高中通用技術(shù) 設(shè)計與實施雨水收集池水位控制系統(tǒng) 教學設(shè)計

1、設(shè)計與實施雨水收集池水位控制系統(tǒng)通用技術(shù)（必修）技術(shù)與設(shè)計2第四章第4節(jié)第2課一、教學目標1.能夠設(shè)計控制系統(tǒng)的方案，并搭建一個控制系統(tǒng)裝置或模型。2.對所搭建的控制系統(tǒng)進行調(diào)試運行以及綜合評價。二、教學重點、難點1.能夠設(shè)計控制系統(tǒng)的方案，并搭建一個控制系統(tǒng)裝置或模型。2.對所搭建的控制系統(tǒng)進行調(diào)試運行以及綜合評價。三、教學方法講授法，演示法，實驗體驗法，任務(wù)引導法四、教學過程1.情境導入下雨天，雨水收集池的水位不斷升高，當水位升至溢水口時，聲音報警裝置啟動，同時水泵開始向位于高處的蓄水箱抽水。當雨水收集池的水位降到水池高度的1/4時，應(yīng)停止抽水。2.新課學習閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計閉環(huán)控制系統(tǒng)用

2、于實現(xiàn)不同的控制目的，要求往往也不一樣。對于簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)，有以下基本要求:第一，一個閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)正常工作，首先必須是穩(wěn)定的。如輸出量發(fā)生偏離，系統(tǒng)通過動態(tài)調(diào)整使被控量回到平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的這種調(diào)整過程有可能使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。若振蕩呈逐漸衰減趨勢，能很快穩(wěn)定下來，還屬于穩(wěn)定系統(tǒng)，否則就是不穩(wěn)定系統(tǒng)。第二，控制系統(tǒng)的控制精度必須符合要求，即系統(tǒng)的輸出量與給定值之差應(yīng)控制在允許范圍之內(nèi)。第三，閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)有較好的抗干擾性能。在進行閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計時，幾項控制要求之間往往會產(chǎn)生矛盾，而要結(jié)合具體問題全面解決或有所側(cè)重地解決。情境展示:同學們設(shè)計和制作好的雨水收集池，在雨水過多時會發(fā)生漫溢，在不

3、下雨時又因為水位過低而無水可用，針對這一問題，大家積極尋找解決問題的方法和途徑。問題分析:雨水收集池水位報警和水位控制系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：當雨水收集池的水位升到溢水口時，發(fā)出聲音報警；當雨水收集池的水位到達溢水口時， 把水抽到高處的沖廁蓄水箱；當雨水收集池的水位降到水池高度的1/4時，停止抽水。根據(jù)設(shè)計要求，當雨水收集池的水位升到溢水口時，需要報警；一旦水位降到港人溢水口以下時，就取消報警，這部分采用開環(huán)控制即可。當雨水收集池的水位升到溢水口時，需要啟動水泵開始向高處的沖廁蓄水箱抽水，直到雨水收集池水位降到水池高度的1/4時停止抽水，這部分需要采用閉環(huán)控制來實現(xiàn)。主要過程:采用兩個控制系統(tǒng)共同

4、實現(xiàn)上述功能：一是報警系統(tǒng)；二是水位控制系統(tǒng)。1.報警系統(tǒng)采用水位傳感器檢測水位，當水位達到溢水口時，使電磁閥開關(guān)閉合，電路接通，聲音報警。當水位降到溢水口以下時，電磁閥開關(guān)斷開，聲音報警取消。2.水位控制系統(tǒng)采用水位傳感器檢測水位，當水位達到溢水口時，潛水泵啟動，抽水到?jīng)_廁蓄水箱。當水位傳感器檢測到水位降到水池的1/4時，潛水泵停止抽水。水位控制系統(tǒng)的方框圖如下:3.制作(1)請為實現(xiàn)上述控制系統(tǒng)準備材料，并列出材料清單。請畫出實物連接圖，并搭建控制系統(tǒng)。(3)測試系統(tǒng)是否達到控制要求，并寫出測試報告。思考:一般情況下，要實現(xiàn)高水位開始抽水、低水位停止抽水，要用到兩個傳感器，你是否能用一個傳感器來實現(xiàn)這個控制的呢?課后練習（1）設(shè)計并制作水車控制裝置模型，如圖所示。利用流動的水沖擊水車，以控制不同的機械裝置而產(chǎn)生動作。（2）某地下車庫的車位管理系統(tǒng)，每個車位上方都有傳感器檢測是否有車停進來。當車位上無車時，車位上方的顯示燈為綠色，當車位上有車時，車位上方的顯示燈為紅色。這樣不僅方便駕駛?cè)藛T找到空車位，還方便后臺及時匯總車庫的車位信息，統(tǒng)計空車位數(shù)量和位置。請設(shè)計完成這一車位管理系統(tǒng)，并選擇你熟悉的材料、元件，制作