在观赏鱼养殖或家庭水族箱管理中，维持水位的稳定至关重要。水位过低不仅影响观赏效果，更可能危及鱼类生存。本文基于NE555时基集成电路，设计一种简单、可靠、低成本的鱼缸水位自动控制装置，其核心目标是：当水位低于预设的下限（如图1中的b点）时，自动启动电动机抽水；水位恢复到安全范围后，自动停止抽水。

一、 系统工作原理与NE555功能概述

整个控制系统的核心是NE555集成电路。NE555是一种极富盛名且应用广泛的模拟-数字混合集成定时器芯片。根据图1中提供的输入输出关系表，我们可以将其在本次设计中的工作模式理解为一种施密特触发器（双稳态模式） 或由外部传感器触发的单稳态模式的变体应用。其核心特性是：输出状态（高电平或低电平）由特定引脚（如触发引脚TRIG和阈值引脚THRES）的电压与内部参考电压的比较结果决定，具有滞回特性，可以有效防止水位在临界点附近波动时电机的频繁启停（即“抖动”）。

在本设计中，我们将水位探测点（如图1中的a点和b点）作为传感器。通常，a点设置为水位上限探测点，b点设置为水位下限探测点。水位本身作为可变电阻或开关使用：当水位淹没电极时，电极间通过水导电，电阻很小；当水位离开电极时，电极间开路，电阻极大。

二、 电路设计思路与连接方案

1. 水位传感部分：

• 使用三根导电探针（或金属电极）垂直插入鱼缸。一根公共端（例如接电源Vcc），另外两根分别对应高位点a和低位点b。

• b点是控制关键。当水位高于b点时，b点探针与公共端通过水导通，使连接b点的电路节点（通常连接到NE555的触发引脚，如第2脚）处于一个特定的电平（例如高电平）。

• 当水位低于b点时，b点探针与公共端之间断开，该节点电平被上拉或下拉电阻改变（例如变为低电平）。这个电平变化将作为NE555的触发信号。

1. NE555核心控制部分：

• 将NE555配置为单稳态模式或一种特定的比较器模式。这里更常用的是利用其触发引脚(2)和复位引脚(4)。

• 设计要点：

• 触发条件：水位低于b点 → b点电极断开 → 触发引脚(2)电压降至低于(1/3)Vcc → 符合触发条件。

• 输出动作：一旦触发，NE555输出引脚(3)立即从低电平跳变为高电平，并维持一段时间（由外部RC电路决定，或在本水位控制中，我们希望维持到水位恢复，因此需要结合a点进行复位）。

• 复位/停止条件：输出高电平驱动继电器或晶体管，使电动机开始抽水。水位随之上升。当水位淹没a点时，a点电极导通，可以将一个信号（例如高电平）送至NE555的复位引脚(4)。当复位引脚(4)收到有效信号（低电平有效复位时接低电平，高电平有效时接高电平，需根据电路设计），NE555输出立即复位为低电平，电动机停止工作。

• 另一种更优的设计是使用双探头（b点和公共端）结合NE555的施密特触发器特性。将b点信号送至触发端。当水位低于b，触发输出高电平驱动电机；当水位上升，虽然重新淹没b点，但由于施密特触发器的滞回特性，输出不会立即改变，直到水位上升到远高于b点（由另一个电阻分压点设定，替代了物理a点）或通过一个延时电路后才停止，这样可以确保每次补水都有足够的量，避免电机短时间循环启停。

1. 执行机构部分：

• NE555的输出引脚(3)驱动能力有限（约200mA），不能直接驱动大功率水泵电机。

• 需要使用一个晶体管（如NPN型三极管） 或继电器模块作为驱动开关。当NE555输出高电平时，晶体管饱和导通或继电器吸合，使水泵电机通电工作；输出低电平时，晶体管截止或继电器释放，电机断电停止。

• 必须注意：在与交流市电驱动的水泵连接时，务必使用继电器进行电气隔离，确保控制电路的安全。

三、 集成电路设计

基于NE555的鱼缸水位自动控制电路设计，巧妙地将水位变化转化为电信号，利用NE555稳定的触发与复位功能，控制执行机构的通断。其核心逻辑映射如下：

• 输入状态（水位低于b点）：触发 → 输出动作（OUT=High）：电机运行。
• 复位条件（水位达到a点）：复位 → 输出动作（OUT=Low）：电机停止。

这种设计结构简单、成本低廉、抗干扰能力较强（得益于NE555的滞回特性），非常适合家庭或小型鱼缸的水位自动维护。在实际制作中，需要仔细调整探测电极的位置、上拉/下拉电阻的阻值以及可能用到的RC定时参数，以确保系统稳定可靠地运行。