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1、项目设计说明书项目设计说明书水箱水位闭环电子控制系统的设计和应用水箱水位闭环电子控制系统的设计和应用目录目录小组成员、指导教师小组成员、指导教师 2摘要摘要3关键词关键词 3设计背景及意义设计背景及意义 3项目设计总体规划项目设计总体规划4项目设计的过程和方法项目设计的过程和方法4水箱水位闭环电子控制系统使用说书水箱水位闭环电子控制系统使用说书12设计感言设计感言 12参考文献参考文献12附件附件131项目设计说明书项目设计说明书水箱水位闭环电子控制系统的设计和应用水箱水位闭环电子控制系统的设计和应用摘要：摘要：供水是一个关系国计民生的大事。随着社会的发展和人民生活水平的提高，对城乡供水提出了
2、更高的要求，要满足及时、准确、安全、充足供水的需求,如果沿用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障。而水塔水位闭环电子控制系统能很好的解决这个问题。本说明书对水塔水位闭环电子控制系统的设计和制作过程进行了全面的说明和介绍。阐述了水塔水位闭环电子控制系统在水塔水位控制中的应用。根据设计要求，经过设计分析，提出了设计思路，并经过硬件设计、调试，完成了水塔水位控制器的设计和制作。实现了水塔水位自动控制，无人值守。关键词：关键词：水塔水位，传感器，自动控制一、设计背景和意义一、设计背景和意义（一）背景背景进入高中学习后，学校开设了“综合实践课” ，其中一项就是“研究性学习” ，为此我们成立了
3、一个三人研究小组。在研究课题方面，老师要求我们到生活中去观察发现问题或者在平时学习中发现问题进行专门研究，还可以从社区服务与社会实践中去确定研究主题，可以是“课题研究” ，也可以是“项目设计制作” 。这样广阔的选题范围面前，我们想起了进校后的一些现象，如我校食堂边上有一个大水塔，我们经常看见学校水塔下的一根很粗的水管哗哗的流着清澈的水，看着很是心痛，据说，是水泵向水塔打水，满了以后溢出来的。另外在宿舍里我们也经常发现打开水龙头后没有自来水，寝室管理员告诉我们是水塔里没有水了。此刻一个想法在我们头脑中形成，有什么办法能让水塔满时水泵停止打水，水塔没水时水泵能自动打水，我们觉得这个问题值得研究，带
4、着这个问题我们请教了学校的通用技术老师，老师告诉我们2这个问题可以通过水箱水位电子控制系统解决，并鼓励我们去研究和探索，并答应做我们的指导老师，于是我们便确定了“水塔水位闭环电子控制系统的设计和应用”项目设计制作的课题。（二）意义意义经调查研究，我们发现这项设计有广阔的应用范围，在单位、学校、居民小区很多都存在二次供水的问题，即：自来水厂的供水不能直接供到高层建筑，水厂的水供到单位、学校、居民小区的蓄水池，再由水泵打到水塔，再由水塔向各用户供水的二次供水模式。这种供水模式在打水时要有专人看守，既是这样也不能保证不发生我们学校所发现的现象。在农村自建的水厂也存在这样的问题。而这些问题都可以通过水
5、塔水位闭环电子控制系统来解决。另外地下室和矿井地下水的排水也需要在水满时向外排水，水浅时停止排水，也可以用水塔水位闭环电子控制系统来解决这个问题。更为重要的是可通过这项设计和制作提高我们发现问题解决问题的能力，提高我们对自动控制系统的认识，增强我们的动手能力，激发我们学习的积极性和主动性。最终实现知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的三维目标。二、项目设计总体规划二、项目设计总体规划好的规划是设计成功的关键，在明确了项目设计的主题和功能后，我们对水箱水位闭环电子控制系统的设计和应用进行了总体规划：1、调查研究（08 年 11 月 1 日11 月 20 日）2、查阅资料和学习（08 年 11
