水塔水位闭环电子控制系统的设计与制作课件

1、水塔水位闭环电子控制系统的设计与制作水塔水位闭环电子控制系统的设计与制作基于技术与设计1、2实践教学问题分析一、实践教学开展少二、实践教学达不到课程标准要求(迷茫)1、怎样的实践教学才是和课标要求相一致？2、实践教学应该开展哪些项目？3、实践教学开多少课比较合适？4、实践教学在时间和空间上这样安排？5、实践教学怎样进行评价？6、实践教学的模式应该是怎样的？2基于技术与设计1、2实践教学问题分析一、实践教学开展少4基于技术设计1、2如何开展实践教学一、以课程标准为指引二、以教材为立足点、以技术设计为主线、建 立实践教学的模式和项目三、以计划为保证四、以评价为激励五、几个实践教学案例3基于技术设计

2、1、2如何开展实践教学5一、以课程标准为指引1、技术课程以学生的亲手操作、亲身情境、亲身体验为基础，强调学生的全员参与和全程参与。2、“技术与设计1”、 “技术与设计2”的基本内容是技术设计。是技术的基础内容，是技术发展的关键，是培养学生创新精神和实践能力的良好载体。3、这里的设计以新产品设计为依托，是一个大设计的概念，包括问题的确认、设计方案的制定，原型与模型的制作、方案的优化等在内的完整的设计过程，而不是单纯的图纸设计。4、每个学习者通过观察、调查、设计、制作、试验等活动获得丰富的“操作”体验，进而获得情感态度、价值观以及技术能力的发展。5、通用技术课程应当避免机械的单一的技能训练。4一、

3、以课程标准为指引1、技术课程以学生的亲手操作、亲身情境、二、以教材为立足点、以技术设计为主线、建立实践教学的模式和项目模式：（一）大设计实践教学模式（二）单项实践教学模式（三）实践教学的时空模式5二、以教材为立足点、以技术设计为主线、建立实践教学的模式和项（一）大设计实践教学模式和项目1、大设计实践教学模式经历设计的全部过程：包括发现与明确问题、制定设计方案、制作模型或原型、技术试验评估和优化。2、大设计实践教学模式的项目：（1）便携式小凳的设计与制作（2）学生用台灯的设计与制作（3）自锁牛奶箱的设计与制作（4）水塔水位闭环电子控制系统的设计与制作（5）智能晾衣架的设计与制作6（一）大设计实践

4、教学模式和项目1、大设计实践教学模式8（二）单项实践教学模式指大设计过程中的某一个环节1、调查和收集信息2、方案设计3、技术探究4、技能操作5、技术试验7（二）单项实践教学模式指大设计过程中的某一个环节9单项实践教学模式的项目1、调查和收集信息项目:(1)调查当地工业或农业某项技术产生的背景和发展过程,理解发明和革新的价值.(2)调查互联网、克隆技术、转基因食品等可能造成的正面和负面的影响。(3)水塔自动供水系统应用调查(4)收集所设计技术产品的有关信息 8单项实践教学模式的项目1、调查和收集信息10单项实践教学模式的项目 2、方案设计（侧重方案构思、图样绘制）项目：（1）教室雨伞架（柜）的设

5、计（2）台式相片架支撑部分的结构设计（3）学校动会比赛赛程设计（4）家庭水、电、电话、网络管线系统的设计（5）视力保护控制器的设计 9单项实践教学模式的项目 2、方案设计（侧重方案构思、图样绘制单项实践教学模式的项目3、技术探究（侧重技术原理）项目:(1)水火箭的制作 (2)橡皮筋动力飞机的制作(3)纸制桥梁的制作(4)风力超重机的制作10单项实践教学模式的项目3、技术探究（侧重技术原理）12单项实践教学模式的项目4、技能操作项目:(1)小铁锤的制作 (2)木制三角架的制作 (3)孔明锁的制作(4)人工鸟巢的制作(5)印制电路板的焊接11单项实践教学模式的项目4、技能操作13单项实践教学模式的

