簡析便攜式水塔水位控制系統(tǒng)教具的制作

◆莊加興

簡析便攜式水塔水位控制系統(tǒng)教具的制作

◆莊加興

在《通用技術(shù)（選修1）：電子控制技術(shù)》教材中，因涉及“水箱水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用”這項內(nèi)容，故筆者根據(jù)教材內(nèi)的電路圖，設(shè)計制作一款便攜式水塔水位控制系統(tǒng)。該教具課堂演示效果理想，且方便攜帶。

通用技術(shù)；水位控制系統(tǒng)；教具制作

本教具可拆分成獨立的兩部分：水位電子控制系統(tǒng)和水塔模型。其中水位電子控制系統(tǒng)包括控制電路、水位探針、小水泵（微型抽水機）。水塔模型則包括水塔、供水槽和三腳架。

1 水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計制作

選擇設(shè)計方案該教具利用蘇教版《通用技術(shù)（選修1）：電子控制技術(shù)》教材[1]中水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計方案C，即利用555集成電路作為系統(tǒng)控制部分的電路設(shè)計方案。教材的這個方案使用的是CB555，但筆者使用的是NE555類型的。因CB555與NE555兩者功能一樣，只是能耗不一樣而已，所以要對部分電阻元件的參數(shù)進行修改（如圖1所示），確保NE555為控制芯片的水塔水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)正常工作。

圖1

面包板上的電路試驗通過面包板的電路試驗?zāi)艽_定電路設(shè)計是否正確，相關(guān)電阻阻值是否符合要求。調(diào)試電路的方法，可依照教材介紹的方法進行試驗。或者按照下面簡單方法進行試驗：1）接通電源，水位探針c、b、a未放入水中，V1打水指示燈亮，可聽到5 V直流電磁繼電器J得電吸合的聲音；2）水位探針c、b依次放入水中，未發(fā)生變化，當(dāng)水位探針a一接觸水面時，V2有水指示燈亮，繼電器失電斷開；3）將水位探針a拉出水面，未發(fā)生變化，當(dāng)再將探針b拉出水面時，繼電器再次得電吸合，V1打水指示燈亮。以上試驗就是模擬水位上升或下降時，水位探針c、b、a與水面的相對移動的過程。

元件排位及電路焊接對于不善于在萬用電路板上焊接的人來說，焊接時經(jīng)常會出現(xiàn)因錫用量太多而導(dǎo)致電路板短路，或用量可以但還是沒焊接牢固而造成電路斷路等情況。要解決這兩個問題不妨試一試以下筆者給的兩個方法：1）適當(dāng)拉開各元件相互間的距離（如圖2所示），這樣可減少發(fā)生短路的可能性；2）可充分利用電阻電容等元件本身引腳的長度，將一元件的引腳插在另一個元件的引腳所在的同一個孔或相鄰孔，并固定檢查無誤后，再進行相應(yīng)焊接（如圖3所示）。這樣可以有效減少發(fā)生斷路的可能性。當(dāng)然也可以使用印刷電路板，這樣大大減輕焊接強度，提高焊接效率，只不過自制印刷電路板并不容易。

水位探針的制作可使用硬銅線、不銹鋼管來制作水位探針，相互間的位置可用折成w型薄的塑料片固定（如圖4所示）。可在w型薄的塑料片的靠近上端的地方做個U型舌頭，以方便插接固定在水塔模型內(nèi)壁。

圖2

圖3

圖4

抽水機的選擇考慮到水塔模型大小，注水時間的快慢，一般可選擇使用6 V直流微型抽水機或小水泵。選擇抽水軟管時，要選擇與小水泵進出水口口徑相同的硅膠管（在網(wǎng)購時可一起配套購買）。

系統(tǒng)各部分的連接和測試將系統(tǒng)各部分用導(dǎo)線連接后，還要再次測試。測試可以按照上面介紹的試驗方法來做。當(dāng)測試成功后，筆者還簡單設(shè)計并制作了一個用舊廣告板制作的收納盒（如圖5所示）。

