任务名称
2017年_P题：简易水情检测系统【高职高专组】
任务要求
难度
一、任务
设计并制作一套如图 1 所示的简易水情检测系统。图 1 中，a 为容积不小于 1 升、高度不小于 200mm 的透明塑料容器，b 为 PH 值传感器，c 为水位传感器。整个系统仅由电压不大于 6V 的电池组供电，不允许再另接电源。检测结果用显示屏显示。
二、要求
1. 基本要求
（1） 分四行显示“水情检测系统”和水情测量结果。
（2） 向塑料容器中注入若干毫升的水和白醋，在 1 分钟内完成水位测量并显示，测量偏差不大于 5mm。
（3） 保持基本要求（2）塑料容器中的液体不变，在 2 分钟内完成 PH 值测量并显示，测量偏差不大于 0.5。
（4） 完成供电电池的输出电压测量并显示，测量偏差不大于 0.01V。
2. 发挥部分
（1） 将塑料容器清空，多次向塑料容器注入若干纯净水，测量每次的水位值。要求在 1 分钟内稳定显示，每次测量偏差不大于 2mm。
（2） 保持发挥部分（1）的水位不变，多次向塑料容器注入若干白醋，测量每次的 PH 值。要求在 2 分钟内稳定显示，测量偏差不大于 0.1。
（3） 系统工作电流尽可能小，最小电流不大于 50μA。
（4） 其他
三、说明
- 不允许使用市售检测仪器。
- 为方便测量，要预留供电电池组输出电压和电流的测量端子。
- 显示格式：
- 第一行显示“水情检测系统”；
- 第二行显示水位测量高度值及单位“mm”；
- 第三行显示 PH 测量值，保留 1 位小数；
- 第四行显示电池输出电压值及单位“V”，保留 2 位小数。
- 水位高度以钢直尺的测量结果作为标准值。
- PH 值以现场提供的 PH 计（分辨率 0.01）测量结果作为标准值。
- 系统工作电流用万用表测量，数值显示不稳定时取 10 秒内的最小值。
评审标准
参考答案
GPT-4o给出的设计方案：
一、项目概述
设计并制作一套简易水情检测系统，包括水位检测、PH值检测等功能，分别显示水情系统和水情检测结果。设备使用6V以下的电池组供电。
二、硬件选型
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水位传感器
- 类型：超声波水位传感器
- 测量精度：±2mm
- 数量：1个，安装在a位置
-
PH值传感器
- 类型：液态水质PH值传感器
- 测量范围：0~14
- 测量精度：±0.1
- 数量：1个，安装在b位置
-
主控单元
- 类型：低功耗微控制器（如Arduino Pro Mini）
- 功能：处理传感器信号，执行测量和数据处理
-
显示模块
- 类型：四位数码管或LCD显示屏
- 数量：2个分别用于水位和PH值显示
-
电源模块
- 类型：6V电池组
- 功能：为整个系统提供电力
- 测量误差：不大于0.01V
-
其他元件
- 电阻、电容、导线、机壳等辅助元件
三、系统功能实现
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水位测量
- 使用超声波传感器测量水位高度，每次测量误差不超过2mm。
- 将超声波传感器放置在a位置，检测塑料容器的水位。
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PH值测量
- 使用液态水质PH值传感器测量PH值。
- 将PH值传感器放置在b位置，传感器插入水中后，实时测量PH值。
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数据处理与显示
- 主控单元接收传感器信号，经过内部ADC处理，实时计算和更新水位和PH值。
- 将处理后的数据通过数码管或LCD显示屏分别直观展示出来。
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电源管理
- 通过电源模块供电，确保电压在合理范围，测量误差不大于0.01V。
- 监测电源电压状态，提示电池更换。
四、测试与调试
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系统调试
- 确认传感器安装位置准确，保证测量数据的稳定性和准确性。
- 调试显示模块，确保数据显示清晰准确。
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系统测试
- 对整个系统进行连续多次测量，验证水位和PH值的测量误差是否符合设计要求。
- 确保电源电压稳定，电池组能持续为系统供电。
结论
该简易水情检测系统通过集成水位传感器、PH值传感器、主控单元和显示模块，能够实时、准确地显示水位和PH值，且控制在较低的电力消耗范围内，适合应用于小型水质监测场合。
本题目考察的知识点：
本项目设计的简易水情检测系统主要考察以下知识点：
- 传感器技术：了解并选择合适的传感器，如超声波水位传感器和PH值传感器，并掌握其安装和数据获取方法。
- 微控制器编程：使用低功耗的MCU（如Arduino），处理传感器数据，并实现数据的实时显示。
- 电源管理：设计6V电池组供电系统，确保电源电压稳定，误差不超过0.01V。
- 信号处理与显示：实现传感器信号的采集与处理，使用数码管或LCD显示模块进行数据展示。
- 系统集成：将各个组件集成到一个系统中，确保其稳定性和准确性，并进行调试与测试。