6、项目5、技术试验项目:(1)纸质桥梁承重能力的试验 (2)不同截面形状纸筒的强度试验 (3)不同保温瓶的保温、保凉性能试验(4)跨栏架的不稳定性试验(5)自制小板凳承重能力的试验12单项实践教学模式的项目5、技术试验14（三）实践教学的时空模式1、随堂实践模式2、操作室（集中）实践模式3、节假日实践模式13（三）实践教学的时空模式1、随堂实践模式15三、以计划为保证 学期初应制定出本学期的实践教学计划，并提前做好各项准备。实践教学项目活动计划表序号教材章节教学内容实践教学项目1技术1第二章技术试验纸张的结构造型与强度的关系的试验2技术1第三章设计的一般过程小板凳的设计3技术1第五章设计方案的制

7、定教室雨伞柜的设计4技术1第七章模型或原型的制作小铁锤的制作、木制小三角架的制作5技术2第一单元结构与设计扑克牌建筑模型的制作6技术2第一单元结构与设计纸质桥梁的制作7技术2第一单元结构与设计自锁牛奶箱的设计与制作8技术2第二单元流程与设计环保纸袋的制作9技术2第三单元系统与设计高中生学习用台灯的设计10技术2第四单元控制与设计水塔水位电子闭环控制系统的设计14三、以计划为保证 学期初应制定出本学期的实践教四、以评价为激励（1）评价是普通高中学生综合素质评价实施 意见的要求（2）评价是真实、客观地收集和记录学生项目 活动的基本情况的需要，（3）评价是对学生进行客观公正的评价，有利 于提高学生参

8、与实践项目设计与制作的积 极性。（4）评价方法要又好、又简、又便、又快，减 轻教师的负担。15四、以评价为激励（1）评价是普通高中学生综合素质评价实施 便携式小凳的设计与制作项目活动任务书16便携式小凳的设计与制作项目活动任务书18便携式小凳的设计与制作项目活动评价表17便携式小凳的设计与制作项目活动评价表19简易小铁锤的加工制作项目活动任务书18简易小铁锤的加工制作项目活动任务书20简易小铁锤的加工制作项目活动评价表19简易小铁锤的加工制作项目活动评价表21不同截面形状纸筒的强度试验项目活动任务书 20不同截面形状纸筒的强度试验项目活动任务书 22不同截面形状纸筒的强度试验项目活动评价表 2

9、1不同截面形状纸筒的强度试验项目活动评价表 23通用技术项目测评结果汇总表 班级 通用技术项目测评结果汇总表22通用技术项目测评结果汇总表 班级 通用技术等第认定表（学年认定）通用技术等第认定表（学年认定） 班级 学号姓名水平（A、P、E）表现学分项目活动完成情况获奖情况最终等第指导教师审核 年 月 日学校综合素质测评工作委员审核 年 月 日23通用技术等第认定表（学年认定）通用技术等第认定表（学年认定）五、几个实践教学案例1、自锁牛奶箱的设计与制作2、水塔水位闭环电子控制系统的设计与制作3、智能晾衣架的设计与制作24五、几个实践教学案例1、自锁牛奶箱的设计与制作261、自锁牛奶箱的设计与制作

10、251、自锁牛奶箱的设计与制作271、发现问题 小区中居民订的鲜奶经常发现被除人喝掉，如果牛奶箱上锁，那么送奶工必须随身带很多钥匙，非常不方便，能不能设计一种牛奶箱，使送牛奶工不用钥匙，而用户须用钥匙才能打开牛奶箱。261、发现问题 小区中居民订的鲜奶经常发现被除人喝掉，如2、方案设计1234272、方案设计1234293、制作成型283、制作成型302、水塔水位闭环电子控制系统的设计与制作292、水塔水位闭环电子控制系统的设计与制作31一、设计背景和意义 （一）背景（发现问题） 我们经常看见学校水塔下的一根很粗的水管哗哗的流着清澈的水，看着很是心痛，据说，是水泵向水塔打水，满了以后溢出来的。

