2018年TI杯模拟电子系统设计邀请赛题B—简易水箱液位监控系统
全国大学生电子设计竞赛
2018年TI杯模拟电子系统设计邀请赛
简易水箱液位监控系统（B题）
1．任务
设计制作一套简易水箱装置，该装置由液位控制系统（包括水泵、液位高度显示）、上水箱、储水箱和一个扰动水源组成。其中，上水箱是可观察及标识液位高度的容器，容积约2升，高度不小于200mm。储水箱容积大于4升，扰动水源水箱是容积为0.5升的塑料瓶，扰动水源通过瓶盖钻孔流入上水箱。上水箱的进水口联接水泵，由水泵控制进水量；上水箱的出水口设置在瓶口，并通过在瓶盖钻不同直径流出孔的方式实现输出水流量的改变，流出的水注入储水箱。液位控制系统使用 TI公司的FDC2214电容传感器评估板采集上水箱的液位信息，与MSP430/432配合组成一个的电子控制系统，实现对上水箱的液位动态控制。该装置的示意图如图1所示。
图1 简易水箱装置示意图
2． 要求
（1）设计并制作水泵驱动电路及液位检测电路，实现可控注水，检测并显示上水箱液位，检测误差不大于2mm。 （25分）
（2）上水箱预装自来水，液位高度约为50mm。上水箱放水口直径为4mm，并堵住上水箱放水口。然后启动水泵向上水箱注水，要求在10s时间内使上水箱液位上升到90mm，误差不大于2mm。 （20分）
（3）开启上水箱流出孔向储水箱放水，同时水泵向上水箱注水，10s内控制上水箱中液位在90mm高度，并保持10s以上，液位误差<2mm。 （15分）
（4）30s内控制上水箱液位高度由90mm改变到110mm并保持稳定10s以上，液位误差<2mm。 （20分）
（5）在完成（4）的基础上，扰动水源水箱装入200ml的自来水，其水箱流出孔为3mm，并开始向上水箱注水，直至扰动水源水箱中的水排空，过程中控制上水箱液位稳定保持在110mm，液位误差<2mm。 （15分）
（6）其他 （5分）
（7）设计报告 （10分）
项 目 | 主要内容 | 满分 |
方案论证 | 比较与选择，方案描述 | 2 |
理论分析与计算 | 系统相关参数设计 | 4 |
电路与程序设计 | 系统组成，原理框图与各部分的电路图，系统软件与流程图 | 2 |
测试方案与测试结果 | 测试结果完整性，测试结果分析 | 2 |
总 分 | 10 | |
3．说明
（1） 扰动水源水箱不能安装传感器。
（2） 电容传感器除使用TI公司配发的 FDC2214芯片外，不得使用任何其他类型的传感器用于检测液位。（3） 上水箱除液位高度标记外，不能有其他计量标记。
（4） 使用自来水，其中不能添加任何添加物。
（5） 上水箱和扰动水源水箱的出水口可根据实际情况由赛场统一改动。
（6） 液位控制精度越高越好，相关项目成绩与液位控制精度相关。
（7） 现场提供的是直流供电潜水型水泵，工作时水泵及进水口需要浸在水中，出水口及水管不能留有空气。（8） 现场提供的直流水泵实物结构如图2所示。主要参数如下：电压DC12V（6V即可工作）；扬程300cm；流量240L/H；功率4.8W；口径8mm。
