水箱水位闭环电子控制系统的设计和应用
（三）水塔水位自动控制系统设计
为了便于设计的实施和制作，计划设计制作一个水塔水位自动控制系统模型。
1、设计要求：
（1）设计和制作一个水塔水位闭环电子控制系统的模型。 （2）能全真模拟水塔中水位的自动控制。 2、设计分析：
（1）根据对设计要求的分析，要求当水塔水位达到高水位时要启动水泵供水，当水塔水位低到水塔低水位时能自动关闭水泵，因此必须对水位进行检测，并能反馈所测的结果，实现这一控制需要采用闭环电子控制系统。
（2）根据水塔水位闭环电子控制系统方框图，设计出合适的输入、控制器（处理）、执行器、被控对象、检测装置的实用电路、电子元器件、设备等。
控制量 输入 控制器(水流量） 执行器 控制对象 输出 (实际水位） （设定水位） （集成电路） （水泵） （水塔） 检测装置 (水位探头) ①输入
由三根裸露的硬铜电线组成水位探头，如右图所示，其中A是零水位探头，B是低水位探头，用来探测水塔低水位，C是高水位探头，用来探测水塔高水位。
调整探头位置，可以预置水塔中的高低水位位置。
②控制器（处理）
它由集成电路等组成，根据预置的高、低水位和水位传感器反馈的水塔实际水位信号进行比较，再经判断，发出向水塔送水或停止送水的指令。
③执行器
执行器由电磁继电器、水泵等组成，其中电磁继电器控制水泵的开和关，水泵将水池中的水送入水塔。
④被控对象
被控对象是水塔及水塔中的水位。 ⑤检测装置
三根水位探头组成一个传感器，对水塔水位随时进行检测，并把信号反馈至比较器。
3、设计方案：
a b 低水位 AB C c 高水位 水塔 水塔中的水位探头 1
（1）水塔水位闭环电子控制系统示意图
水位探头 水塔 放水管 进水管 水泵 控制器 水池 水位闭环电子控制系统示意
（2）水塔水位闭环电子控制系统工作过程 ①接通整个系统的电源。
②当水位传感器中的低水位探头B探测到水塔中的水位处于低水位状态时，它立即把这个信号送入比较器，经比较器比较后，产生一个触发电压，控制器受到触发后，发出进水的指令信号，指令经输出接口电路放大后推动继电器动作，接通水泵电源，水泵开始向水塔供水。
③注水后的水塔水位不断升高，当水位升高到c时，水面与水位传感器的高水位探头C接触，立即产生一个电信号，并把信号反馈给比较器，比较器比较后产生一个触发电压，控制器发出停止进水指令，电磁继电器立即关闭电动机的电源，水泵停止供水。
④当水塔水位降到低水位b以下时，便重复②的控制，这样不断循环，从而使水塔源源不断地供水。
（四）选择、制作电子元件和器材
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完成设计后，就面临着如何选择电子元件和自制器材，这也是完成控制系统模型制作的重要环节。
（1）控制器电子元件的选择 组成控制器控制系统的电路，可以有三种选择，一是用晶体管组成控制系统电路（见附件1）；二是用集成电路组成控制系统的电路，如可用JN6201集成电路或CB7555集成电路（见附件2）；三是采用定型产品液位继电器（右图）。第一种是要用二极管三极管等晶体管材料自已组装成电路，第二种
是购买现成的集成电路板，第三种液位继电器是定型产品，质量可靠，已经把集成电路和继电器做在一起，可以直接控制小功率电器。从电路的稳定性、便于安装考虑，我们选择了第三种液位继电器作为控制电路。
液位继电器 齿轮泵
（2）执行器的选择
执行器主要由电机和水泵组成，水泵的种类有很多，如；离心泵、活塞泵、
齿轮泵、潜水泵、管道泵等（见附件3）。因离心泵要加自动引水装置（小区、单位等供水量大的一般都用离心泵，而且目前自动加引水装置技术也已成熟，有各种不同的类型和原理，见附件4、5），潜水泵不便安装，经考虑我们选择了不用加引水，而且效率较高且体积较小的齿轮泵。
（3）被控对象水塔的选择
水塔选用了透明的又便于安装传感器的塑料瓶代替（右图）。水塔下的阀门用小球阀（要注意和出水管径相一至），水池用一个长方形的塑料盆代替（见附件8）。
（4）检测装置的选择
目前实际中使用的有用三根导线作探头的
水位探头
水塔
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也有用干簧管的，干簧管一般用于大型水塔（原理图见附件6），我们选择成本较低的三根硬铜线作探头，用比较粗的铜心护套线中导线来制作，既实用又经济。
（五）安装和调试
在准备了以上元器件后，便进入安装调试阶段，为了少走弯路，分了以下几个步骤。
（1）连通电路：简单地把控制系统电路连接起来（见附件7）。 （2）将探头放入水杯中，水泵进水管放入有水的盆中，接通电源，此时水泵工作，将水打入有探头的杯中，当水位到达高水位时，水泵能自动停止工作。这时减少杯中的水到低水位时，水泵又开始工作，试验成功。
（3）在初步成功后，对系统进行了优化，并按示意图进行组装，不但要考虑安装的正确，还
要考虑布局的美观，最后我们终于设计和制作成功（下图）。
安装
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