11、另外在宿舍里我们也经常发现打开水龙头后没有自来水，据说是水塔里没有水了。此刻一个想法在我们头脑中形成，有什么办法能让水塔满时水泵停止打水，水塔没水时水泵能自动打水，我们觉得这个问题值得研究，30一、设计背景和意义 （一）背景（发现问题）32（二）意义 经调查研究，我们发现这项设计有广阔的应用范围，在单位、学校、居民小区很多都存在二次供水的问题，即：自来水厂的供水不能直接供到高层建筑，水厂的水供到单位、学校、居民小区的蓄水池，再由水泵打到水塔，再由水塔向各用户供水的二次供水模式。这种供水模式在打水时要有专人看守，既是这样也不能保证不发生我们学校所发现的现象。在农村自建的水厂也存在这样的问题。而这

12、些问题都可以通过水塔水位闭环电子控制系统来解决。另外地下室和矿井地下水的排水也需要在水满时向外排水，水浅时停止排水，也可以用水塔水位闭环电子控制系统来解决这个问题。更为重要的是可通过这项设计和制作提高我们发现问题解决问题的能力，提高我们对自动控制系统的认识，增强我们的动手能力，激发我们学习的积极性和主动性。最终实现知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的三维目标。31（二）意义33 好的规划是设计成功的关键，在明确了项目设计的主题和功能后，我们对水箱水位闭环电子控制系统的设计和应用进行了总体规划：1、调查研究（08年11月1 日11月20日）2、查阅资料和学习（08年11月21 日12月10

13、日）3、控制系统设计（08年12月11 日12月31日）4、选择、制作电子元件和配件（09年1月1 日09年2月10日）5、安装和调试（09年2月11 日2月25日）6、撰写项目设计说明书（09年2月26 日3月10日）二、项目设计总体规划32 好的规划是设计成功的关键，在明确了项目设计的主三、项目设计制作的过程和方法（一）调查研究： 调查提纲： 1、自来水公司调查：（1）每天的供水量是多少？（2）水厂的水压能供到几 层楼（压力）（3）用的是什么类型的水泵？（4）离心泵抽水时是否有自动加引水装 置？（5）高层建筑的供水问题如何解决？33三、项目设计制作的过程和方法（一）调查研究：35 （6）你

14、们自己有水塔吗？（7）水塔供水是自动控制 还是人工控制？（8）你们的自动控制用的 是什么控制电路？（9）传感器是什么类型的？（10）如何解决自动控制中 的水泵加引水问题？（11）为什么不用自动控制 系统？2、小区及单位调查：34 2、小区及单位调查：36（12）你们村有自来水吗？（13）村里有自来水厂？（14）家里有水井吗？（15）水井中的水是人工打还 水泵打？（16）自己家里有水塔吗？（17）水塔中水满了或水没了 是人工控制还 是自动 控制？（18）现有自动控制水塔水位 的装置你们想不想装？3、农村调查：353、农村调查：37 自来水公司：目前自来水公司的供水压力只能供到三、四层左右，很多单

15、位和小区有高层建筑或地势比较高，大都采用二次供水或二次加压模式。 单位和小区：很多水塔水位的控制还是人工控制，效率低，劳动强度大。 农村：很多井水使用时要用水泵打到自制的水塔后再通过水管接到院中使用。 经调查研究我们了解到水塔水位自动控制系统的应用还很广泛的，这大大增强了我们设计制作水塔水位自动控制系统的信心。4、调查结果：364、调查结果：38（二）收集资料和学习培训 首先我们在调查研究的基础上广泛的收集信息并查阅大量的资料。 在指导老师的推荐下，我们比较系统的学习了电子控制系统、技术与设计等书籍，从中我们了解了电子控制系统的组成和工作原理、开环电子控制系统和闭环控制系统的原理、传感器的种类

16、和应用、继电器的作用和类型等。 37（二）收集资料和学习培训 首先我们在调查研究 在指导老师的帮助下，还进行了电工的实践操作训练，学会了各种电工工具的使用，导线的连接方法等。 通过互联网查阅了水塔水位自动控制系统的产品和系统组成，为下一步设计制作打下了坚实的基础。38 在指导老师的帮助下，还进行了电工的实践操作训练（三）水塔水位自动控制系统设计 为了便于设计的实施和制作，我们计划设计制作一个水塔水位自动控制系统模型。 1、设计要求：（1）设计和制作一个水塔水位闭环电子控制系统的 模型。（2）能全真模拟水塔中水位的自动控制。（3）功耗低，体积小，成本低。（4）结构牢固、美观39（三）水塔水位自动

