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(共25張PPT)
高一—粵教版—通用技術(shù)—必修二第四章
第三節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（二）
溫馨提示
同學(xué)們所開(kāi)展的技術(shù)與工程實(shí)踐體驗(yàn)，請(qǐng)?jiān)诶蠋煛⒓议L(zhǎng)或?qū)煹膶?zhuān)業(yè)指導(dǎo)下進(jìn)行，確保安全！
一、工程思維：能基于控制原理和系統(tǒng)分析方法將案例中各部件之間的關(guān)系通過(guò)控制系統(tǒng)框圖表達(dá)出來(lái)，形成初步的工程思維和技術(shù)意識(shí)。
二、物化能力：能根據(jù)方案設(shè)計(jì)要求，選擇合適的材料和工具，并將方案轉(zhuǎn)化為模型或原型，且根據(jù)實(shí)際需要對(duì)已有模型進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，逐漸形成設(shè)計(jì)方案物化過(guò)程中嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、精益求精的工作態(tài)度。
案例回顧
小明的爺爺家住在山區(qū)，家庭用水靠水泵抽深井的水到樓頂?shù)乃缓笥盟馨阉酉聛?lái)。采用了最簡(jiǎn)單的控制方式，但小明覺(jué)得不好用，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一款合適的水塔水位控制系統(tǒng)模型給小明做參考。
M
~
一、項(xiàng)目設(shè)計(jì)目的
控制系統(tǒng)模型功能分析：
1.當(dāng)水塔水位下降到下止點(diǎn)時(shí)水泵自動(dòng)啟動(dòng)，開(kāi)始抽水；
水塔
上止點(diǎn)
下止點(diǎn)
溢水口
出水口
2.當(dāng)水塔水位上升到上止點(diǎn)時(shí)水泵自動(dòng)停機(jī)，停止抽水。
水塔水位控制系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)目的：
水塔自動(dòng)儲(chǔ)水
二、回顧控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
三、控制系統(tǒng)方框圖
控制電路
（控制器）
水量
（控制量）
比較器
水泵
（執(zhí)行器）
水塔
（被控對(duì)象）
水塔實(shí)際水位
（被控量）
水位傳感器
（反饋環(huán)節(jié)）
設(shè)定上、下水位
（給定量）
+
-
根據(jù)設(shè)計(jì)方案得出水塔（注水過(guò)程）的控制系統(tǒng)方框圖：
四、確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由水塔箱體部分與電路控制部分構(gòu)成。
具體方法：參考“黑箱法”，利用控制電路成品或半成品設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)并制作模型。
控制器
（本頁(yè)圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）
控制模塊（黑箱）
輸入
輸出
五、建立模型
（一）畫(huà)出模型草圖和示意圖，為搭建模型提供依據(jù)：
水泵
控制器
水管
檢測(cè)線
上水池
下水池
五、建立模型
（二）控制器接口說(shuō)明：
12V電源端子
水位檢測(cè)線
抽水控制（接水泵）
1
2
3
五、建立模型
（三）畫(huà)出電路連接圖，給模型接線提供依據(jù)：
M
+
_
12V電源
水位檢測(cè)線
控制器
+
_
2
3
上止點(diǎn)
公共線
下止點(diǎn)
五、建立模型
（四）電路實(shí)物連接圖：
五、建立模型
（五）材料準(zhǔn)備：
序號(hào) 材料 規(guī)格 單位 數(shù)量 成本（元）
1 透明塑料箱 33cm*25cm*18cm 個(gè) 1 10
2 透明塑料箱 28cm*20cm*16cm 個(gè) 1 8
3 電源 12V/2A 個(gè) 1 8
4 水泵 12V/5W 個(gè) 1 7
5 水泵配套水管 內(nèi)Φ6mm，外Φ10mm 米 2 2
6 電線 Φ1mm 米 2 0.5
7 水龍頭 4分 個(gè) 1 4
8 開(kāi)關(guān) 船形開(kāi)關(guān) 個(gè) 1 0.5
9 水位控制器 NE555P 控制板 塊 1 10
合計(jì) 50
五、建立模型
（六）工具準(zhǔn)備：
剪刀、美工刀、萬(wàn)用表、螺絲刀、電鉆、熱熔膠槍等。
五、建立模型
（七）系統(tǒng)模型制作過(guò)程
（溫馨提示：請(qǐng)同學(xué)們規(guī)范操作步驟，安全使用工具。）
具體步驟：
1.水塔箱體打孔；
2.安裝水龍頭；
3.搭建水塔箱體模型；
4.安裝控制板、水泵、
開(kāi)關(guān)、電源接口等零部件；
5.安裝檢測(cè)線；
6.連接電路。
六、系統(tǒng)測(cè)試
系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程
測(cè)試項(xiàng)目：
