电缆沟集水井水位自动控制装置的设计

祁茂涛 王立伟

摘 要：本文针对电缆沟积水问题设计了一种低成本，高精度，结构简单，安全可靠的水位自动控制装置，其控制核心部分为LM358和555定时器。其电源部分采用了简单可靠的单向全波整流，并用L7809稳压。

关键词：低成本；水位控制

很多工厂地面电缆沟分布范围广，因地势较低，地面施工工程较多，管网遭破坏现象时有发生。一旦发生漏水，势必流向地势较低的电缆沟内，造成电缆沟积水。如遇雨天，积水则更加严重。电缆沟内多为高压电缆，，泡在水中，非常危险，如果电缆绝缘遭到破坏，后果不堪设想。积水严重时更有可能倒灌入变电所内，造成更大的事故。所以，在电缆沟地势较低的位置，都设计建造了集水井，便于安装水泵排水。如果这些水泵都用人工来控制，将会耗费大量的人力和精力，很不现实，如果使用水位控制器来实现自动控制，可以实现无人监视，达到节约成本的效果。

水位控制器有浮球式、电极式等很多种，使用效果也有很大区别。

传统的浮球式水位控制器控制电压为220V，不安全，并且浮球容易被水中杂物卡住，烧坏水泵，其控制精度也较低。而低电压控制的成品水位控制器又价格不菲。为此，我们经过自行设计、试验，制造了一个结构简单，价格便宜的电极式水泵自动排水控制器。

此控制器采用探针式采集水位信息，探针电压低于5V，非常安全。控制器结构紧凑，体积很小，可安装于多处水泵的控制。电路板可用试验板自行设计、焊制。

1 控制器基本工作原理

如图1所示，从N接地、A上限、B下限分别引出一个探针（可用带绝缘的铜线末端拴个螺母代替），N放入水池底部，B固定于水中需要停泵的水位处，A固定于水中需要开泵的水位处。从控制器内的继电器KA引出一组无源常开点与控制水泵的交流接触器的线圈串联。水位控制器通过控制交流接触器控制水泵的开停。当水位到达A时，A与N以水为导体接通，通过LM358（双集成运放）和555定时器的控制，继电器KA吸合，交流接触器吸合，水泵得电运行。当水位低于A而高于B时，KA保持，水泵状态不变，仍保持吸水。当水位低于B时，KA失电，水泵停止运行。

2 电路板具体设计

2.1 电源部分的设计 输入的AC220V通过变压器变为U1=AC12V，U1通过单向全波整流并滤波后得

U2（如图2）=1.2x12=14.4V

U2为直流，在本设计中仅用于驱动DC12V继电器。

U2高于11V，则通过三端稳压器L7809CV，输出稳定的DC9V，记为U3，U3为电路板大部分元器件的工作电压。

2.2 执行部分工作原理 水位达到上限时，A与N接通，LM358的5管脚电压低于6管脚，则LM358中的集成运算放大器通过管脚7输出低电平，555芯片的TR管脚接收到低电平后，555低触发有效。与此同时，因B探针在水中，B与N一直接通，LM358的3管脚电压低于2管脚，LM358中的另一集成运放输出低电平，555的TH管脚接收到低电平，因为这个管脚是高触发管脚，所以在低电平的作用下，触发无效。此时，555的管脚3输出高电平，使三极管T1导通，继电器KM的线圈通过T1的集电极与发射极与大地形成回路，KM吸合，通过交流接触器控制水泵吸水。与此同时，555的管脚3输出的高电平使发光二极管D6导通，显示水泵正在运行。

水泵吸水使水位下降，当水位低于A而高于B时，A与N断开，A回到高电平，LM358的管脚5的电平高于管脚6，LM324的集成运放输出高电平，555的TR管脚接受到高电平时，触发无效，而B与N仍接通，555的TH管脚的触发也无效，因此555保持原状态不变，水泵保持运行状态不变。

当水位下降到低于B时，LM358的管脚3置高电平，高于管脚2，LM358的管脚1输出高电平，555的TH管脚接收到高电平时，555触发有效。此時A与N仍断开，TR为高电平，因此低触发无效。在TH 触发下，555管脚3输出输出低电平，三极管T1截止，KA线圈不能构成回路，KA释放，常开点打开，交流接触器断开，水泵失电停止。与此同时，发光二极管D6熄灭，D7导通发光，显示水泵在停止状态。只有水位再次超过A时水泵才重新启动。

3 总结

本设计的控制器结构简单，安全可靠，其所用电子元件在市场均可买到，成本很低，便于大规模应用。

参考文献：

[1]王鸿明编.电工技术与电子技术[M].北京：清华大学出版社，2000.