17、控制系统设计 为了便于设计的实输入（设定水位）控制器（集成电路）执行器（水泵）控制对象（水塔）控制量(水流量）输出(实际水位）检测装置(水位探头) （1）根据对设计要求的分析，要求当水塔水位到达低水位时要自动启动水泵供水，当水塔水位达到高水位时能自动关闭水泵，因此必须对水位进行检测，并能反馈所测的结果，实现这一控制需要采用闭环电子控制系统。 （2）根据水塔水位闭环电子控制系统方框图，选择合适的输入、控制器（处理）、执行器、被控对象、检测装置的实用电路、电子元器件、设备等。2、设计分析：40输入控制器（集成电路）执行器控制对象控制量输出检测装置 （1）水塔水位闭环电子控制系统示意图水位闭环电子控

18、制系统示意图控制器水泵水塔进水管放水管水位探头水池cb3、设计方案：41 （1）水塔水位闭环电子控制系统示意图水位闭环电子控制系统（四）选择、制作电子元件和器材（1）控制器电子元件的选择 组成控制器控制系统的电路,可以有三种选择，一是用晶体管组成控制系统电路；二是用集成电路组成控制系统的电路，如可用JN6201集成电路或CB7555集成电路；三是采用定型产品液位继电器（右图）。从电路的稳定性、便于安装考虑，我们选择了第三种液位继电器作为控制电路。 三、液位继电器一、晶体管组成控制系统电路二、集成电路组成控制系统的电路42（四）选择、制作电子元件和器材（1）控制器电子元件的选择三、（2）执行器的

19、选择 执行器主要由水泵组成，水泵的种类有很多，如；离心泵、活塞泵、齿轮泵、潜水泵、管道泵等。因离心泵要加自动引水装置，经考虑我们选择了不用加引水，而且效率较高且体积较小的齿轮泵。齿轮泵潜水泵离心泵43（2）执行器的选择齿轮泵潜水泵离心泵45（3）被控对象水塔的选择 水塔选用了透明的又便于安装传感器的塑料瓶代替（右图）。 水塔下的阀门采用了12毫米的小球阀，（下图） 。水塔水位探头44（3）被控对象水塔的选择水塔水位探头46（4）水池用一个长方形的塑料盆代替。45（4）水池用一个长方形的塑料盆代替。47（1）连通电路：简单地把控制 系统电路连接起来（2）将探头放入水杯中，水泵进水管放入有水的盆中

20、，接通电源，此时水泵工作，将水打入有探头的杯中，当水位到达高水位时，水泵能自动停止工作。这时减少杯中的水到低水位时，水泵又开始工作，试验成功。（3）在初步成功后，对系统进行 了优化，并按示意图进行组装，不但要考虑安装的正确，还要考虑布局的美观，最后我们终于设计和制作成功。安装（五）安装和调试46（1）连通电路：简单地把控制安装（五）安装和调试48（六）水箱水位闭环电子控制系统使用说明书 1、通过注水口向水池（方盆）中注入半池水。2、关闭水塔下阀门。3、接通电源后打开电源开关。4、水泵开始供水，当水位到达高水位时水泵自动关 闭，停止供水。5、打开水塔下的阀门。6、水塔开始放水，到达低水位时，水泵

21、自动启动， 向水塔供水。7、把水塔下阀门适当关小（放水速度小于供水速 度）。8、此后便进入自动循环状态，到高水位时水泵停止 工作，低水位时自动启动水泵。47（六）水箱水位闭环电子控制系统使用说明书 1、通过注水口向水4850四、供水控制系统自动化发展前景和趋势 二次加压新模式 随着科学的发展和技术的进步，一种新的高科技的供水控制系统模式，已在一些高档楼盘投入使用，这种被称为“二次加压”的新模式，已取消了水塔供 水的二次供水模式，而采用了二次加压，当用户用水量大时，管道内压力降低，水泵转速加快，以保证管道内的压力，当用户用水量减少时，管道内压力增高，水泵转速减慢，能始终保持管道内的压力，从而保证

