李高山

摘要：随着石油企业生产技术的飞速发展，水在生产中起着重要的作用。一旦断水，轻则给生产带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失，因此对供水系统就提出了更高的要求，即及时、准确、安全、充足的供水。

关键词：NE555时基电路；水位控制；低成本

在工业生产中，水位控制装置有着广泛的应用，如水塔，楼房水箱等。水位控制装置的形式有很多种，浮子开关式、行程开关式、电节点式、压力式、电子式、微机式等。这些装置或多或少地存在着一些缺点：浮子开关式采用机械结构，维护起来不方便；微机式控制装置，虽然操作方便，但造价较贵。本设计从实用性和经济性出发，设计了一种水位自动控制装置，该装置结构简单维护方便、工作可靠、性能价格比优良，而且在不同程度上克服了其他方法的一些缺点，在多种场合下均可采用，本设计不用PLC，也不用单片机，用集成电路（NE555时基电路）的硬件控制电路便能全部达到要求，且具有控制灵敏、稳定可靠、电路简单、操作简便、维护方便、性价比高的特点，成品可直接用于安装在钻具冲洗装置储水罐水位的自动上水和关断。

一、工作原理

采用NE555时基集成电路组成的水位控制系统的电路图如图一所示。电路中NE555时基集成电路器IC1构成施密特触发器完成整个水位控制功能，设计电路图原理（见图一）

图中A，B、C是三个电极检测点。当水位高于水位線A时，水泵停机，停止给水池加水：水位低于水位线B时，水泵工作，给水池加水。C电极是最低水位检测点，它连接于电源VDD，当水位低于水位线B时，C与B点不导通，导致IC1的2，6脚电位为零，NE555时基集成电路3脚输出高电平，VT1导通，继电器吸合，水泵给水池加水。

当水位到达B点时，由于C，B两点在水的作用下被短路，使IC1的2、6脚电位大于1/3VDD，此时IC1输出端3脚维持高电平不变，水泵继续给水池加水。

当水位到达A点时，C，B，A三点被短路，使IC1的2，6脚电位等于4/5VDD，大于2/3 VDD，IC1的3脚输出低电平，VT1截止，继电器断开，水泵停止给水池加水。

同理，当水位下降，但还高于B点，此时IC1的2，6脚电位等于1/2VDD，大于13VDD，水泵仍然停止工作，只有水位低于B点时，此时IC1的2，6脚电位为低电平，VT1导通，继电器吸合，水泵开始向水池加水。如此循环往复使水池中的水位保持在B、A之间

二、主要元件说明及工作原理

1、NE555定时器

NE555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它的电源电压范围宽，可在4.5V～16V工作，输出驱动电流约为200mA，最大工作频率500KHz，延迟时间可以从数微妙至数小时范围内设定，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。

电路工作原理：

NE555定时器内部电路含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只5KQ的电阻器构成的分压器提供。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平2/3VCC时，触发器复位，NE555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3VCC时，触发器置位，NE555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。RD是复位端（4脚），当RD=0，NE555输出低电平。

2、电磁继电器

继电器是具有隔离功能的自动开关元件，一般由铁芯、线圏、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合，这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

三、主要单元组成及功能

1、信号产生单元

信号产生单元主要由IC1 NE555芯片的引脚引出的探极和储水罐组成。

该单元的作用是产生有效的输入信号。主要原理是利用水的弱导电性。水属于弱导电质，可用来传递微弱的电信号。鉴于此原理，将该部分设计成由水面的上升与下降来控制电信号的接通与断开：当水位上升时断开电信号；当水位下降时接通电信号。

2、信号处理单元

信号处理单元主要由IC1 NE555芯片、电磁继电器以及和它们所连接的控制电路组成。

该单元主要是对输入信号进行处理，然后输出控制信号给继电器和显示灯。

IC1通过对水塔中探极所传递来的高低电平信号来控制继电器K具体控制过程如下：当探极C（低水位）高于水位线时，IC1的2脚为低电平，使IC1发生置位，3脚输出的高电平使继电器J1吸合，触点K1闭合，水泵因得电而运转，进行抽水；当水位上升至探极A（高水位）时，相应IC1复位，3脚输出的低电平使继电器K释放，触点K1断开，水泵因断电而停止工作，不再继续抽水。

4.实物制作与元件检测

a、电路安装设计：

根据电路图和元器件的实际情况和布线规则进行布线，最后安装完成进行不通电检测。下边是我学习过程中了解到的元件布局和布线的规则，安装电路的时候必须遵从这些规则才能制作出符合要求的控制单元。

b、电磁继电器的检测：

本次设计实物制作中用的是JYB-714A12V8脚NE555时间控制电路，根据实物的引脚来用万用表电阻档分别接触各个引脚，有电阻值为几百欧姆的两个引脚为线圈，除了线圈引脚外的引脚中电阻值为∞的一对则为常开触点。检查继电器的好坏与区分线圈和常开触点的方法如下；

（1）通过检测线圈的直流电阻，可判断继电器是否正常。其方法是用万用表的欧姆挡，量程可据继电器的标称值，额定电压越高，阻值也就越大，一般选择Rx100k挡或Rx1k挡。将两表笔分别接到线圈的两引脚，如测得的阻值与标称值基本相同表明线圈良好，如电阻值为∞，表明线圈开路。

（2）检测继电器触点。接触电阻用万用表的Rx1k挡，表笔分别接常闭触点的两引脚，其阻值应为0Ω，然后将表笔再接常开触点的两引脚，阻值应为∞。然后给继电器通电，使衔铁动作，将常转为开路、将常开转为闭合，再用上述方法进行检测，其阻值正好与初次测量相反，表明触点良好。

四、实物调试

在储水罐低水位，使探极C（低水位）位于水位线之下，此时绿色指示灯亮；上电后水泵工作抽水，直到水位上升到探极A（高水位）处，看水泵能否实现自动停止抽水同时红色指示灯亮。经调试后可以实现以上基本功能，低水位绿灯亮，水泵自动抽水；到达高水位时则红色指示灯亮，水泵停止抽水。

五、设计总结

此次设计终于实现了自动控制水位的功能。设计利用基本电路做到了自动上水功能，并且此电路在实际生产中很好搭建，在经济上花费代价比较低，可以提高供水效率。改装近半年，一切运行正常，避免了因人员的操作失误照成的缺水停工，满水缺人管理造成水资源流失，节约了人力和物力，降低了劳动强度，节约了水资源，切合实际应用。

（作者单位：中石化中原石油工程有限公司管具公司中原项目部）