家庭蓄水箱系统的设计

屈赵燕（山西农业大学 信息学院,山西 晋中 030800）



家庭蓄水箱系统的设计

屈赵燕
（山西农业大学 信息学院,山西 晋中 030800）

摘 要：本次设计的包括蓄水箱的自动上水以及水位报警两大部分，系统设计分为智能和手动两个部分：智能浇水的部分是通过单片机的程序设定蓄水箱的上、下限值，当低于下限值的时候，单片机输就出一个相应的信号控制电磁阀打开，开始蓄水；手动浇水的部分是单片机从时钟芯片DS1302中读入月份和每日的实时时刻，通过软件中的程序来设定定时蓄水的时间和蓄水的量。蓄水箱自动上、下水和水位报警均采用纯硬件电路控制，实现水箱水位实时监测、自动上、下水及水位上下限报警的功能。

关键词：系统的设计；蓄水箱；家庭蓄水箱系统

1 前言

夏季炎热高温，植物蒸腾作用强烈，十分容易导致蔬菜枯萎，从而频繁浇水成为了都市阳台种菜人的苦恼。所以发明了一种“蓄水箱”的办法来种植，达到很好效果，在自家阳台种出了多个香甜的西瓜。水箱由水箱体、水箱盖、进水孔、出水管、排放阀、溢流孔组成。本蓄水箱可节约用水，节约水费，减轻城镇供水的负担。而且装卸方便，适用面广。

2 系统的设计

蓄水箱中自动供水系统最主要的核心对象便是控制水泵的开与关，蓄水箱的蓄水量指的就是它的容积［1］。接下来我对水位的五种情况进行说明：

（1）正常状态在下限C-上限D之间；（2）当水位在低于下限C点的时候，水泵就已打开，然后开始进水；（3）当水位在高于上限D点的时候，水泵便停止进水；（4）当水位在低于下限C点而达到最低阀值B点的时候，报警电路接通开始工作，必须要人为的来打开水泵的阀门；（5）当水位高于D点且没有到最高阀值E点的时候为上限报警，必须要人为的来关闭水泵的阀门。

2.1 系统硬件组成

蓄水箱的自动供水装置组成包括555定时器、蜂鸣器、与非门电路、导电率探头以及放大器等等。

（1）导电率探头。把一个金属探头悬吊在一个盛水的开式水箱上，在电路中串联电流表之后施加电压便可以看到：金属探头如果全部浸到水里，此时电路中就会有电流通过，然而当导电探头全部离开水箱的水面的时候，电路中的电流就自动消失［2］；（2）555定时器。555定时器成本较低，性能十分可靠，在这次的设计中它为控制蜂鸣器的作用并不是起定时的作用。555定时器它不仅功耗小，并且提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3［3］；（3）蜂鸣报警器。蜂鸣器是一种可以发出声音讯号的电子设备，它有两种类型：分别是压电式和电磁式的蜂鸣器。这次设计采用的是电磁式蜂鸣器。三极管把这个电磁式的蜂鸣片与555定时器连接起来，这样便可以使蜂鸣器振动发出声响，可以在系统中用来报警。

2.2 系统电路连接

蓄水箱自动供水系统的硬件连接框图如下1所示，这个系统的额组成部分包括误动作判断电路、水位监测电路、报警电路、电机开或关和水位控制电路等等。

根据图1我做详细的介绍：（1）水位正常状态C-D中间的时候，则BCDE这4个导电探头的逻辑电平是0011；（2）当水位处在B-C中间的时候，则BCDE逻辑电平是0111，水箱开始进水；（3）当水位处在D-E之间的时候，则BCDE逻辑电平是0001，水箱停止进水；（4）当水位小于B点或大于E点的时候，则BCDE逻辑电平是1111/0000。这说明电路不在正常状态。水箱的报警系统就开始工作了。在这个情况的时候就需要人为的手动关闭报警的装置并启动或闭合控制电机。

2.3 参数计算

在蓄水系统中水位四个指示灯中流入三极管中T1、T2、T3、T4里集电极中的电流值：IC=10mA，计算公式为：

得RC=350Ω；取β=100，则IB=IC/β=10mA/100=0.1mA因此RB=VCC/IB=10KΩ。但是在现实的调节中，因为它的电阻值比较小，故选取RB=15KΩ。

水箱水位控制系统的外观正视图，它包括电源指示灯、报警确认灯、水位指示灯以及报警确认开关等部件组成。当接通电源时，指示灯就变亮，当水箱中水深为不同位置时，水位指示灯B、C、D、E状态也不同，分为以下5种状态：（1）当水位处于B-C之间，指示灯B灭，C、D、E亮，水泵打开阀门进水；（2）当水位保持在C-D之间，指示灯B、C灭，D、E亮，保持状态，即保持进水；（3）当水位保持在D-E之间， B、C、D三个指示灯全部熄灭，指示灯E亮，停进状态，这时水泵不工作；（4）当水位在E点以上的时候，B、C、D、E四个指示灯全部熄灭，水泵停止工作，报警电路开始溢出报警，即上限报警；（5）当水位小于B点的时候， B、C、D、E四个指示灯全部亮，报警电路开始报警，即下限报警。

报警电路设计的是人为进行控制，当人们去按下这个报警确认开关的时候，蜂鸣器便不再响。此时，报警确认灯亮起。当我们处理完电路出现的故障时，在按一下报警开关确认键，显示报警电路复位，恢复其检测电路故障的功能。经检测后，水箱的水位控制器符合设计的预定要求。

这个设计方案采用的是纯硬件电路设计，这样可以避免在软件程序设计中的其他那些比较不稳定的因素，提高了实际运用中的可靠性。

3 总结

家庭自动蓄水箱，属于一种家用储水装置。它是利用连通器原理，将进水箱直接接入自来水管路中，实现自动蓄水。虽然设计系统较为简单，同时系统中还有一些不完善的地方，在下次设计时用根据实际情况来设定，特定的情况下要根据不同情况进行比较，挑选最为经济、安全和实用的方法。要做到再设计当中不仅仅是可行就可以，要在各方面都做到最优化的效果。

参考文献：

［1］王芳琴.单片机控制的节水灌溉系统的研究［J］.华中农业大学.

［2］顶轲轲.自动测量技术［M］.北京：中国电力出版社,2004.

［3］李光弟.单片机基础［M］.北京航空航天大学出版社。

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.204