22、各户的正常用水。这种供水模式的优点是不用水塔，减少了水的二次污染的可能，目前长兴“国际花园”等高档楼盘已用上了这种供水模式。缺点是一次性投资较大，设备的技术维护费用增加，但这是一种发展趋势。但目前水箱水位闭环电子控制系统在用水量不大的单位、农村，矿井地下水的排泄等场所仍有广阔的空间，在若干年内两种模式将共存发展，相信会有更现代化的供水模式产生，因为科学和技术的发展是无限的。49四、供水控制系统自动化发展前景和趋势二次加压新模式 3、智能晾衣架的设计与制作503、智能晾衣架的设计与制作52一、设计背景和意义 （一）背景我们的设计起因是，晾在家外或宿舍外的衣服，经常被雨水淋湿，如能有一种下雨能自动

23、回收，天晴了能自动晾出，能够自动识别晴天和雨天的晾衣架就好了，这是我们许多同学的想法。51一、设计背景和意义 （一）背景53 晾晒衣物是每家每户日常生活中的重要内容，衣物经太阳照射能够杀菌消毒，既卫生又健康。但是许多上班族因担心天有不测风云，都不敢把衣物晾晒到室外，而挂在室内或阳台内，完全是一种无奈之举。智能晾衣架能够自动识别晴天和雨天，下雨能自动回收，天晴了能自动晾出，能够解决上班族晾晒衣物的后顾之忧，有很好的应用价值。（二）意义52 晾晒衣物是每家每户日常生活中的重要内容，衣物经太 为了保证设计的顺利进行，我们对智能晾衣架的设计与制作进行了总体规划。 1、调查研究（09年11月1 日11月

24、20日） 2、查阅资料和学习（09年11月21 日12月10日） 3、控制系统设计（09年12月11 日12月31日） 4、选择、制作电子元件和配件（10年1月1 日10 年2月10日） 5、安装和调试（10年2月11 日3月11日） 6、撰写项目设计说明书（10年3月12 日3月30日）二、项目设计总体规划53二、项目设计总体规划55三、项目设计制作的过程和方法（一）要设计好智能晾衣架关键要明确以下几个问题：1、电子控制系统信息的获取与转换。2、电子控制系统信号的处理和放大。3、电子控制系统的执行部件。4、传动系统。5、稳压电源。54三、项目设计制作的过程和方法1、电子控制系统信息的获取与转

25、换1、成员任务分工 根据以上问题，为了提高效率，利于深入研究，进行了成员任务的合理分工：俞国进：负责总体规划和传感器、继电器资料的收集和选取。周从校：负责电子控制系统信号的处理和放大部分资料的收集、设计和 元件的选取。王燕： 负责传动系统和稳压电源资料的收集、设计和元器件的选用与 制作。 （二）成员任务分工及前期准备工作55（二）成员任务分工及前期准备工作57（1）收集资料 我们针对已明确的问题，广泛的收集相关信息并查阅大量的资料和理论书籍。 2、前期准备工作56（1）收集资料 2、前期准备工作58 在指导老师的帮助下，比较系统地学习了相关知识和理论，从中我们了解了电子控制系统的组成和工作原理

26、，集成运算放大电路、传感器、继电器、微型电机、的原理、种类及作用。（2）理论学习57 在指导老师的帮助下，比较系统地学习了相关知识和 我们还进行了电子技术、电工技术、木工技术的实践操作训练，学会了各种电子元器件的识别和选用，电子线路的焊接装配技术，常用电子仪器的测量技术，各种电工工具的使用，导线的连接方法等。为下一步设计制作打下了坚实的基础。（3）技能培训58（3）技能培训60 为了便于设计的实施和制作，计划设计制作一个智能晾衣架模型。 1、设计要求：（1）设计制作一个能全真模拟的智能晾衣 架模型。（2）能自动判断晴雨天气，雨天自动收 回，晴天自动伸出。（3）具有手动和自动两种工作状态。（4）

