水塔控制系统的实践与探析（二）

1 / 8 水塔控制系统的实践与探析（二） 本资料为 WoRD 文档，请点击下载地址下载全文下载地址 水塔控制系统的实践与探析（二） 2、第二种控制方案的设计 如下图： 9 在本方案中，浮球、连杆、重锤、水位检测电位器等构成水位检测装置，它们与水塔水池形成一个整体，检测电位器的三根引线与远处控制室中的比较器连接，实现了远距离控制水位。 本方案的控制过程：移动水位设定电位器的滑块设定水位的高低，设此时同相输入端（ +）的电压高于反相输入端（ -）的电压，比较器输出高电平，执行器也输出高电平，水泵抽水， 水池水位上升；浮球上浮连杆逆时针转动，带动检测电位器滑块向右移动，检测电位器输出的电压升高；若检测电位器输出的电压高于设定电位器输出的电压，即反相输入端（ -）的电压高于同相输入端的电压，比较器输出低电平，执行器也输出低电平，水泵停止抽水。随着水池水位的下降，水位检测电位器输出的电压也在下降，当低于设定电位器输出的电压时，上述过程又重复进行。 本方案实现了远距离的水位调节，但还存在着当水位稍有下降时，水泵又被启动，也即还是存在水泵频繁启动的问题。 2 / 8 （三）加入控制器实现水泵的间隙抽水 1、为了解决 水泵频繁启动的问题，可让水池水位降到一定低的位置时启动水泵，水位达到我们设定的水位时再关闭水泵。在此我们引入了控制器。 A、控制器模块 模块外形结构： 10 控制器模块的 +12V 电源端、地、输出及指示都与比较器相同，其输入有两组（共四个），一般两组中各有一个输入端被使用，低电平开这一端表示当将低电平开与地连接一下，输出就是高电平，将低电平关与地连接一下，输出就是低电平，这里的低电平、高电平也分别是 0V 和 +6V。当使用高电平开或关时，应分别断开相应的连接片，将控制信号接入。并且接线片断开时，在模块内 部已接了高电平，也就是即使外面不接高电平，断开的这一端也产生了高电平，模块也会产生相应的动作。这是为简化使用方法而设计的。 模块内部电路： 11 B、认识控制器 3 / 8 a、利用上述电路和连接件体验控制器的一个功能。 用连接件先将低电平关与地短接一下，注意此时输出指示灯的亮灭情况。 结果：应是灭。 先猜测一下用连接件将低电平开与地连接，输出指示灯亮还是灭？然后连接以进行证明。 如果将连接线断开，让学生猜测，输出指示灯还亮着吗？然后进行证明。 结果：尽管低电平开与地已经断开，但输出指 示灯没有随着熄灭，而是继续亮着。 问题：如何使输出指示灯灭？ 结果：只要将低电平关与地短接一下。 实验结论：控制器具有记忆功能。 分别将低电平开与 +6V（高电平）连接（注意：这个 +6V只供这里的试验，不能对外供电，因为在内部接了电阻，用来保护模块），低电平关与 +6V（高电平）连接，让学生猜测指示灯的亮与灭。然后加以证明。 结果：高电平无法通过低电平控制端实现模块的开和关。 通过上述步骤得出： 低电平开和低电平关这两个控制端，只对低电平信号有响应，控制器具有记忆功能。 4 / 8 b、利用上述 电路继续体验控制器的另外两个控制端的功能 先将高电平开的两个螺丝松开，取出连接金属片，取两条连接线分别接在这两个接线柱上，连接线的另一端都插入水中，不要相碰。 再取一条连接线将其一端接地，另一端与低电平关触碰一下，让指示灯熄灭。 如下图： 12 将 中的两条导线的连接片从水中取出（此时高电平开这一端从模块内部产生了高电平），注意指示灯的亮灭。