家庭蓄水箱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

屈趙燕（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息學(xué)院,山西 晉中 030800）

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家庭蓄水箱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

屈趙燕
（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息學(xué)院,山西 晉中 030800）

摘 要：本次設(shè)計(jì)的包括蓄水箱的自動(dòng)上水以及水位報(bào)警兩大部分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為智能和手動(dòng)兩個(gè)部分：智能澆水的部分是通過單片機(jī)的程序設(shè)定蓄水箱的上、下限值，當(dāng)?shù)陀谙孪拗档臅r(shí)候，單片機(jī)輸就出一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)控制電磁閥打開，開始蓄水；手動(dòng)澆水的部分是單片機(jī)從時(shí)鐘芯片DS1302中讀入月份和每日的實(shí)時(shí)時(shí)刻，通過軟件中的程序來設(shè)定定時(shí)蓄水的時(shí)間和蓄水的量。蓄水箱自動(dòng)上、下水和水位報(bào)警均采用純硬件電路控制，實(shí)現(xiàn)水箱水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)上、下水及水位上下限報(bào)警的功能。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；蓄水箱；家庭蓄水箱系統(tǒng)

1 前言

夏季炎熱高溫，植物蒸騰作用強(qiáng)烈，十分容易導(dǎo)致蔬菜枯萎，從而頻繁澆水成為了都市陽臺(tái)種菜人的苦惱。所以發(fā)明了一種“蓄水箱”的辦法來種植，達(dá)到很好效果，在自家陽臺(tái)種出了多個(gè)香甜的西瓜。水箱由水箱體、水箱蓋、進(jìn)水孔、出水管、排放閥、溢流孔組成。本蓄水箱可節(jié)約用水，節(jié)約水費(fèi)，減輕城鎮(zhèn)供水的負(fù)擔(dān)。而且裝卸方便，適用面廣。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

蓄水箱中自動(dòng)供水系統(tǒng)最主要的核心對(duì)象便是控制水泵的開與關(guān)，蓄水箱的蓄水量指的就是它的容積［1］。接下來我對(duì)水位的五種情況進(jìn)行說明：

（1）正常狀態(tài)在下限C-上限D(zhuǎn)之間；（2）當(dāng)水位在低于下限C點(diǎn)的時(shí)候，水泵就已打開，然后開始進(jìn)水；（3）當(dāng)水位在高于上限D(zhuǎn)點(diǎn)的時(shí)候，水泵便停止進(jìn)水；（4）當(dāng)水位在低于下限C點(diǎn)而達(dá)到最低閥值B點(diǎn)的時(shí)候，報(bào)警電路接通開始工作，必須要人為的來打開水泵的閥門；（5）當(dāng)水位高于D點(diǎn)且沒有到最高閥值E點(diǎn)的時(shí)候?yàn)樯舷迗?bào)警，必須要人為的來關(guān)閉水泵的閥門。

2.1 系統(tǒng)硬件組成

蓄水箱的自動(dòng)供水裝置組成包括555定時(shí)器、蜂鳴器、與非門電路、導(dǎo)電率探頭以及放大器等等。

（1）導(dǎo)電率探頭。把一個(gè)金屬探頭懸吊在一個(gè)盛水的開式水箱上，在電路中串聯(lián)電流表之后施加電壓便可以看到：金屬探頭如果全部浸到水里，此時(shí)電路中就會(huì)有電流通過，然而當(dāng)導(dǎo)電探頭全部離開水箱的水面的時(shí)候，電路中的電流就自動(dòng)消失［2］；（2）555定時(shí)器。555定時(shí)器成本較低，性能十分可靠，在這次的設(shè)計(jì)中它為控制蜂鳴器的作用并不是起定時(shí)的作用。555定時(shí)器它不僅功耗小，并且提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC/3和2VCC/3［3］；（3）蜂鳴報(bào)警器。蜂鳴器是一種可以發(fā)出聲音訊號(hào)的電子設(shè)備，它有兩種類型：分別是壓電式和電磁式的蜂鳴器。這次設(shè)計(jì)采用的是電磁式蜂鳴器。三極管把這個(gè)電磁式的蜂鳴片與555定時(shí)器連接起來，這樣便可以使蜂鳴器振動(dòng)發(fā)出聲響，可以在系統(tǒng)中用來報(bào)警。

2.2 系統(tǒng)電路連接

蓄水箱自動(dòng)供水系統(tǒng)的硬件連接框圖如下1所示，這個(gè)系統(tǒng)的額組成部分包括誤動(dòng)作判斷電路、水位監(jiān)測(cè)電路、報(bào)警電路、電機(jī)開或關(guān)和水位控制電路等等。