27、功耗低，体积小，成本低。（5）结构牢固、美观（三）智能晾衣架的设计59 为了便于设计的实施和制作，计划设计制作一个智能 我们的设计思路是：利用传感器来获取晴雨天信息并转换成电信号，利用运算放大器组成的放大电路把来自传感器的信号处理、放大后发出指令，控制继电器动作，驱动马达运转，通过传动装置带动晾衣杆收缩或伸张，实现智能晾衣架的功能。同时设置一个手动按钮，同样能控制晾衣伸缩。2、设计分析：602、设计分析：62（1）雨滴信号放大电路设计图： 工作过程：由集成运放A1等构成电压比较器电路，当雨滴落在传感器上面时，集成运放A1输出电信号，再经三极管放大，使继电器吸合。3、设计方案：61（1）雨滴信号

28、放大电路设计图： 工作过程：由集成运放A1等构（2）光照信号放大电路设计图： 工作过程：集成运放A2构成电压比较器电路，当太阳光照到光敏元件时，集成运放A2输出电信号，再经三极管放大，使继电器吸合。 62（2）光照信号放大电路设计图： 工作过程：集成运放A2构成电（3）总体控制线路设计图 ： 可进行手动和自动两种控制，实现手动时收伸自如，自动时智能控制，这就是总体控制线路图。 63（3）总体控制线路设计图 ： 可进行手动和自动（4）传动系统设计示意图：传动原理：传动带下部与晾衣杆连接，当马达通过减速箱带动主动轮旋转时，传动带便带动晾衣杆沿滑轨运动。64（4）传动系统设计示意图：传动原理：传动带

29、下部与晾衣杆连接，（5）稳压电源电路原理图 工作原理：变压器将电压从220V降到9V，经二极管组成的桥式整流电路将交流变成直流，再经三端稳压管稳压，输出5V直流，利用此电源可同时满足马达和放大电路的供电。65（5）稳压电源电路原理图 工作原理：变压器将电压从220V降1、雨滴、光照传感器信号放大电路电子元件的选择 根据雨滴、光照传感器信号放大电路设计图，我们通过淘宝网和电子市场采购了各种电子元器件：（1）主要元件为LM358双运算放大器。LM358内部电路图LM358外形图（四）选择、制作电子元件和器材661、雨滴、光照传感器信号放大电路电子元件的选择LM358内部 雨滴传感器是用敷铜板做成的

30、，光照传感器采用3DU11硅光敏三极管（见下图）（2）雨滴、光照传感器67 雨滴传感器是用敷铜板做成的，光照传感器采用3D（3）主要电子元器件见下表：名称型号技术参数数量价格(元)备注LM358P集成电路752DVSH电源电压工作范围宽（3.030.0V）20.38雨滴传感器1818mm导通电阻：1 K 工作电压：5V工作电流：10 mA110.00硅光敏三极管3DU11反向击穿电压：15V.最高工作电压：10V. 光电流：0.5-1mA.13.00三极管S9014极性-NPN，=100300VCBO=50v， VCEO=45v， VEBO=5vIC=0.1 A ，PC=0.4w20.05继电

31、器HRS2H-S-DC5V8脚 2组转换23.00电子元器件一览表68（3）主要电子元器件见下表：名称型号技术参数数量价格(元)备名称型号技术参数数量价格(元)备注3位接线柱40.502位接线柱KF-7.62-2P40.60万能电路板玻纤覆铜板 5*8.5CM11.50白发蓝发光二极管 LED5MM10.30红发红发光二极管 LED5MM10.10可调电阻3296200K色环电阻11/4w100k70.02色环电阻21/4w470k10.02色环电阻41/4w10k20.0269名称型号技术参数数量价格(元)备注3位接线柱40.502位接 我们设计中的放大电路和马达工作电压都是5V，要求稳压电源的输出电压为5V，其中主要元件电源变压器是物理实验室中找来的，是废物利用，其余电子元件是从淘宝网和