简析便携式水塔水位控制系统教具的制作

◆庄加兴

简析便携式水塔水位控制系统教具的制作

◆庄加兴

在《通用技术（选修1）：电子控制技术》教材中，因涉及“水箱水位闭环电子控制系统的设计和应用”这项内容，故笔者根据教材内的电路图，设计制作一款便携式水塔水位控制系统。该教具课堂演示效果理想，且方便携带。

通用技术；水位控制系统；教具制作

本教具可拆分成独立的两部分：水位电子控制系统和水塔模型。其中水位电子控制系统包括控制电路、水位探针、小水泵（微型抽水机）。水塔模型则包括水塔、供水槽和三脚架。

1 水位闭环电子控制系统的设计制作

选择设计方案该教具利用苏教版《通用技术（选修1）：电子控制技术》教材[1]中水位闭环电子控制系统的设计方案C，即利用555集成电路作为系统控制部分的电路设计方案。教材的这个方案使用的是CB555，但笔者使用的是NE555类型的。因CB555与NE555两者功能一样，只是能耗不一样而已，所以要对部分电阻元件的参数进行修改（如图1所示），确保NE555为控制芯片的水塔水位闭环电子控制系统正常工作。

图1

面包板上的电路试验通过面包板的电路试验能确定电路设计是否正确，相关电阻阻值是否符合要求。调试电路的方法，可依照教材介绍的方法进行试验。或者按照下面简单方法进行试验：1）接通电源，水位探针c、b、a未放入水中，V1打水指示灯亮，可听到5 V直流电磁继电器J得电吸合的声音；2）水位探针c、b依次放入水中，未发生变化，当水位探针a一接触水面时，V2有水指示灯亮，继电器失电断开；3）将水位探针a拉出水面，未发生变化，当再将探针b拉出水面时，继电器再次得电吸合，V1打水指示灯亮。以上试验就是模拟水位上升或下降时，水位探针c、b、a与水面的相对移动的过程。

元件排位及电路焊接对于不善于在万用电路板上焊接的人来说，焊接时经常会出现因锡用量太多而导致电路板短路，或用量可以但还是没焊接牢固而造成电路断路等情况。要解决这两个问题不妨试一试以下笔者给的两个方法：1）适当拉开各元件相互间的距离（如图2所示），这样可减少发生短路的可能性；2）可充分利用电阻电容等元件本身引脚的长度，将一元件的引脚插在另一个元件的引脚所在的同一个孔或相邻孔，并固定检查无误后，再进行相应焊接（如图3所示）。这样可以有效减少发生断路的可能性。当然也可以使用印刷电路板，这样大大减轻焊接强度，提高焊接效率，只不过自制印刷电路板并不容易。

水位探针的制作可使用硬铜线、不锈钢管来制作水位探针，相互间的位置可用折成w型薄的塑料片固定（如图4所示）。可在w型薄的塑料片的靠近上端的地方做个U型舌头，以方便插接固定在水塔模型内壁。

图2

图3

图4

抽水机的选择考虑到水塔模型大小，注水时间的快慢，一般可选择使用6 V直流微型抽水机或小水泵。选择抽水软管时，要选择与小水泵进出水口口径相同的硅胶管（在网购时可一起配套购买）。

系统各部分的连接和测试将系统各部分用导线连接后，还要再次测试。测试可以按照上面介绍的试验方法来做。当测试成功后，笔者还简单设计并制作了一个用旧广告板制作的收纳盒（如图5所示）。

图5

水位控制系统收纳盒（以下简称控电箱）能将整个水位控制系统进行收纳，包括小水泵和水位探针，其中控制电路板和两个电池盒是已经固定在里面的。为保证电路工作稳定，共使用两个6 V的直流电源，分别用来给控制电路（6 V）和小水泵（额定电压6 V）提供电能。用电池盒上自带的开关来控制电路和小水泵电路的接通和断开，这样可以省去电路板上的开关。

2 水塔模型的设计制作

水塔模型和三脚架的制作水塔模型用的是大一点儿的饮料瓶，剪去底，边沿打三个小孔，绑绳使其可以倒挂。瓶口用一小段笔管和泡沫材料来缩小口径，当打开瓶盖时水就会缓慢流出，使水位缓慢下降。由于该水塔模型是悬挂式的，所以需要一个悬挂用的三脚架。用三根木棍或废旧蚊帐杆就可做成悬挂用的三角架。制作方法：将三根一端相互绑定，另一端则用长度相同的绳子连接。将其展开后，水塔模型即可悬挂在顶端。

选用带把手的容器，作为供水槽这样一方面方便固定小水泵，另一方面也方便倒水。

图6

3 组装试验及故障排查

将挂有水塔模型的三角架和控电箱都摆放好后，先将水位探针固定在水塔模型内；接着将小水泵的吸水管放入水槽，由于小水泵备有固定孔，可简单用一根直铁丝，即可将其固定在水槽边沿；然后将出水管放入水塔模型里；最后打开开关，系统就开始工作（如图6所示）。

该控制系统可能出现的两种工作异常情况：1）若水已加到最高设定水位以上，小水泵还不能自动停止，检查a、c探针焊接是否松动；2）若水已降到最低设定水位以下，小水泵还不能自动启动，检查b探针焊接是否松动。

4 制作时间和成本

一般制作这样一个教具所需的时间大概是1～2天，成本估算30元。

5 小结

该教具设计也有很多独特之处，如水塔模型采用三脚架悬挂；水位探针、小水泵可以与水塔模型很方便地固定和拆分，不用时可将它们都收纳在自制的收纳箱里。这样不仅能密封存放，而且方便携带。该教具同时也很好地体现通用技术课程《技术与设计2》整个模块的主要内容，如首先三脚架稳定结构，就应用到“结构与设计”这单元的知识；其次水塔水位控制的过程，就有“流程与设计”这一单元的思想在里面；而最后水位控制系统的组成及工作过程就涉及“系统与设计”和“控制与设计”后两单元内容。笔者在教学苏教版《技术与设计2》第四单元“控制与设计”第二节“控制系统的工作过程与方式”[2]这节课时，就进行过课堂演示，效果理想。

[1]顾建军.通用技术（选修1）∶电子控制技术[M].南京∶江苏教育出版社,2012∶100-105.

[2]顾建军.通用技术（必修2）∶技术与设计2[M].南京∶江苏教育出版社,2012∶102-107.

G633.7

B

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

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

作者：庄加兴，泉州市泉港区第五中学，研究方向为电子控制技术、手工艺（362800）。指导老师：陈景松。