通用技术第二章 技术世界中的设计一 技术与设计的关系任务一 厘清技术与设计的相互关系教案

设计与实施雨水收集池水位控制系统

通用技术（必修）技术与设计2第四章第4节

第2课

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，实验体验法，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，声音报警装置启动，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应正常工作，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，系统的这种调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溢水口时，发出声音报警；当雨水收集池的水位到达溢水口时， 把水抽到高处的冲厕蓄水箱；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溢水口时，需要报警；一旦水位降到港人溢水口以下时，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，这部分需要采用闭环控制来实现。

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，当水位达到溢水口时，使电磁阀开关闭合，电路接通，声音报警。当水位降到溢水口以下时，电磁阀开关断开，声音报警取消。

2.水位控制系统

采用水位传感器检测水位，当水位达到溢水口时，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1/4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，要用到两个传感器，你是否能用一个传感器来实现这个控制的呢?

课后练习

（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