根據(jù)圖1我做詳細(xì)的介紹：（1）水位正常狀態(tài)C-D中間的時(shí)候，則BCDE這4個(gè)導(dǎo)電探頭的邏輯電平是0011；（2）當(dāng)水位處在B-C中間的時(shí)候，則BCDE邏輯電平是0111，水箱開始進(jìn)水；（3）當(dāng)水位處在D-E之間的時(shí)候，則BCDE邏輯電平是0001，水箱停止進(jìn)水；（4）當(dāng)水位小于B點(diǎn)或大于E點(diǎn)的時(shí)候，則BCDE邏輯電平是1111/0000。這說明電路不在正常狀態(tài)。水箱的報(bào)警系統(tǒng)就開始工作了。在這個(gè)情況的時(shí)候就需要人為的手動(dòng)關(guān)閉報(bào)警的裝置并啟動(dòng)或閉合控制電機(jī)。

2.3 參數(shù)計(jì)算

在蓄水系統(tǒng)中水位四個(gè)指示燈中流入三極管中T1、T2、T3、T4里集電極中的電流值：IC=10mA，計(jì)算公式為：

得RC=350Ω；取β=100，則IB=IC/β=10mA/100=0.1mA因此RB=VCC/IB=10KΩ。但是在現(xiàn)實(shí)的調(diào)節(jié)中，因?yàn)樗碾娮柚当容^小，故選取RB=15KΩ。

水箱水位控制系統(tǒng)的外觀正視圖，它包括電源指示燈、報(bào)警確認(rèn)燈、水位指示燈以及報(bào)警確認(rèn)開關(guān)等部件組成。當(dāng)接通電源時(shí)，指示燈就變亮，當(dāng)水箱中水深為不同位置時(shí)，水位指示燈B、C、D、E狀態(tài)也不同，分為以下5種狀態(tài)：（1）當(dāng)水位處于B-C之間，指示燈B滅，C、D、E亮，水泵打開閥門進(jìn)水；（2）當(dāng)水位保持在C-D之間，指示燈B、C滅，D、E亮，保持狀態(tài)，即保持進(jìn)水；（3）當(dāng)水位保持在D-E之間， B、C、D三個(gè)指示燈全部熄滅，指示燈E亮，停進(jìn)狀態(tài)，這時(shí)水泵不工作；（4）當(dāng)水位在E點(diǎn)以上的時(shí)候，B、C、D、E四個(gè)指示燈全部熄滅，水泵停止工作，報(bào)警電路開始溢出報(bào)警，即上限報(bào)警；（5）當(dāng)水位小于B點(diǎn)的時(shí)候， B、C、D、E四個(gè)指示燈全部亮，報(bào)警電路開始報(bào)警，即下限報(bào)警。

報(bào)警電路設(shè)計(jì)的是人為進(jìn)行控制，當(dāng)人們?nèi)グ聪逻@個(gè)報(bào)警確認(rèn)開關(guān)的時(shí)候，蜂鳴器便不再響。此時(shí)，報(bào)警確認(rèn)燈亮起。當(dāng)我們處理完電路出現(xiàn)的故障時(shí)，在按一下報(bào)警開關(guān)確認(rèn)鍵，顯示報(bào)警電路復(fù)位，恢復(fù)其檢測(cè)電路故障的功能。經(jīng)檢測(cè)后，水箱的水位控制器符合設(shè)計(jì)的預(yù)定要求。

這個(gè)設(shè)計(jì)方案采用的是純硬件電路設(shè)計(jì)，這樣可以避免在軟件程序設(shè)計(jì)中的其他那些比較不穩(wěn)定的因素，提高了實(shí)際運(yùn)用中的可靠性。

3 總結(jié)

家庭自動(dòng)蓄水箱，屬于一種家用儲(chǔ)水裝置。它是利用連通器原理，將進(jìn)水箱直接接入自來水管路中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)蓄水。雖然設(shè)計(jì)系統(tǒng)較為簡單，同時(shí)系統(tǒng)中還有一些不完善的地方，在下次設(shè)計(jì)時(shí)用根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)定，特定的情況下要根據(jù)不同情況進(jìn)行比較，挑選最為經(jīng)濟(jì)、安全和實(shí)用的方法。要做到再設(shè)計(jì)當(dāng)中不僅僅是可行就可以，要在各方面都做到最優(yōu)化的效果。

參考文獻(xiàn)：

［1］王芳琴.單片機(jī)控制的節(jié)水灌溉系統(tǒng)的研究［J］.華中農(nóng)業(yè)大學(xué).

［2］頂軻軻.自動(dòng)測(cè)量技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社,2004.

［3］李光弟.單片機(jī)基礎(chǔ)［M］.北京航空航天大學(xué)出版社。

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