摘  要： 針對(duì)于目前供水系統(tǒng)在水質(zhì),、水壓、水量等方面的高要求,，設(shè)計(jì)了一種基于NE555集成電路的自動(dòng)供水系統(tǒng)控制器,，并對(duì)其控制原理，電路過壓,、過流保護(hù)等進(jìn)行了介紹,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及用市場用戶反饋信息驗(yàn)證了控制器的實(shí)用性。
關(guān)鍵詞： NE555,；LM324,；壓力控制；水位控制

　隨著社會(huì)建設(shè)的飛速發(fā)展,，高樓林立，聳入云端,，如何將源水送入高層,，不間斷地向用戶輸送水質(zhì)、水量和水壓三方面都符合使用要求的水便是目前供水系統(tǒng)的主要任務(wù),。目前常采用的供水方式有水位供水,、壓力供水和變頻供水等方式，其采用的供水設(shè)備控制箱多為強(qiáng)電控制方式,，電路成本高,、體積大，安裝費(fèi)工費(fèi)時(shí),，運(yùn)行噪聲大,，維護(hù)不方便，控制功能單一,，繼電保護(hù)功能不完善,，信號(hào)采集實(shí)時(shí)性差，難以實(shí)現(xiàn)較高控制精度。本文針對(duì)以上問題以NE555集成電路為核心器件設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)供水控制器,，利用電子電路的優(yōu)勢(shì)提高了控制的可靠性,，完善了各種控制功能，一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)降低了成本,。
1 NE555集成電路
　555時(shí)基電路[1]是一種多用途的數(shù)字—模擬混合集成電路,，它具有控制、觸發(fā),、電平檢測比較以及放電和輸出放大等功能,，主要用于構(gòu)成信號(hào)產(chǎn)生電路、定時(shí)電路,、報(bào)警電路和控制電路,。由于使用靈活、方便,，所以在波形的產(chǎn)生與變換,、測量與控制、家用電器,、電子玩具等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,。
　圖1是一種雙極型555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)圖。它由兩個(gè)高精度電壓比較器,、基本RS觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管三部分組成,。為了提高電路的帶負(fù)載能力，還在輸出端設(shè)置了緩沖器,，增加驅(qū)動(dòng)器的目的是使555電路的最大輸出電流可達(dá)200 mA,，以便直接驅(qū)動(dòng)繼電器、小電機(jī),、指示燈,、揚(yáng)聲器等負(fù)載。

2 控制器設(shè)計(jì)
　本文采用TI公司生產(chǎn)的NE555集成電路作為核心器件設(shè)計(jì)而成的控制器可配合壓力罐,、水塔等供水設(shè)備使用,。控制器集自動(dòng)控制,、電機(jī)保護(hù),、故障報(bào)警于一體，其性能穩(wěn)定,、結(jié)構(gòu)緊湊,、功能齊全。
2.1 控制原理
　圖2給出控制器的控制原理方框圖,。首先由供水控制電路起閉交流接觸器,，從而使水泵運(yùn)行或停機(jī),。供水控制電路可由三種形式的控制信號(hào)接通：壓力控制的電接點(diǎn)壓力表，水位控制的水導(dǎo)電極,，及儲(chǔ)水池限位控制,。水泵運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)電流是否安全,，通過檢測電路分別與過流,、斷相保護(hù)電路門限值進(jìn)行比較作為正常運(yùn)行或保護(hù)的給定。電流表可直觀地顯示水泵運(yùn)行工作電流,，當(dāng)水泵出現(xiàn)異常時(shí),，保護(hù)電路切斷給水控制電路，水泵停止運(yùn)行,，同時(shí)發(fā)出報(bào)警,。