6、 月 21 日12 月 10 日）3、控制系统设计（08 年 12 月 11 日12 月 31 日）4、选择、制作电子元件和配件（09 年 1 月 1 日09 年 2 月 10 日）5、安装和调试（09 年 2 月 11 日2 月 25 日）6、撰写项目设计说明书（09 年 2 月 26 日3 月 10 日）三、项目设计制作的过程和方法三、项目设计制作的过程和方法有了规划我们的设计制作就有了方向和目标，下面是我们项目设计制作的过程和方法。（一）调查研究：（一）调查研究：为了了解水箱水位闭环电子控制系统的应用范围、使用现状和需求，我们走访了自来水公司、居民小区、单位、农村。3调查提纲调查提纲1
7、1、自来水公司调查：、自来水公司调查：（1）每天的供水量是多少？（2）水厂的水压能供到几层楼（压力）（3）用的是什么类型的水泵？（4）离心泵抽水时是否有自动加引水装置？（5）高层建筑的供水问题如何解决？2 2、小区及单位调查：、小区及单位调查：（6）你们自己有水塔吗？（7）水塔供水是自动控制还是人工控制？（8）你们的自动控制用的是什么控制电路？（9）传感器是什么类型的？（10）如何解决自动控制中的水泵加引水问题？（11）为什么不用自动控制系统？3 3、农村调查：、农村调查：（12）你们村有自来水吗？（13）村里有自来水厂？（14）家里有水井吗？（15）水井中的水是人工打还水泵打？4（16）自己
8、家里有水塔吗？（17）水塔中水满了或水没了是人工控制还是自动控制？（18）现有自动控制水塔水位的装置你们想不想装？在调查走访长兴自来水公司中，自来水公司的技术员告诉我们，目前自来水公司的供水压力只能供到三、四层左右，很多单位和小区是高层建筑或地势比较高，大都采用二次供水或二次加压模式。在走访中了解到水塔水位的控制很多还是人工控制，在本校听总务的介绍，开始安装水泵时装过水位控制系统，因使用人员培训不够，及故障后无人维护，也一直是人工控制。在农村我们走访了几户有水井的农户，因为自来水成本较高，一般只用于饮用，而洗衣，动物用水，浇灌都用井水，使用中都用水泵打到自制的水塔后再通过水管接到院中使用，当我
9、们向他们介绍了水塔水位自动控制系统，很是高兴，还要我们帮助设计一个。经调查研究我们了解到水塔水位自动控制系统的应用还很广泛的，这大大增强了我们设计制作水塔水位自动控制系统的信心。（二）收集资料和学习培训（二）收集资料和学习培训要完成水塔水位自动控制系统的设计和制作，作为我们高一年级的学生是困难的，首先我们在调查研究的基础上广泛的收集信息并查阅大量的资料，在指导老师的推荐下，我们比较系统的学习了电子控制系统 、 技术与设计等书籍，从中我们了解了电子控制系统的组成和工作原理、开环电子控制系统和闭环控制系统的原理、传感器的种类和应用、继电器的作用和类型等。在指导老师的帮助下，还进行了电工的实践操作训
10、练，学会了各种电工工具的使用，导线的连接方法等。通过互联网查阅了水塔5水位自动控制系统的产品和系统组成，为下一步设计制作打下了坚实的基础。（三）水塔水位自动控制系统设计（三）水塔水位自动控制系统设计为了便于设计的实施和制作，计划设计制作一个水塔水位自动控制系统模型。1、设计要求：（1）设计和制作一个水塔水位闭环电子控制系统的模型。（2）能全真模拟水塔中水位的自动控制。2、设计分析：（1）根据对设计要求的分析，要求当水塔水位达到高水位时要启动水泵供水，当水塔水位低到水塔低水位时能自动关闭水泵，因此必须对水位进行检测，并能反馈所测的结果，实现这一控制需要采用闭环电子控制系统。（2）根据水塔水位闭环