圖5

水位控制系統(tǒng)收納盒（以下簡稱控電箱）能將整個水位控制系統(tǒng)進行收納，包括小水泵和水位探針，其中控制電路板和兩個電池盒是已經(jīng)固定在里面的。為保證電路工作穩(wěn)定，共使用兩個6 V的直流電源，分別用來給控制電路（6 V）和小水泵（額定電壓6 V）提供電能。用電池盒上自帶的開關(guān)來控制電路和小水泵電路的接通和斷開，這樣可以省去電路板上的開關(guān)。

2 水塔模型的設(shè)計制作

水塔模型和三腳架的制作水塔模型用的是大一點兒的飲料瓶，剪去底，邊沿打三個小孔，綁繩使其可以倒掛。瓶口用一小段筆管和泡沫材料來縮小口徑，當(dāng)打開瓶蓋時水就會緩慢流出，使水位緩慢下降。由于該水塔模型是懸掛式的，所以需要一個懸掛用的三腳架。用三根木棍或廢舊蚊帳桿就可做成懸掛用的三角架。制作方法：將三根一端相互綁定，另一端則用長度相同的繩子連接。將其展開后，水塔模型即可懸掛在頂端。

選用帶把手的容器，作為供水槽這樣一方面方便固定小水泵，另一方面也方便倒水。

圖6

3 組裝試驗及故障排查

將掛有水塔模型的三角架和控電箱都擺放好后，先將水位探針固定在水塔模型內(nèi)；接著將小水泵的吸水管放入水槽，由于小水泵備有固定孔，可簡單用一根直鐵絲，即可將其固定在水槽邊沿；然后將出水管放入水塔模型里；最后打開開關(guān)，系統(tǒng)就開始工作（如圖6所示）。

該控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的兩種工作異常情況：1）若水已加到最高設(shè)定水位以上，小水泵還不能自動停止，檢查a、c探針焊接是否松動；2）若水已降到最低設(shè)定水位以下，小水泵還不能自動啟動，檢查b探針焊接是否松動。

4 制作時間和成本

一般制作這樣一個教具所需的時間大概是1～2天，成本估算30元。

5 小結(jié)

該教具設(shè)計也有很多獨特之處，如水塔模型采用三腳架懸掛；水位探針、小水泵可以與水塔模型很方便地固定和拆分，不用時可將它們都收納在自制的收納箱里。這樣不僅能密封存放，而且方便攜帶。該教具同時也很好地體現(xiàn)通用技術(shù)課程《技術(shù)與設(shè)計2》整個模塊的主要內(nèi)容，如首先三腳架穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，就應(yīng)用到“結(jié)構(gòu)與設(shè)計”這單元的知識；其次水塔水位控制的過程，就有“流程與設(shè)計”這一單元的思想在里面；而最后水位控制系統(tǒng)的組成及工作過程就涉及“系統(tǒng)與設(shè)計”和“控制與設(shè)計”后兩單元內(nèi)容。筆者在教學(xué)蘇教版《技術(shù)與設(shè)計2》第四單元“控制與設(shè)計”第二節(jié)“控制系統(tǒng)的工作過程與方式”[2]這節(jié)課時，就進行過課堂演示，效果理想。

[1]顧建軍.通用技術(shù)（選修1）∶電子控制技術(shù)[M].南京∶江蘇教育出版社,2012∶100-105.

[2]顧建軍.通用技術(shù)（必修2）∶技術(shù)與設(shè)計2[M].南京∶江蘇教育出版社,2012∶102-107.

G633.7

B

1671-489X(2014)17-0026-02

10.3969/j.issn.1671-489X.2014.17.026

作者：莊加興，泉州市泉港區(qū)第五中學(xué)，研究方向為電子控制技術(shù)、手工藝（362800）。指導(dǎo)老師：陳景松。