水塔控制系统的实践与探析（二）

1、2、第二种控制方案的设计如下图：在本方案屮，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屮的比较器连 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

2、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。（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：输岀o电源指示 徐岀指示o|控制器地模块接线煤丝模块固定孔（扶4个）（共9个）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

3、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:注意：本模块在使用时，如果高电平幵与高电平关没有被使用，它们与地之间的连接片不能 取出，否则模块不能正常工作。具体参考下面的使用案例。ab、认识控制器ab、认识控制器a.利用上述电路和连接件体验控制器的一个功能。

4、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，让学牛猜测，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 兄着。 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

5、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。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，取出连接金屈片，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:电源 将中的两条导线的连接片从水中取岀（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

6、之间的连接金属片取岀，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。如下图: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：在本例屮，当水位达到

7、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，绿色电极露岀水面，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，红色电极露岀水 而，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, 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

8、，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。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

9、控制，设此时检测电位器输出的电压比设定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，因此控制器输岀不变，即维持原来的高电平输岀，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，输岀低电平，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而，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，述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。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