簡析便攜式水塔水位控制系統教具的制作

◆莊加興

簡析便攜式水塔水位控制系統教具的制作

◆莊加興

在《通用技術（選修1）：電子控制技術》教材中，因涉及“水箱水位閉環電子控制系統的設計和應用”這項內容，故筆者根據教材內的電路圖，設計制作一款便攜式水塔水位控制系統。該教具課堂演示效果理想，且方便攜帶。

通用技術；水位控制系統；教具制作

本教具可拆分成獨立的兩部分：水位電子控制系統和水塔模型。其中水位電子控制系統包括控制電路、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 水位閉環電子控制系統的設計制作

選擇設計方案該教具利用蘇教版《通用技術（選修1）：電子控制技術》教材[1]中水位閉環電子控制系統的設計方案C，即利用555集成電路作為系統控制部分的電路設計方案。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進行修改（如圖1所示），確保NE555為控制芯片的水塔水位閉環電子控制系統正常工作。

圖1

面包板上的電路試驗通過面包板的電路試驗能確定電路設計是否正確，相關電阻阻值是否符合要求。調試電路的方法，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，未發生變化，當水位探針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，未發生變化，當再將探針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，焊接時經常會出現因錫用量太多而導致電路板短路，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）適當拉開各元件相互間的距離（如圖2所示），這樣可減少發生短路的可能性；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，再進行相應焊接（如圖3所示）。這樣可以有效減少發生斷路的可能性。當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（在網購時可一起配套購買）。

系統各部分的連接和測試將系統各部分用導線連接后，還要再次測試。測試可以按照上面介紹的試驗方法來做。當測試成功后，筆者還簡單設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

水位控制系統收納盒（以下簡稱控電箱）能將整個水位控制系統進行收納，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固定在里面的。為保證電路工作穩定，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。

2 水塔模型的設計制作

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；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，系統就開始工作（如圖6所示）。

該控制系統可能出現的兩種工作異常情況：1）若水已加到最高設定水位以上，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

該教具設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通用技術課程《技術與設計2》整個模塊的主要內容，如首先三腳架穩定結構，就應用到“結構與設計”這單元的知識；其次水塔水位控制的過程，就有“流程與設計”這一單元的思想在里面；而最后水位控制系統的組成及工作過程就涉及“系統與設計”和“控制與設計”后兩單元內容。筆者在教學蘇教版《技術與設計2》第四單元“控制與設計”第二節“控制系統的工作過程與方式”[2]這節課時，就進行過課堂演示，效果理想。

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

[2]顧建軍.通用技術（必修2）∶技術與設計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，泉州市泉港區第五中學，研究方向為電子控制技術、手工藝（362800）。指導老師：陳景松。