1.結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度測(cè)試；
2.電路設(shè)計(jì)的合理性測(cè)試；
3.系統(tǒng)整體功能測(cè)試；
4.系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試；
5.精度測(cè)試和抗干擾能力測(cè)試。
七、系統(tǒng)測(cè)試報(bào)告
七、系統(tǒng)測(cè)試報(bào)告
測(cè)試項(xiàng)目 測(cè)試方法 測(cè)試結(jié)果 評(píng)價(jià) 存在問(wèn)題的原因
結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與強(qiáng)度 兩個(gè)透明塑料盒分別裝滿水、電池、電機(jī)按照模型結(jié)構(gòu)組裝，檢查是否變形。 各結(jié)構(gòu)均平穩(wěn)無(wú)變形情況。 合格
電路設(shè)計(jì) 通電測(cè)試，測(cè)試電路設(shè)計(jì)是否正確。 電路接線正確，能正常工作。 合格
功能：水位到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，水泵是否開(kāi)機(jī);水位到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，水泵是否關(guān)機(jī)。 通電測(cè)試，觀察，并記錄情況。 能夠按照預(yù)期設(shè)計(jì)點(diǎn)開(kāi)關(guān)機(jī)。 合格
系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試 連續(xù)開(kāi)機(jī)6個(gè)小時(shí)，打開(kāi)水龍頭，讓水循環(huán)起來(lái)。 自來(lái)水能夠按照預(yù)期設(shè)計(jì)循環(huán)。 合格
精度：上、下止點(diǎn)是否可調(diào) 調(diào)整上下檢測(cè)線的位置。 精度可調(diào)且為0.5CM。 一般 進(jìn)水管吊得太高，水面振蕩，造成精度不高。
抗干擾能力 頻繁停電、頻繁開(kāi)關(guān)出水龍頭。 基本沒(méi)影響。 合格
八、綜合評(píng)價(jià)
八、綜合評(píng)價(jià)
八、綜合評(píng)價(jià)
評(píng)價(jià)項(xiàng)目 評(píng)價(jià)方法 評(píng)價(jià)情況 評(píng)價(jià)意見(jiàn) 改進(jìn)建議
結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 模型能滿足平時(shí)的移動(dòng)和存放。 模型無(wú)變形，整體結(jié)構(gòu)完整緊湊。 好 可制作一個(gè)木架，方便整體移動(dòng)。
供電方式、功耗 交流或直流供電，功耗是否匹配？ 直流供電，總功耗小于12W，不會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱等情況。 好
功能 控制系統(tǒng)能否按照設(shè)計(jì)要求運(yùn)行？ 能按預(yù)定設(shè)計(jì)目標(biāo)工作。 好
安全、穩(wěn)定、可靠 連續(xù)運(yùn)行6小時(shí)，檢測(cè)控制板及水泵發(fā)熱情況。 直流供電，溫度在許可范圍。 好
可借鑒性 模型的原理、制作方法等可以借鑒給原型。 可以稍微改動(dòng)后應(yīng)用。 好
性價(jià)比 是否價(jià)廉物美，是否超預(yù)算？ 價(jià)格在控制范圍內(nèi)。 好
總體評(píng)價(jià) 是否合格？ 系統(tǒng)方案可行。 好
課堂小結(jié)
問(wèn)題一：在水塔水位控制系統(tǒng)中，如果控制器出現(xiàn)故障導(dǎo)致水泵不停機(jī)，水全部從溢水口漏掉，浪費(fèi)了水資源，請(qǐng)問(wèn)有什么方法能改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)嗎？
+
_
12V電源
水位檢測(cè)線
溢水控制器
溢水檢測(cè)器
M
常閉繼電器：斷開(kāi)
問(wèn)題二:在水塔水位控制系統(tǒng)中，檢測(cè)原理是利用自來(lái)水的導(dǎo)電性能進(jìn)行水位判斷。如果介質(zhì)不是水，而是其它不導(dǎo)電的液體，又該怎樣確定液位，怎樣完成控制系統(tǒng)的功能呢？
下止位壓力=< 壓力范圍 =<上止位壓力
控制器
壓力檢測(cè)器
不導(dǎo)電液體
如果檢測(cè)器壓力小于等于下止點(diǎn)壓力則啟動(dòng)電機(jī)，開(kāi)始抽水。
如果檢測(cè)器壓力大于等于上止點(diǎn)壓力則斷電停機(jī)，停止抽水。
問(wèn)題三：在水塔水位控制系統(tǒng)中，能不能設(shè)計(jì)一個(gè)純機(jī)械的控制開(kāi)關(guān)呢？要怎樣設(shè)計(jì)才是最簡(jiǎn)單的呢？
M
~
總開(kāi)關(guān)
浮力開(kāi)關(guān)
浮力開(kāi)關(guān)
浮力開(kāi)關(guān)

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