CN107621833B - 一种水箱自动上水触摸屏控制器 - Google Patents

Abstract

一种水箱自动上水触摸屏控制器包括单片机微处理控制模块1、触摸屏2、浸入式水位传感器3、电源模块4、固态继电器5、水泵控制电路6、音箱7、水泵8、水箱9。单片机微处理控制模块1、电源模块4安装于单片机微处理控制模块1控制柜中，触摸屏2、固态继电器5、水泵控制电路6安于水泵控制柜中，音箱7在水泵控制柜上部，单片机微处理控制模块1提取浸入式水位传感器3的水位信息，水泵8及水箱9通过逆止阀、水管连接在一起，单片机微处理控制模块与水泵控制箱通过串口线、导线连在一起。优点在于各部分电气关系连接可靠，具有手动上水、自动上水功能，无论是设定为手动、自动上水模式时，上水过程均无需人工进行看守，触摸屏操作简单，使用效果好，便于推广使用。

Description

一种水箱自动上水触摸屏控制器

技术领域

本发明涉及智能自动控制领域，特别涉及一种水箱自动上水控制装置，尤指一种水箱自动上水触摸屏控制器。

背景技术

不论社会经济如何飞速发展，水在人们正常生活和生产中都起着重要的作用。一旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失，从而对供水系统提出了更高的要求，满足及时、准确、安全充足的供水。水箱储水是我国广泛应用的供水方式，但传统的人工上水控制方式，不仅存在劳动强度大、控制精度低、能耗大、安全性难以保障等缺点，而且需要有人24小时值班对水位进行监测。因此实现供水自动化控制具有重要意义。

目前，有多种自动上水装置或控制系统的专利，例如，专利CN20357193U提及一种楼顶水罐自动上水控制装置，该自动上水控制装置包括微控制器模块、信号采集电路模块、SD卡数据存储模块、GPRS无线通信模块、按键操作电路模块等，其中信号采集电路模块包含有水压传感器、水位传感器A/D滤波电路、转换电路，但实际上，水压强与水位之间存在着定量关系，因此，只需要安装一个传感器即可，此外，还存在按键过多等缺点；专利CN204787418U提及一种太阳能热水器自动上水控制电路，但该装置完全采用模拟电路设计实现；专利CN204645157U提及一种自动上水装置，采用传统的三掷开关实现自动、手动上水的切换。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水箱自动上水触摸屏控制器，解决现有技术存在的上述问题。该装置具有手动上水、自动上水功能，均无需人工进行看守，即水位在到达设定的最高位置时，均能自动切断水泵电源。本发明结构简单，操作简单，功能完备，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

水箱自动上水触摸屏控制器包括单片机微处理控制模块1、触摸屏2、浸入式水位传感器3、电源模块4、固态继电器5、水泵控制电路6、音箱7、水泵8、水箱9。所述的水泵8及水箱9通过逆止阀、水管连接在一起，所述逆止阀靠近水泵一侧，水泵沉于水井地下60m处，而水箱位于楼顶部，水箱体积约15m³，水管长度约150m。

所述的单片机微处理控制模块1包括STC单片机12C5A60S2、I/V变换电路、232串口电路、反相驱动器、用于驱动固态继电器的三极管电路。

所述的触摸屏2作为人机交互装置，具有设定的最低水位显示、设定的最高水位显示、当前水位位置数据显示、修改最低水位、最高水位、柱状水位显示图标变量、手动上水启动、停止控制按键、自动上水启动、停止控制按键以及对应的启动、停止图标变量指示，启动对应为绿色图标变量指示，停止对应为红色图标变量指示，启动、停止初始变量图标指示为红色。

进一步地，所述的触摸屏2嵌在安装有水泵控制柜的正面门板上。

进一步地，所述的触摸屏2具有232串口数据传输及接口形式，通过串口线将触摸屏2与单片机微处理控制模块1连接在一起，触摸屏2具有语音播报功能，音箱7作为音频输出装置，连接在触摸屏2上，分别在启动自动上水、自动上水达到最高目标位置、手动上水开始、手动上水达到目标位置时播放声音，以进行语音提示。