11、电子控制系统方框图，设计出合适的输入、控制器（处理） 、执行器、被控对象、检测装置的实用电路、电子元器件、设备等。输入由三根裸露的硬铜电线组成水位探头，如右图所示，其中 A 是零水位探头，B 是低水位探头，用来探测水塔低水位，C 是高水位探头，用来探测水塔高水位。调整探头位置，可以预置水塔中的高低水位位置。AB Ccba高水位高水位低水位低水位水塔水塔水塔中的水位探头水塔中的水位探头输入输入 （设设定定水水位位）控制器控制器 （集集成成 电电路路）执行器执行器 （水泵水泵）控制对象控制对象 （水塔水塔）控制量控制量 (水流量）水流量）输出输出 (实际水位实际水位）检测装置检测装置 (水位探头水
12、位探头)6控制器（处理）它由集成电路等组成，根据预置的高、低水位和水位传感器反馈的水塔实际水位信号进行比较，再经判断，发出向水塔送水或停止送水的指令。执行器执行器由电磁继电器、水泵等组成，其中电磁继电器控制水泵的开和关，水泵将水池中的水送入水塔。被控对象被控对象是水塔及水塔中的水位。检测装置三根水位探头组成一个传感器，对水塔水位随时进行检测，并把信号反馈至比较器。3、设计方案：（1）水塔水位闭环电子控制系统示意图水位闭环电子控制系统示意水位闭环电子控制系统示意图控制器控制器 水泵水泵水塔水塔进水管进水管放水管放水管水位探头水位探头水池水池7（2）水塔水位闭环电子控制系统工作过程接通整个系统的电
13、源。当水位传感器中的低水位探头 B 探测到水塔中的水位处于低水位状态时，它立即把这个信号送入比较器，经比较器比较后，产生一个触发电压，控制器受到触发后，发出进水的指令信号，指令经输出接口电路放大后推动继电器动作，接通水泵电源，水泵开始向水塔供水。注水后的水塔水位不断升高，当水位升高到 c 时，水面与水位传感器的高水位探头 C 接触，立即产生一个电信号，并把信号反馈给比较器，比较器比较后产生一个触发电压，控制器发出停止进水指令，电磁继电器立即关闭电动机的电源，水泵停止供水。当水塔水位降到低水位 b 以下时，便重复的控制，这样不断循环，从而使水塔源源不断地供水。（四）选择、制作电子元件和器材（四）
14、选择、制作电子元件和器材完成设计后，就面临着如何选择电子元件和自制器材，这也是完成控制系统模型制作的重要环节。（1）控制器电子元件的选择组成控制器控制系统的电路，可以有三种选择，一是用晶体管组成控制系统电路（见附件 1） ；二是用集成电路组成控制系统的电路，如可用 JN6201 集成电路或CB7555 集成电路（见附件 2） ；三是采用定型产品液位继电器（右图） 。第一种是要用二极管三极管等晶体管材料自已组装成电路，第二种是购买现成的集成电路板，第三种液位继电器是定型产品，质量可靠，已经把集成电路和继电器做在一起，可以直接控制小功率电器。从电路的稳定性、便于安装考虑，我们选择了第三种液位继电器
15、作为控制电路。（2）执行器的选择执行器主要由电机和水泵组成，水液位继电器液位继电器齿轮泵齿轮泵8泵的种类有很多，如；离心泵、活塞泵、齿轮泵、潜水泵、管道泵等（见附件3） 。因离心泵要加自动引水装置（小区、单位等供水量大的一般都用离心泵，而且目前自动加引水装置技术也已成熟，有各种不同的类型和原理，见附件5、6，潜水泵不便安装，经考虑我们选择了不用加引水，而且效率较高且体积较小的齿轮泵。（3）被控对象水塔的选择水塔选用了透明的又便于安装传感器的塑料瓶代替（右图） 。水塔下的阀门用小球阀（要注意和出水管径相一至、见附件 4） ，水池用一个长方形的塑料盆代替（见附件 9。（4）检测装置的选择目前实际中使用的有用三根导线作探头的也有用干簧管的，干簧管一般用于大型水塔（原理图见附件 7） ，我们选择成本较低的三根硬铜线作探头，用比较粗的铜心护套线中导线来制作，既实用又经济。（五）安装和调试（五）安装和调试在准备了
