小型水塔自动抽水控制装置

目前，广大农村青壮年大都进城务工，留守在家的是那些老弱病残和小孩，他们在生活中会遇到许多困难，比如生活用水。虽然许多农村家庭都有压水井。但很多情况下因为水面太深，压起水来十分吃力；有不少家庭在房顶修有小型水塔，用小型单相抽水机抽水组建自家的“自来水”系统，但抽水是人工控制的，老人小孩上去不安全。为此，在《通用技术》课上，我提出了设计一个自动抽水装置的设想。在老师的指导下，几经改进和完善，设计并制作了这个小型水塔自动抽水控制电路。

通过在十几个农户家近一年的实际使用，发现它安全、稳定、可靠，完全无须人工参与，解决了留守在家的老人、小孩的生活用水问题，同时也减轻了在外务工人员的后顾之忧。现将该装置介绍如下。

一、电路原理图及工作原理

整个控制装置的电路原理见图1。它由水位检测、比较输出、控制执行和电源等部分组成。整个控制电路以LM386为核心组成，LM386本是一块音频小功放集成电路，这里用作电压比较。

电路工作原理：其中，P1、P2、P3是设置在水塔中且彼此绝缘的三个水位探测电极。P1是最高水位检测电极，与电源正极相连，始终呈高电位(9v)。P2是最低水位检测电极，与LM386的反相输入端相连。P3是锁定电极，通过继电器的一组常闭触点与电源相连，当触点断开时呈低电位，闭合时呈高电位。

当合上闸刀开关K以后(正常情况下此开关无须断开)，经变压器B将220V交流电压转换为7.5V左右的交流电压，经桥式整流电路(QD)整流、电容C4滤波后形成约9V的直流电压为整个控制电路供电。

开始时，由于水塔中无水，LM386的同相输入端(3)经R1与Rp对电源电压进行分压后而始终保持一定的电位，但反相输入端(2)却由于下拉电阻R1而保持0电位，故LM386(5)脚输出高电平(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，于是，交流接触器J2得电吸合，触点组JK21、JK22闭合，抽水电机得电工作，给水塔补水。

由于不断补水，水塔中水位不断上升，即使P2没入水中，由于P3悬空，电位为O，电路仍保持这一状态不变而继续补水，水位继续上升。当P1与水面接触的瞬间，因自然水导电，而使LM386的反相输入端(2)的电位高于同相输入端(这一点在电路调试时调定)，于是，LM386翻转，输出低电平，继电器J21失电而释放，导致JK11闭合，JK12断开，交流接触器失电释放，停止补水。

同时，因JK11。闭合，P3处于高电位，即使水面退出P1，仍可通过P3来维持电路目前的状态。一旦水面退出到P2离开水面的一瞬间，LM386的(2)脚回到O电位，LM386再一次翻转，JK11断开，P3又一次悬空，JK12闭合，如前所述，抽水电机得电进行再一次补水，如此循环，实现自动补水。

经过一个多月的试用，发现电路工作十分稳定可靠，完全无须人工参与，十分有用!

二、元件选择、电路调试及安全注意事项

控制电路的核心元件是一块LM386集成电路，它本是一块音频小功率放大电路，这里用作电压比较，有一定的输出，可直接驱动继电器。J1用6～9V的直流继电器，须有两组常闭常开触点。交流接触器用250V，容量不小于20A的两相交流接触器(家用水泵的功率一般为750W到1KW左右，但考虑到启动电流较大)。电源变压器是一个十分重要的元件，因长期通电工作，虽然电路耗电不大，但也要选用20VA以上的电源变压器，以确保长期通电工作而不至于过热而损坏，此点十分重要!整流电路用的是全桥，无特殊要求。电阻用1/4W碳膜电阻即可，阻值见图注。电容参数见图，无特殊要求。保护二极管D用1N4007或4148均可。

电路调试很简单，那就是要保证LM386的反相输入端得电后(不管是通过P1还是通过P3)，其电位必需高于同相输入端的电位，这可通过调节Rp来实现。

再就是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，他们长期设置在水中，为防止电极因电化学反应而锈蚀，应采用碳棒代替。碳棒可从废旧干电池中取得，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地方，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，故建议将P2设置在比出水口以上适当的地方，P3粘在水池底即可(对金属水塔可不设置P3，而将连接P3的导线直接连在金属桶的任何地方)。通过这样处理后，电极和导线就不容易因电化学放映而锈蚀了。

电极设置时，一定要注意在无水时应是相互绝缘的，尤其是购置的成品金属小水塔。对于成品封闭式水塔，其电极的设置建议将其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，再由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)