进一步地，音箱7置于水泵控制柜上部。

所述的浸入式水位传感器3沉于水箱9底部，选择浸入式水位传感器3为4-20mA电流输出形式，经I/V变换转成1-5V的电压后，输入给单片机STC12C5A60S2的ADC引脚提取到对应水位信息。

所述的电源模块4与单片机微处理控制模块1、触摸屏2、浸入式水位传感器3连接在一起，为控制系统中各模块提供必要的供电。

所述的固态继电器5与水泵控制电路6一同安装于控制柜内，单片机微型处理模块1在接收到触摸屏2自动、停止、手动触屏动作后，单片机微型处理模块1根据相对应的信息由单片机微型处理模块1的I/O口发出控制信号，控制信号经反相驱动器、三极管、导线作用在固态继电器5的控制端，固态继电器5的输出端串联接在水泵控制电路的回路中，以实现对水泵的控制。

所述的水泵控制电路6通过固态继电器5与单片机微处理控制模块1连接在一起，固态继电器5共有2个，分别用于手动、自动控制水泵电路的控制。

进一步地，所述的水泵控制电路6还包括1个空气开关、2个交流接触器、4个熔断器、5个指示灯、1个急停开关以及1个热继电器等，分别用于实现水泵的手动、自动上水控制。

本发明的有益效果在于：与现有技术相比，本发明结构新颖，简洁紧凑，各部分连接可靠，电气关系简单明了；通过触摸屏控制自动、手动上水选择，安全性强，人机界面友好，交互性强；触摸屏、浸入式水位传感器采用12V供电，单片机微处理控制模块采用5V供电，能耗低；使用效果好，便于推广应用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明原理框图；

图2为本发明触摸屏控制界面示意图；

图3为本发明的水泵控制电路图。

图中：1、单片机微处理控制模块；2、触摸屏；3、浸入式水位传感器；4、电源模块；5、固态继电器；6、水泵控制电路；7、音箱；8、水泵；9水箱；201、自动上水启动按钮；202、自动上水停止按钮；203、自动上水启动、停止变量图标显示；204、当前水位显示数据；205、设定最低水位显示数据；206、设定最高水位显示数据；207、水位柱状显示条；208、实时时钟、年月日显示；209、手动上水启动、停止变量显示控件；210、手动上水启动按钮；211、手动上水停止按钮；501、502固态继电器；601、空气开关；602、623熔断器；603、手动上水用交流接触器主触点；604、自动上水用交流接触器主触点；605、热继电器； 607、自动上水用交流接触器辅助常开触点；608、自动上水指示灯；609、自动上水用交流接触器线圈；610、手动上水停止按钮；611、手动上水用交流接触器辅助常闭触点；612、手动上水停止指示灯；613、热继电器辅助常闭触点；614、热继电器辅助常开触点；615、手动上水指示灯；616、618、手动上水用交流接触器辅助常开触点；617、手动上水用交流接触器线圈；619、手动上水启动按钮；620、电源指示灯；621、警报指示灯；622、急停按钮。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1，本发明提供一种水箱自动上水触摸屏控制器，包括单片机微处理控制模块（1）、触摸屏（2）、浸入式水位传感器（3）、电源模块（4）、固态继电器（5）、水泵控制电路（6）、音箱（7）、水泵（8）、水箱（9）。单片机微处理控制模块（1）、电源模块（4）安装于一个处理器控制箱中，固态继电器（5）、水泵控制电路（6）安放于水泵控制柜中，触摸屏（2）安装于水泵控制柜的正面，音箱放于水泵控制柜的上部。单片机微处理控制模块与水泵控制柜通过触摸屏（2）的232串口线接口、通过固态继电器（5）的控制端导线连接在一起，构成了一个完整的程控上水装置。水泵（8）及水箱（9）通过逆止阀、水管连接在一起，所述逆止阀靠近水泵一侧，水泵沉于水井地下60m处，而水箱位于楼顶部，水箱体积约15m³，水管长度约150m。浸入式水位传感器（3）沉于水箱（9）底部，浸入式水位传感器（3）为4-20mA电流输出形式，经I/V变换转成1-5V的电压后，输入给单片机微处理控制模块（1）的ADC引脚提取到对应水位信息。