（指示灯亮） 说明：高电平开与下面的高电平关中的高电平不需要外电路提供，只要将高电平开或高电平关与地之间的连接金属片取出，模块内部就会产生高电平，这是 为了简化模块结构进而降低学生的操作难度而设计的，当然外电路提供也可以。 让学生猜测将两接线片重新插入到水中，指示灯亮还是灭。 结果：指示灯还是亮。 将高电平开的连接金属片重新连上，取出高电平关的连接金属片，同样取两条连接线分别接在这两个接线柱上，连接线的另一端都插入水中，不要相碰。 5 / 8 如下图： 13 让学生描述操作的过程（方法），及应产生的现象。 结论：控制器的不同控制端都会产生相应的功能，控制器具有记忆功能。 通过上面反复的体验，学生对控制器模块有了一定的了解。 2、利用控制器实现水塔抽水的间隙控制 水塔控制系统的第三种设计方案。 如下图： 在本例中，当水位达到绿色电极时，绿色电极通过水与黑色电极连通，即低电平关与地连接，控制器输出低电平，执行器输出低电平，水泵输入电压为低电平，也即水泵电压为零，水泵停止抽水。 随着水池中的水被不断放出，水池水位下降，绿色电极露出水面，低电平关获得高电平，但对控制器的输出没有影响。水池水位继续下降，红色电极露出水面，红色电极与黑色电极断开，即红色电极不再接地，也即高电平开获得高电平，6 / 8 控制器输出高电平，执行器输出高电 平，水泵得电开始抽水。水池水位上升，红色电极通过水与黑色电极连通，即红色电极接低电平，但低电平不对控制器产生作用，水泵继续工作，直到水位达到绿色电极，水泵才停止工作。 在本例中，由于设定了进水水位，和停止进水的水位，使得水泵的工作是间隙进行的。保护了设备。开始进水的水位高低可以通过变红色电极的高低来实现，结束进水的水位高低可以通过改变绿色电极的高低来实现。这里实际上有两个比较器，只不过通过机械位置的改变来实现。 15 3、水塔控制系统的第四种设计方案。 第三种方案虽然实现了水位高度的控制，在现实 生活中，我们经常希望能实现远程控制，因此我们还有对第三种方案进行优化的可能。下图是第四种方案。 本系统的工作过程： 将水位设定电位器的滑块，移到需要的位置，即设定了水池中水面能达到的最高位置。也即给比较器的同相输入端设定了一个电压。 检测电位器滑块所在的位置通过浮球、连杆、重锤等作用而受水池水位的控制，设此时检测电位器输出的电压比设定7 / 8 电位器输出的电压低，即比较器的反相端电压低于同相端的电压，比较器输出高电平（ 6V） ,由于此输出端是接控制器低电平关的，因此控制器输出不变，即维持原来的高电平输出， 水泵继续抽水。 随着水位的上升，检测电位器输出的电压超过了设定电位器输出的电压，比较器输出低电平（ 0V），这一低电平使控制器产生响应，输出低电平，水泵失电而停止抽水。 随着水池水位的下降，当检测电位器的电压下降到比设定电位器电压低时，比较器输出高电平（ 6V），但这个高电平不构成对控制器的控制作用。 水池水位继续下降，当下降到绿色电极露出水面，也即高电平控制端不再通过水接地，此时高电平开控制端获得高电平，控制器输出高电平，水泵得电抽水。水池水位在上升。 又回到 的状态，不断循环。 本系统由于 将控制器，比较器等有机的结合在一起，实现了高水位的远程控制。 总结： 水塔控制系统，还有许多值得优化的地方，可供学有余力的学生继续改进。本系统的模块，还可进行其他扩展应用，如教材中的定时抽水系统（开环系统），声控灯、光控灯等。 8 / 8 本材料的特色： 结构简单，面对不同层次的学生，可进行不同的实践活动，每个模块，经简单的与电源连接，就可以探究其功能，在连接较复杂的系统时，由于每个模块，都有输出，电源等指示，容易发现问题，降