光敏电阻的引脚与导线连接好后(引脚套上绝缘套管)，装到一个长度为5cm左右的塑料管中(可截取长度合适的圆珠笔杆代替)，并在塑料管口上贴上透明胶带纸，以防雨水流入，安装塑料管时把光敏电阻的感光面对向天空,再用一根双芯电缆线把水位检测电极与控制器连接起来，注意电缆线与电阻R1及各水位检测电极之间的接头处应用硅胶或热熔胶做防水处理，最后把电极A插入水中，电极B和电极C悬空，此时D10不发光，再用黑胶布摁住装光敏电阻的塑料管口，然后再松开黑胶布，D10应能发光，接着把电极B插入水中，D10应能继续发光，再把电极C插入水中，D10熄灭，至此整个电路调试完毕。若调试过程中出现异常。应重点检查设计的印刷电路板是否正确、选用的元器件的质量是否有问题、焊点是否可靠等，只要仔细检查，一般故障都会顺利排除。最后接上固态继电器和水泵，并在Q1两端并接一个耐压为630V容量为0．1μ F的涤纶电容C8，就可投入使用了。

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