参见图2，触摸屏（2）作为输入、输出装置，在触摸屏（2）上包含有设定最高水位显示数据（206）、设定最低水位显示数据（205）、当前水位显示数据（204）、水位柱状显示条（207）、自动上水启动按键（201）、自动停止控制按键（202）、手动上水启动按键（210）、手动停止控制按键（211）以及对应的自动上水启动、停止变量图标显示（203）、手动上水启动、停止变量显示控件（209），启动时对应的自动上水启动、停止变量图标显示（203）、手动上水启动、停止变量显示控件（209）为绿色指示，停止时对应的自动上水启动、停止变量图标显示（203）、手动上水启动、停止变量显示控件（209）为红色指示，启动、停止对应的自动上水启动、停止变量图标显示（203）、手动上水启动、停止变量显示控件（209）初始化为红色，即水泵上水处于未开启状态。触摸屏（2）是输入、输出装置，作为输出显示装置，单片机微处理控制模块（1）读取到的浸入式水位传感器（3）的水位信息，通过串口将读取到的浸入式水位传感器3的水位信息数据显示在触摸屏当前水位显示数据（204）位置处，同时，水位柱状显示条（207）也会有相对应的位置显示。另外，触摸屏（2）具有实时时钟显示功能，利用表盘、表针控件显示当前时间信息，文本控件显示年、月、日、星期等信息。触摸屏上包含有设定最低水位数据（205）、设定最高水位数据（206），当点击触摸屏上设定最低水位显示数据、设定最高水位显示数据（205、206）处时，可以对设定的最低、最高水位进行修改，以便于应用于不同水箱的上水需要。

参见图3，固态继电器（501、502）与水泵控制电路（6）一同安装于控制柜内，固态继电器（501、502）接受I/O1、I/O2的控制信号，单片机微型处理模块（1）经反相器与I/O1、I/O2连接在一起，因此，I/O1、I/O2处的信号与单片机微处理器发出来的信号相反，固态继电器（501、502）的输出端串联接在水泵控制电路6的回路中，以实现对水泵的控制，其中I/O1、固态继电器（501）实现水泵手动上水控制，而I/O2、固态继电器（502）实现自动上水控制。水泵控制电路（6）还包括1个空气开关（601），2个交流接触器，4个熔断器（602、623），5个指示灯（608、612、615、620、621），1个急停按钮（622）以及1个热继电器（605）等。

参见图2、图3，水箱程控上水装置工作时，要求空气开关（601）处于闭合状态，此时，经空气开关（601）、熔断器（623）、急停按钮（622）、零线N为电源模块（4）提供220V输入电压，电源模块（4）的输出为5V、12V，分别为系统中的单片机微处理控制模块（1）、触摸屏（2）、浸入式水位传感器（3）进行供电。空气开关（601）、熔断器（623）、急停按钮（622）、电源指示灯（620）与零线N形成回路，电源指示灯（620）点亮，表明系统已供电，如果电源指示灯（620）不亮，请检查线路。此时，热继电器辅助常开触点（614）处于断开状态，因此，空气开关（601）、熔断器（623）、急停按钮（622）、警报指示灯（621）、热继电器辅助常开触点（614）与零线N不能构成回路，因此警报指示灯（621）不亮，表明系统处于无故障状态。

