第19课 电子控制系统设计2——输入部分设计-【精彩三年】2024-2025学年高中通用技术选择性必修1课程探究与巩固PPT课件（苏教版2019）

第五章│电子控制系统的设计及其应用 ——5　电子控制系统的设计及其应用，教材P98～116 第19课　电子控制系统设计2——输入部分设计 新课程目标 能选择合适的传感器，并设计出电子控制系统的输入部分。 目录 CONTENTS 教材整体感悟 知本与探源 01 02 命题整体感知 尝试与研析 01 教材整体感悟 知本与探源 教材整体感悟 知本与探源 本课核心点·重难点 1．主要使用传感器与电阻(可调电阻)形成上下分压，传感器的作用是获取外界信号，并转换为电信号。在开环中的作用是获取输入信号，是系统的输入部分；在闭环中的作用是获取输出信号，是系统的检测装置。传感器一般可以有：光敏电阻、热敏电阻、湿敏电阻、力敏电阻、干簧管等。 2．通过调节可调电阻的阻值大小，改变分压情况，进而改变设定值，达到输出要求。可以简单地认为，可调电阻是闭环系统中的输入信号的 教材整体感悟 知本与探源 预设装置。 3．数字信号连线举例： 教材整体感悟 知本与探源 4．模拟信号连线举例： 【解题举例1】温度报警电路，当温度高于设定值，LED灯V1点亮，请在虚线框中使用NTC和可调电阻完成输入端电路。 【解析】反推法。V1发光→三极管导通→VA为低电平，结合MC，温度 教材整体感悟 知本与探源 高则RT阻值小，RT接在接地端。 【参考答案】 解题举例1参考答案图 解题举例2参考答案图 教材整体感悟 知本与探源 【解题举例2】温度报警电路，当温度高于设定值，灯点亮，请在虚线框中使用NTC、可调电阻、两个定值电阻和PNP型三极管完成输入端电路。 【解析】先确定传感器上下分压结构，再利用反推法求出三极管的连线。 【参考答案】见解题举例2参考答案图。   02 命题整体感知 尝试与研析 命题整体感知 尝试与研析 例 在电子控制技术实践课上，小明准备设计一个遮光、通风控制系统，选择光敏电阻和正温度系数热敏电阻作为传感器。请完成以下任务。 控制要求 输入 输出 光照 温度 遮光继电器 通风继电器 弱 ≤26 ℃ 释放 释放 强 ≤26 ℃ 释放 释放 弱 ＞26 ℃ 释放 吸合 强 >26 ℃ 吸合 吸合 命题整体感知 尝试与研析 (1)光敏电阻的阻值随光照强度变化的规律与_____相似(从下列选项中选择合适的选项，将序号填在“________”处)。 (2)小明设计的控制电路和提出的控制要求如图所示，其中X点输入光照强度信号，Y点输入温度信号。根据控制要求分析电路，J1、J2的作用是 B A.　　　　　　　　B.　　　　　　　　C. 命题整体感知 尝试与研析 _____(在“A.J1用作遮光控制、J2用作通风控制；B.J1用作通风控制、J2用作遮光控制”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (3)小明在测试电路时，发现R3和R4的阻值不符合电路要求，导致J1和J2始终都不能吸合，合理的调整措施是_____、_____(在“A.增大R3；B.减小R3；C.增大R4；D.减小R4”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (4)请根据控制要求，在虚线框中将传感器和电阻正确地连接到电路中。 A B D 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 (1)光敏电阻是负系数，光线越强电阻越小，选项B符合要求。 (2)由控制要求表可知，遮光继电器需要两种信号同时控制，通风继电器只有温度信号控制，得知Y端获取温度信号，J2控制通风继电器；X端获取光线信号，J1控制遮光继电器。 命题整体感知 尝试与研析 (3)基极电阻过大时，导致基极电流过小，则都需要调小基极电阻。 (4)先分析Y端，当J2吸合→三极管V2导通→与非门输出为0→Y端为1，则正温度系数的热敏电阻，得知温度高电阻大→RT接分压的下端。再分析X端，当J2吸合→三极管V2导通→与门输出为1，结合此时Y为1→X为1，结合光敏电阻特征，RG接上方。 命题整体感知 尝试与研析 变式1[ 2023·浙江1月选考]如图所示，这是小明设计的具有快慢充功能的电池充电电路。E是充满电压为1.5 V的充电电池，快慢充转换的基准电压设定为1.42 V。当电池快充到1.42 V后，转换为慢充；两个发光二极管分别指示快充和慢充状态。请完成以下任务。 (1)根据电路原理分析，快充状态指示灯是 _____(单选)。 