2.2 控制電路
　水泵的運(yùn)行或停機(jī)由供水系統(tǒng)的壓力、水位檢測信號(hào)或人為的手動(dòng)信號(hào)控制,。手動(dòng)控制方式下,，由不同的啟動(dòng)按鍵傳遞不同的控制信號(hào)觸發(fā)NE555的2、6引腳,，使3腳輸出不同電平值驅(qū)動(dòng)繼電器,，起停交流接觸器，來控制水泵電機(jī)的工作,。
　自動(dòng)控制方式下,，可通過不同的信號(hào)采集方式控制供水電路。圖3為控制器內(nèi)部設(shè)置的壓力和水位控制電路接線方式,。如圖3(a)示,，控制信號(hào)由電接點(diǎn)壓力表檢測獲得。①端連接高點(diǎn)校正針(上表針),、②端連接氣壓針(中表針),、③端連接低點(diǎn)校正針(下表針)。當(dāng)氣壓罐內(nèi)壓力低于下限設(shè)定值時(shí),，中表針和下表針接觸，NE555的3腳輸出高電平,，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),，水泵向氣壓罐內(nèi)注水，壓力不斷增大,，中表針上移離開下表針,，并與上表針相碰后，NE555的輸出端電平翻轉(zhuǎn),，電機(jī)停止運(yùn)行,。外界用水使罐內(nèi)壓力不斷下降,，當(dāng)中表針和下表針再次相碰時(shí)，重復(fù)上述工作過程,。如圖3(b)示,，控制信號(hào)由三根導(dǎo)線組成的傳感器檢測獲得。①端為公共電極沉入水底,，②,、③端相連后連接上限位電極，④端連接下限位電極,。當(dāng)水位落到下限電極以下時(shí),，②、④均懸空,，②,、③通過電阻R12接通電源的負(fù)極，集成電路2,、6端低電平觸發(fā),，集成電路3腳輸出高電平，繼電器,、接觸器通電,，接通水泵向水塔或水箱內(nèi)注水，水位升高超過下電極后,，電源Vcc由①端通過水電阻連接R14,、R15，其分壓后約為Vcc/2加于2,、6端,，電路仍處于保持狀態(tài)，當(dāng)水位滿到上限電極時(shí),，①,、②端通過水連通，2,、6端電位高于2Vcc/3,，3腳電平翻轉(zhuǎn)，繼電器,、接觸器釋放,，水泵電機(jī)停止工作。隨著外界用水,，水位不斷下降,，當(dāng)水位低于下限電極時(shí)，重復(fù)上述過程,。

　以上兩種接線方式分別適用于氣壓罐自動(dòng)供水系統(tǒng)和水塔水箱自動(dòng)供水系統(tǒng),，用戶在使用時(shí)可根據(jù)自己需求選擇其中任意一種,。
2.3 保護(hù)電路
　四運(yùn)放集成器件LM324[2]采用14腳雙列直插塑料封裝，內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器,，除電源共用外,，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。它具有電源電壓范圍寬,，靜態(tài)功耗小,，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中,。
　本文介紹的控制器的線路保護(hù)就是由一塊LM324配合交流互感器和相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來完成的，能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)電路的斷相和過流判斷,。其電路原理圖如圖4所示,。

　電路保護(hù)原理：H為三只互感器，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)三只互感器均有感應(yīng)電壓輸出,。產(chǎn)生的感應(yīng)電壓整定后加至集成運(yùn)放LM324-A的正相輸入端,，其反相輸入端的電位是由R5、R5′分壓后取得,，電機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下,，LM324-A正相輸入端電位明顯高于反相輸入端，LM324-A輸出高電平,。當(dāng)動(dòng)力線L1斷相時(shí)H無輸出電壓,。這時(shí)LM324-A的反相輸入端電位高于正相輸入端電位，輸出端由高電平轉(zhuǎn)為低電平,。斷相執(zhí)行電路由KM切斷電機(jī)電源同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào),。L2、L3斷相后與之相同,。
　電機(jī)正常運(yùn)行時(shí),，H的感應(yīng)電壓穩(wěn)定在某一數(shù)值上，由二極管D2等組成或門加在LM324-D反相輸入端,，正相輸入端的電位由電阻R7,、電位器R8的分壓得到。調(diào)整R8可使正相輸入端電位剛剛大于反相輸入端電位,，LM324-D正常情況下輸出高電平,。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行中因過載、阻轉(zhuǎn),、滯轉(zhuǎn)、工作電壓偏低等原因造成電機(jī)工作電流增大時(shí),，H的感應(yīng)電壓隨之增高,，致使反相輸入端的電位高于正相輸入端,，LM324-D翻轉(zhuǎn)輸出低電平，過流執(zhí)行電路切斷電機(jī)同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào),。
　為了保證整個(gè)供水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,，除以上保護(hù)外，控制器還設(shè)有電流表直流放大電路,、限位及報(bào)警電路[3]等,。
　設(shè)計(jì)的自動(dòng)供水控制器在實(shí)驗(yàn)室安裝調(diào)配后，與電接點(diǎn)壓力表配合,，可構(gòu)成壓力罐壓力自動(dòng)控制系統(tǒng),；與三根水導(dǎo)電極配合，可構(gòu)成水塔水箱等水位自動(dòng)控制系統(tǒng),；運(yùn)行演示具有儲(chǔ)水池?zé)o水停機(jī),、限位自保功能；具有電動(dòng)機(jī)斷相保護(hù)功能,，切斷時(shí)間t≤2 s,，切斷后同時(shí)報(bào)警；具有電動(dòng)機(jī)過流保護(hù)功能,，切斷后同時(shí)報(bào)警,、延時(shí)4~7 min自動(dòng)復(fù)位。
　目前控制器投放本地市場,，以其優(yōu)廉的價(jià)格,，良好的性能受到廣大用戶的好評(píng)，有著廣闊的發(fā)展前景,。
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