当点击触摸屏上的自动上水按钮（201）时，自动上水启动、停止变量图标显示（203）变成绿色，同时，单片机微处理控制模块（1）通过串口接收到自动上水的信息，此时，如果触摸屏上当前水位显示数据（204）小于设定最低水位显示数据（205），则I/O2为高电平，此时，固态继电器（502）控制端经三极管形成回路，固态继电器（502）的输出端导通，则空气开关（601）、急停按钮（622）、固态继电器（502）、自动上水用交流接触器线圈（609）、热继电器辅助常闭触点（613）与零线N形成回路，此时自动上水用交流接触器主触点（604）吸合，于是，空气开关（601）、熔断器（602）、自动上水用交流接触器主触点（604）、热继电器（605）、水泵（8）形成回路，则水泵自动上水开始，直到水位达到设定最高水位显示数据（206）时，I/O2变为低电平，固态继电器（502）控制端无电流流过，因此固态继电器502的输出端不导通，自动上水用交流接触器线圈（609）无电流流过，所以自动上水用交流接触器主触点（604）断开，水泵断电，自动上水停止；而如果触摸屏上当前水位显示数据（204）在设定的最低水位显示数据（205）与设定最高水位数据（206）之间，则I/O2为低电平，则固态继电器（502）的输出端不导通，自动上水用交流接触器线圈（609）无电流流过，所以自动上水用交流接触器主触点（604）断开，水泵断电，不会自动上水。整个过程中无需人工看守。

如果想要切换自动上水到手动上水时，则需要先点击触摸屏上的自动停止按钮（202），此时，自动上水启动、停止变量图标显示（203）变成红色。

当点击触摸屏上的手动上水按钮（210）时，手动上水启动、停止变量显示控件（209）变成绿色，同时，单片机微处理控制模块（1）通过串口接收到手动上水的信息，此时，I/O1为高电平，固态继电器（501）控制端经三极管形成回路，固态继电器（501）的输出端导通，此时，控制回路经空气开关（601）、急停按钮（622）、固态继电器（501）、手动上水停止按钮（610）、手动上水用交流接触器辅助常闭触点（611）、手动上水启动按钮（619）、手动上水用交流接触器线圈（617）、热继电器辅助常闭触点（613）与零线N形成回路，手动上水停止指示灯（612）点亮，但由于手动上水启动按钮（619）未按下，则手动上水处于未开启状态；如果按下手动启动按钮（619），则控制回路经空气开关（601）、急停按钮（622）、固态继电器（501）、手动上水停止按钮（610）、手动上水启动按钮（619）、手动上水用交流接触器线圈（617）、热继电器辅助常闭触点（613）与零线N形成回路，此时，手动上水用交流接触器主触点（603）吸合，同时，手动上水用交流接触器辅助常开触点（616、618）吸合，于是空气开关（601）、熔断器（602）、手动上水用交流接触器主触点（603）、热继电器（605）、水泵（8）形成回路，水泵手动上水开始，同时手动上水启动指示灯（615）点亮，其中，手动上水用交流接触器辅助常开触点（618）吸合后，可以避免因手动上水启动按钮（619）在复位弹簧的作用下恢复原位而造成电路断路，手动上水用交流接触器辅助常闭触点（611）断开，手动上水停止指示灯（612）熄灭。手动上水方式与设定最低水位显示数据（205）无关，在任何位置均可以实现手动上水。而手动上水停止时，如果采用人工方式时，可以在当前水位显示数据（204）在任何位置时按下手动上水停止按钮（610），则手动上水用交流接触器线圈（617）失电，手动上水用交流接触器主触点（603）断开，则手动上水停止，手动上水停止指示灯（612）点亮，而手动上水启动指示灯（615）熄灭。此时I/O1仍为高电平，下次需要手当上水时，只需按下手动上水启动按钮（619）即可再次实现手动上水。如果不需要人工停止手动上水时，则控制系统根据单片机微处理控制模块（1）读取到的浸入式水位传感器（3）的水位信息，如果当前水位显示数据（204）达到设定最高水位显示数据（206）时，则I/O1变为低电平，则固态继电器（501）输出端断开，则手动上水停止，但此时，手动上水启动、停止变量显示控件（209）仍为绿色。下次需要手动上水时，只需要点击触摸屏上的手动上水按钮（210），I/O1会变为高电平，即可再次实现手动上水。

