4.4.2设计与实施雨水收集池水位控制系统-【新教材】苏教版高中通用技术必修《技术与设计2》教案

四、控制系统的设计与实施

任务二设计与实施雨水收集池水位控制系统

一、教学目标

1.能够设计控制系统的方案,并搭建一个控制系统装置或模型。

2.对所搭建的控制系统进行调试运行以及综合评价。

二、教学重点、难点

1.能够设计控制系统的方案,并搭建一个控制系统装置或模型。

2.对所搭建的控制系统进行调试运行以及综合评价。

三、教学方法

讲授法，演示法，任务引导法

四、教学过程

1、情境导入

下雨天，雨水收集池的水位不断升高，当水位升至溢水口时,声光报警装置启动，同时水泵开始向位于高处的蓄水箱抽水。当雨水收集池的水位降到水池高度的1/4时,应停止抽水。

2、新课学习

闭环控制系统的设计

闭环控制系统用于实现不同的控制目的，要求往往也不一样。对于简单的闭环控制系统,有以下基本要求:

第一，一个闭环控制系统婴正常工作，首先必须是稳定的。如输出量发生偏离,

系统通过动态调整使被控量回到平衡状态，系统的这种词整过程有可能使系统产生振荡。若振荡呈逐渐衰减趋势,能很快稳定下来，还属于稳定系统,否则就是不稳定系统。

第二,控制系统的控制精度必须符合要求,即系统的输出量与给定值之差应控制在允许范围之内。

第三,闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。

在进行闭环控制系统的设计时,几项控制要求之间往往会产生矛盾，而要结合具体问题全面解决或有所侧重地解决。

情境展示:同学们设计和制作好的雨水收集池,在雨水过多时会发生漫溢,在不下雨时又因为水位过低而无水可用,针对这一问题,大家积极寻找解决问题的方法和途径。

问题分析:雨水收集池水位报警和水位控制系统应具有以下功能:当雨水收集池的水位升到羞水口时,发出声音报警;当雨水收集池的水位到达雒水口时,把水抽到高处的冲网蓄水箱;当雨水收集池的水位降到水池高度的1/4时,停止抽水。根据设计要求，当雨水收集池的水位升到浴水口时,需要报警;一旦水位降到澄水口以下时,就取消报警。这部分采用开环控制即可。

当雨水收集池的水位升到溢水口时,需要启动水泵开始向高处的冲厕蓄水箱抽水,直到雨水收集池水位降到水池高度的1/4时停止抽水,这部分需要采用闭控制来实现。

主要过程:

采用两个控制系统共同实现上述功能:一是报警系统,二是水位控制系统: 1、报警系统

采用水位传感器检测水位,当水位达到澄水口时,使电磁签电器闭合,电路接通，声光报警。当水位降到溢水口以下时,电磁鳖电器断开,声光报警取消。

2.水位控制系统

采用水位传感器检测水位,当水位达到益水口时,潜水泵启动,抽水到冲厕蓄水箱。当水位传感器检测到水位降到水池的14时,潜水泵停止抽水。

水位控制系统的方框图如下:

3.制作

(1)请为实现上述控制系统准备材料,并列出材料清单。(2)请画出实物连接图,并搭建控制系统。

(3）测试系统是否达到控制要求,并写出测试报告。

思考:一般情况下,要实现高水位开始抽水、低水位停止抽水,要用两个传感器。你是香能用一个传感器来实现这个控制日的呢?

练习

1.设计并制作水车控制装置模型，如图所示。利用流动的水冲击水车，以控制不同的机械装置而产生动作。

2.某地下车库的车位管理系统，每个车位上方都有传感器检测是否有车停进来。当车位上无车时，车位上方的显示灯为绿色，当车位上有车时，车位上方的显示

灯为红色。这样不仅方便驾驶人员找到空车位，还方便后台及时汇总车库的车位信息，统计空车位数量和位置。

请设计完成这一车位管理系统，并选择你熟悉的材料、元件，制作该系统的模型。

3、课堂小结

1.能够设计控制系统的方案,并搭建一个控制系统装置或模型。

2.对所搭建的控制系统进行调试运行以及综合评价。

五、教学反思