水塔自动抽水测控系统.doc

水塔自动抽水测控系统 摘要：许多农村家庭在房顶修有小型水塔或太阳能，用水泵抽取井水，组建自家的“自来水”系统，但抽水一般是人工控制的，经常会出现溢水或断水现象。为解决这个问题，设计一种水塔自动抽水系测控系统，使系统能缺水自动上水、水满自动停水，改进该供水系统势在必时，以方便人们用水。该系统主要由压力式水位传感器、单片机和控制电路等组成，适合于乡村高楼水塔水位实时检测与抽水自动控制。 关键词：水塔、水位检测、自动控制 绪论 随着国民经济的发展，乡村的居住条件日益改善，农村楼房正在向高层发展，由于地理位置等各种原因，无法依靠自来水厂供水。为了方便高层楼房的用水，许多家庭自建水塔或蓄水池和水井，用水泵将水井的水送上水塔来解决高层楼房的用水问题。但是，目前抽水是用人工操作，通过估测来控制抽水量。由于人工无法监视水塔上的水位深浅，难以准确控制水泵的开停，要么水泵关停过早，造成频繁开机抽水的现象，使水泵寿命缩短；要么忘记关闸，水从水塔溢出，这样就会造成水资源和能源的浪费。 为此有人设计了一种全自动电子水位控制装置，水位检测元件是安装在水塔水箱里不同高度的三个电极，利用水的导电性能，由不同水位决定这两组电极是否导通或断开，将水位变化信号变成电位变化信号，进而控制水泵抽水。这种装置控制性能好、控制精度高、动作灵敏可靠、结构简单、维修方便，但不能实时监测水塔内的水位的准确值， 电极长时间使用会电解氧化、腐蚀、附上污垢，造成控制失灵。 设计一个使用传感器所组成的液位测量系统很有必要。人们对液位检测方法也做了不少研究，如用超声波式、超声波一电容式等，但这些液位检测装置多为成品，不便于二次开发，且价格过高，不适合在乡村普及使用。为了解决这一问题，本次课程设计提出一套乡村水塔水位实时监测与自动抽水控制系统，实现抽水的自动控制，延长抽水设备的寿命，节约水、电资源。 第一章 元器件清单 第一节 MPX2200型压力传感器 MPX2200型的压力传感器是一种小体积、低功耗、高可靠性产品。如图1—1所示。 图1—1 MPX2200压力传感器 它们的特点在于不同环境条件下都具有高可重复性，高精确度和高可靠性。 除此以外，传感器之间配合工作时还具有非常好的协调性，不需要额外的校正就可以进行替换。 压力传感器所包含的感应元件由4个压电电阻组成，它们埋藏在一个化学蚀刻而成的薄硅隔膜表面下。压力的变化使得隔膜产生形变，产生一个拉扯或扭曲力，这样电阻的值就随之技术规格： ● 供电电源：10V ● 压力量程：0-200KPa ● 可承受最大压力400 KPa ● 可承受的冲击压力为：2000 KPa ● 输出信号：mV电压信号 ● 工作温度：-40℃-125℃ ● 温度补偿：0-85℃ ● 压力形式：表压（g），差压（d），绝压（a） ● 测量介质：适用于那些不与多醚酰亚胺，硅，氟硅酮密封片起作用的介质 ● 线性与迟滞：0.5% 产品特点： ● 专利的导电密封弹性连接系统消除了传统的导线粘结和带状连接 ● 专利的snap-together结构导致了多样化的测量孔形式 ● 最低价格的带温度补偿和校整的小型封装压力传感器 ● 不同的引脚可选（1x4或2x2） ● 可以测量负压和正压 第二节 光耦合固态继电器SSR 采用固体半导体元件组装而成——无触点开关（接通和断开无机械接触部件）。如图1—3所示。 图1—3 光耦合固态继电器SSR 优点：开关速度快、工作频率高、使用寿命长、噪声低、工作可靠。 使用场合：取代常规电磁式继电器，广泛用于：数字程控装置、数据处理系统、计算机终端接口电路、尤其是动作频繁、防爆、耐潮、耐腐蚀的场合。 缺点：漏电流大、接触电压高、触点单一、使用温度范围窄、过载能力差、价格高。 基本特点： ① 控制功率小：输入很小的控制电流便能正常工作，输出采用大功率管可控硅器件，具有功率放大作用； ② 可靠性：绝缘防水材料浇铸，没有可动部件； ③ 抗干扰能力强：无触点动作，无火花等电磁干扰，输入/输出之间隔离； ④ 动作快：直流SSR——响应时间＜几十μS 过零交流SSR——转换时间≤10Ms（1/2fs f = 50Hz）； ⑤ 寿命长：1012～1013次 （普通电磁式继电器105～106次）； ⑥ 承受的浪涌电流大：6～10倍额定值； ⑦ 对电源电压适应范围广：交流SSR——30～220VAC 任意选择； ⑧ 耐压水平高：输入/输出介质耐压2.5kV以上。 第三节 其他元器件 水塔、水泵、连接管、三极管、ADC的芯片、电阻、连接线等。 第二章 水位传感器设计 液位传感器品种很多，但多数为成品，通常价格较贵，且不便于在自动控制系统中做二次开发使用。为此，采用压力式传感器设计一种水位检测装置，如图1—1所示。其中，l为水塔，2为