如果想要切换手动上水到自动上水时，则需要先点击触摸屏上的手动停止按钮（211），此时，手动上水启动、停止变量显示控件（209）会变成红色，再点击触摸屏上的自动启动按钮（201），便可实现水箱上水的自动控制。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种水箱自动上水触摸屏控制器，包括单片机微处理控制模块（1）、触摸屏（2）、浸入式水位传感器（3）、电源模块（4）、固态继电器（5）、水泵控制电路（6）、音箱（7）、水泵（8）、水箱（9），其特征在于：所述的单片机微处理控制模块（1）、电源模块（4）安于CPU控制箱中，所述的触摸屏（2）、固态继电器（5）、水泵控制电路（6）安于水泵控制箱中，所述的音箱（7）在水泵控制箱上部，单片机微处理控制模块（1）提取浸入式水位传感器（3）的水位信息，所述的水泵（8）及水箱（9）通过逆止阀、水管连接在一起，CPU控制箱与水泵控制箱通过串口线、导线连在一起；所述的单片机微处理控制模块（1）单片机为STC12C5A60S2，其供电由电源模块（4）提供；所述触摸屏（2）作为输出装置，在电源模块（4）提供电源的基础上，通过触摸屏上的自动启动按钮（201）、自动停止按钮（202）、手动启动按钮（210）、手动停止按钮（211），配合单片机微处理控制模块（1）、浸入式水位传感器（3）、固态继电器（5）、水泵控制电路（6）可以实现自动上水、停止以及手动上水、停止的功能，且自动上水、手动上水均无需人工看守，对应的自动上水启动、停止变量图标显示（203）、手动上水启动、停止变量显示控件（209）用绿色或红色指示启动或停止，自动上水启动、停止变量图标显示（203）、手动上水启动、停止变量显示控件（209）初始化为红色，即水泵上水处于未开启状态，触摸屏（2）具有实时时钟显示功能，利用表盘、表针控件显示当前时间信息，文本控件显示年、月、日、星期信息；所述触摸屏（2）作为输入装置，单片机微处理控制模块（1）读取到的浸入式水位传感器（3）的水位信息，通过串口将读取到的浸入式水位传感器（3）的水位数据显示在触摸屏上当前水位显示数据（204）位置处，同时，水位柱状显示条（207）也会有相对应的位置显示，触摸屏上包含有设定最低水位显示数据（205）、设定最高水位显示数据（206），当点击触摸屏上设定最低水位显示数据、设定最高水位显示数据（205、206）处时，可以对设定的最低、最高水位进行修改，以便于应用于不同水箱的上水需要；所述的浸入式水位传感器（3）沉于水箱（9）底部，选择浸入式水位传感器（3）为4-20mA电流输出形式，经I/V变换转成1-5V的电压后，输入给单片机STC12C5A60S2的ADC引脚提取到对应水位信息；所述的水泵控制电路（6）还包括1个空气开关、2个交流接触器、4个熔断器、5个指示灯、1个急停开关以及1个热继电器，配合单片机微处理控制模块（1）、触摸屏（2）、浸入式水位传感器（3）、固态继电器（5）实现水泵的手动、自动上水控制，且无需人工进行看守；

工作时，要求空气开关（601）处于闭合状态，此时，经空气开关（601）、熔断器（623）、急停按钮（622）、零线N为电源模块（4）提供220V输入电压，电源模块（4）的输出为5V、12V，分别为系统中的单片机微处理控制模块（1）、触摸屏（2）、浸入式水位传感器（3）进行供电；空气开关（601）、熔断器（623）、急停按钮（622）、电源指示灯（620）与零线N形成回路，电源指示灯（620）点亮，表明系统已供电，如果电源指示灯（620）不亮，请检查线路；此时，热继电器辅助常开触点（614）处于断开状态，因此，空气开关（601）、熔断器（623）、急停按钮（622）、警报指示灯（621）、热继电器辅助常开触点（614）与零线N不能构成回路，因此警报指示灯（621）不亮，表明系统处于无故障状态；

