3.2冗余设计让系统更安全（课件）2024-2025学年六年级上册信息技术电子工业版

情境导入： 本单元项目式 主题：防范可能存在的安全问题 为了保障系统安全运行，系统设计师通常会设计行多安全保障措施。 例如，载人航天工程是一项复杂且危险系数极高的系统，任何错误都会对航天员的生命安全构成严重威胁，除了运载火箭自身有一套完整的故障检测系统， 系统设计师还分别针对火箭发射阶段、低空飞行阶段和高空飞行阶段设计了逃逸塔和高空逃逸发动机，以确保紧急情况下箭船分离，为航天员提供更多的安全保障。这种通过增加设备的层层保障，使系统更加安全的思想就是冗余设计的思想。 《3.2冗余设计让系统更安全》 2023年电子工业出版社 六年级上册 -第3单元 防范可能存在的安全问题 - 信息科技 课件 2022新版课标内容 1 活动1：认识冗余设计 2 活动2：模拟单一模块检测的效果 3 活动3：模拟冗余设计的检测效果 《目录》 信息科技 01 认识冗余设计 活动1 01.知识点讲解 像载人航天一样，我们身边的许多过程与控制系统为了确保系统运行的安全，也做了大量的安全设计。 例如，为避免冬天寒冷天气冻坏燃气热水器的水管，设计师从排气管、主机到进水阀门，设计了三重防冻保护装置， 如图3.2.1所示。即使其中一个没有达到预期目的，另外两个保护措施也依然会发挥作用，确保水管不会被冻坏。 活动1：认识冗余设计 01 01.知识点讲解 冗余设计 安全可靠是保障过程与控制系统正常运行的第一要求，为了达到这个目的，我们通常会采取冗余设计。 冗余设计是指在系统或设备的关键部分，设置一套以上能完成相同任务的工作元件、模块或子系统目的是减少系统出错或发生故障的概率。 活动1：认识冗余设计 01 知识点 01.知识点讲解 活动1：认识冗余设计 01 1.简单叙述燃气热水器三重保护装置各发挥了什么作用。如果工人未安装防冻保护装置，会出现什么后果? 2.讨论一下冗余设计有什么意义，说一说你还知道的冗余设计案例，并填写到表 3.2.1 中。 讨论与交流 冗余设计案例 意义 指纹锁配备应急开锁钥匙 02 模拟单一模块检测 的效果 活动2 01.知识点讲解 02 现实生活中，电梯每次上下的人数都有不同，每个乘客动作的快慢也不同，电梯的自动门设计就需要充分考虑各种不同的应用场景，避免关门时将人或货物夹住而发生危险。 活动2：模拟单一模块检测的效果 01.知识点讲解 02 我们已经学过用红外线探测物体，接下来我们将利用1个红外线传感器来模拟电梯自动门的检测功能，如图 3.2.2所示。模拟实验搭建可参照图 3.2.3进行。 活动2：模拟单一模块检测的效果 01.知识点讲解 02 本实验中，我们设定如果检测到有人或物体正在通过门，就让RGB 灯亮红色，表示不能关门;如果没有检测到，则亮绿色，表示可以关门，参考程序如图 3.2.4 所示。 活动2：模拟单一模块检测的效果 01.知识点讲解 02 讨论与交流 活动2：模拟单一模块检测的效果 1.如果将红外线传感器的位置设置得高一点或低一点,是否会影响检测结果? 2.模拟生活中不同身高的人、不同的物体通过电梯门,看看检测是否准确，说一说你的实验结果。 3.在什么情况下，检测会存在盲区，为什么? 03 模拟冗余设计的 检测效果 活动3 01.知识点讲解 活动3：模拟冗余设计的检测效果 03 既然仅用一个红外线传感器检测不能保证测量的准确性，那我们尝试在不同的高度再增加一个红外线传感器，由两个红外线传感器共同完成检测任务，不论哪个红外线传感器检测到人或物体，均亮红灯，不能关门。 模拟实验搭建与参考程序如图3.2.5 和图 3.2.6 所示 01.知识点讲解 02 讨论与交流 活动3：模拟冗余设计的检测效果 1.用两个红外线传感器检测和用一个红外线传感器检测相比，有什么区别? 2.是否还会存在检测盲区，如何解决? 01.知识点讲解 活动3：模拟冗余设计的检测效果 03 现实生活中的电梯门使用多个红外线传感器，形成一道光幕，同时进行检测，使检测结果更加准确，如图3.2.7所示。 01.知识点讲解 活动3：模拟冗余设计的检测效果 03 为了进一步加强安全保护，有些电梯还在门的侧面安了触板，当电梯关门夹到人或物体时，触板被压下，电梯会停止关:动作并重新打开门。这些冗余设计为电梯的运行设置了一道道安全防线。 通过实验，我们发现冗余设计可以大大增加电梯运行的安全性，但仍存在检测不到的盲区，若物体处在盲区或某个模块工作不正常，还可能发生危险情况。 所以，我们乘坐电梯时一定要遵守规则，不要用身体或物体挡门，也不要在电梯关门时强行出入。 01.知识点讲解 活动3：模拟冗余设计的检测效果 03 为了安全，飞机采用了哪些冗余措施? 飞机被誉为最安全的交通工具,为应对各种可能出现的意外情况，很多安全保障设施都采用了冗余设计的理念。 如为了防止火灾，飞机上安装了很多自动报警的设备，配备了气体和液体两套自动灭火系统，机舱里还配备了灭火器、灭火毯等应急器材; 为了在发生危险时能保障紧急撤离,在机身不同的位置设置了多个应急出口。 01.知识点讲解 活动3：模拟冗余设计的检测效果 03 飞机的飞行系统也有很多保障安全的冗余设计:飞机上配备了 3 套甚至更多的飞行管理计算机，对发出的控制指令相互验证，避免1套计算机出现故障而发出错误的指令; 飞机的操作系统除了电动控制外，还会配备液压控制和手动控制系统; 飞机上获取关键数据的传感器,均按冗余设计的要求安装2个甚至更多相同或同类的传感器，同时监测数据是否在合理的范围内。 《总结》 信息科技 1 活动1：认识冗余设计 2 活动2：模拟单一模块检测的效果 3 活动3：模拟冗余设计的检测效果 《感谢观看》 - Thank for Viewing - 2023年电子工业出版社 六年级上册 $$