当点击触摸屏上的自动上水按钮（201）时，自动上水启动、停止变量图标显示（203）变成绿色，同时，单片机微处理控制模块（1）通过串口接收到自动上水的信息，此时，如果触摸屏上当前水位显示数据（204）小于设定最低水位显示数据（205），则I/O2为高电平，此时，固态继电器（502）控制端经三极管形成回路，固态继电器（502）的输出端导通，则空气开关（601）、急停按钮（622）、固态继电器（502）、自动上水用交流接触器线圈（609）、热继电器辅助常闭触点（613）与零线N形成回路，此时自动上水用交流接触器主触点（604）吸合，于是，空气开关（601）、熔断器（602）、自动上水用交流接触器主触点（604）、热继电器（605）、水泵（8）形成回路，则水泵自动上水开始，直到水位达到设定最高水位显示数据（206）时，I/O2变为低电平，固态继电器（502）控制端无电流流过，因此固态继电器（502）的输出端不导通，自动上水用交流接触器线圈（609）无电流流过，所以自动上水用交流接触器主触点（604）断开，水泵断电，自动上水停止；而如果触摸屏上当前水位显示数据（204）在设定最低水位显示数据（205）与设定最高水位显示数据（206）之间，则I/O2为低电平，则固态继电器（502）的输出端不导通，自动上水用交流接触器线圈（609）无电流流过，所以自动上水用交流接触器主触点（604）断开，水泵断电，不会自动上水；

如果想要切换自动上水到手动上水时，则需要先点击触摸屏上的自动停止按钮（202），此时，自动上水启动、停止变量图标显示（203）变成红色；

当点击触摸屏上的手动上水按钮（210）时，手动上水启动、停止变量显示控件（209）变成绿色，同时，单片机微处理控制模块（1）通过串口接收到手动上水的信息，此时，I/O1为高电平，固态继电器（501）控制端经三极管形成回路，固态继电器（501）的输出端导通，此时，控制回路经空气开关（601）、急停按钮（622）、固态继电器（501）、手动上水停止按钮（610）、手动上水用交流接触器辅助常闭触点（611）、手动上水启动按钮（619）、手动上水用交流接触器线圈（617）、热继电器辅助常闭触点（613）与零线N形成回路，手动上水停止指示灯（612）点亮，但由于手动上水启动按钮（619）未按下，则手动上水处于未开启状态；如果按下手动启动按钮（619），则控制回路经空气开关（601）、急停按钮（622）、固态继电器（501）、手动上水停止按钮（610）、手动上水启动按钮（619）、手动上水用交流接触器线圈（617）、热继电器辅助常闭触点（613）与零线N形成回路，此时，手动上水用交流接触器主触点（603）吸合，同时，手动上水用交流接触器辅助常开触点（616）、（618）吸合，于是空气开关（601）、熔断器（602）、手动上水用交流接触器主触点（603）、热继电器（605）、水泵（8）形成回路，水泵手动上水开始，同时手动上水启动指示灯（615）点亮，其中，手动上水用交流接触器辅助常开触点（618）吸合后，可以避免因手动上水启动按钮（619）在复位弹簧的作用下恢复原位而造成电路断路，手动上水用交流接触器辅助常闭触点（611）断开，手动上水停止指示灯（612）熄灭；手动上水方式与设定最低水位显示数据（205）无关，在任何位置均可以实现手动上水；而手动上水停止时，如果采用人工方式时，可以在当前水位显示数据（204）在任何位置时按下手动上水停止按钮（610），则手动上水用交流接触器线圈（617）失电，手动上水用交流接触器主触点（603）断开，则手动上水停止，手动上水停止指示灯（612）点亮，而手动上水启动指示灯（615）熄灭；此时I/O1仍为高电平，下次需要手当上水时，只需按下手动上水启动按钮（619）即可再次实现手动上水；如果不需要人工停止手动上水时，则控制系统根据单片机微处理控制模块（1）读取到的浸入式水位传感器（3）的水位信息，如果当前水位显示数据（204）达到设定最高水位显示数据（206）时，则I/O1变为低电平，则固态继电器（501）输出端断开，则手动上水停止，但此时，手动上水启动、停止变量显示控件（209）仍为绿色；下次需要手动上水时，只需要点击触摸屏上的手动上水按钮（210），I/O1会变为高电平，即可再次实现手动上水；

如果想要切换手动上水到自动上水时，则需要先点击触摸屏上的手动停止按钮（211），此时，手动上水启动、停止变量显示控件（209）会变成红色，再点击触摸屏上的自动启动按钮（201），便可实现水箱上水的自动控制。

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