A．VD1 B．VD2 B 命题整体感知 尝试与研析 (2)小明搭建了电路并通电测试，当IC1的输出为低电平时，VD1、VD2同时发光，无法正确指示快充与慢充状态，可能的原因有________(多选)。 A．R1阻值偏大　　　　　　 B．R1阻值偏小 C．R4阻值偏小 D．R4阻值偏大 (3)小明在对题图电路的测试中发现电池充满后还保持充电状态，可能会造成安全隐患，于是决定改进电路，使电池充到1.5 V后能自动停止充电。小明画出了部分电路，请在虚线框中连接给定的元器件，将电路补充完整。 AC 命题整体感知 尝试与研析 (4)小明还发现电源电压波动时，会导致快慢充转换的基准电压也发生波动。为了稳定基准电压，需要在题图的基础上进行改进，请在虚线框中连接给定的元器件(二极管为硅管)，将电路补充完整。 命题整体感知 尝试与研析 【答案】 如图(答案可能不唯一) 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 (1)本题考查比较器电路的分析。电池E电压较低时，比较器输出低电平，VT1导通，VD1熄灭，VD2点亮。 (2)本题考查电路的故障分析、三极管的状态分析。VT1导通，VD1发光，说明VT1是放大导通。R1偏大或R4偏小，不利于VT1进入饱和状态。 (3)本题考查比较器的电路设计。利用三极管断开电源→电池E充到1.5 V时，比较器IC2输出低电平至三极管基极→比较器标准为V＋，输入端为 V－。 (4)三个二极管串联可以起到稳压2.1 V的效果，避免电源波动的影响。2.1 V通过RP分压，得到所需的电位标准。 命题整体感知 尝试与研析 变式2 如图所示，这是电保温箱的电子控制电路原理图，RT1、RT2是负温度系数热敏电阻。该控制电路能将保温箱里的温度保持在一定范围内。 (1)要将下限温度调高，可进行的操作是___________(提醒：先判断出上下限电阻)。 调小RP1 命题整体感知 尝试与研析 (2)请给电路增设电热丝工作指示电路(要求：电热丝不加热时V1亮，加热时V1不亮)。 (3)继电器连接变化，但要保持原来的逻辑功能不变，请连线。 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 (1)低温加热，继电器吸合，3脚为1，2、6脚为0，低温向高温变化保持加热，则2为1，6为0，2脚为下限端，要将下限温度调高，可调小RP1。 (2)不加热时指示灯亮，则接常闭触点；二极管需要与保护电阻串联；二极管单向导通。 命题整体感知 尝试与研析 (3)低温加热，继电器吸合，3脚为0，2、6脚为1，低温向高温变化保持加热，则2为1，6为0，6脚为下限端；结合传感器与电阻上下分压的特点得到结果。 命题整体感知 尝试与研析 变式3 [2023·温州中学检测]如图1所示，这是小明设计的房间湿度控制电路图。功能如下：若房间湿度低于下限设定值时，系统启动电动喷雾器M给房间增加湿度；若房间湿度高于上限设定值时，电动喷雾器M停止工作。请根据要求完成下列任务。 命题整体感知 尝试与研析 (1)可通过_____(单选)调节湿度下限设定值。 A．RP1 B．RP2 (2)当继电器吸合时，A、B两点的电平分别可能为__________(多选)。 A．高电平、低电平 B．低电平、高电平 C．高电平、高电平 D．低电平、低电平 (3)发现湿敏电阻RS1损坏，请重新设计输入电路部分，实现当RP1调大时，湿度上限升高，湿度下限降低的功能，在虚线框1中完成连线。 B B、C 命题整体感知 尝试与研析 (4)电动喷雾器的水箱里增加水位检测器(有水时输出高电平，缺水时输出低电平)，要求水箱有水并且湿度低时才启动电动喷雾器。请在虚线框2中完成连线。 命题整体感知 尝试与研析 【答案】 如图 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 (1)本小题考查电路功能分析，V2和R3之间的两个非门构成触发器，A点低电平触发V4导通，B点低电平触发V4截止，因此RP2控制湿度下限，RP1控制湿度上限。 (2)本小题考查电路功能分析，不同湿度下，A、B电平情况如表所示： 湿度 A B 高于上限 高电平 低电平 介于上下限之间 高电平 高电平 低于下限 低电平 高电平 命题整体感知 尝试与研析 需要注意，由于湿度不可能既高于上限又低于下限，所以A、B都出低电平的情况并不存在。 (3)一方面，由第(1)题分析可进一步推知，虚线框的两根信号线中，上面一根是低电平有效，下面一根是高电平有效，故上面一根接较低信号源，下面一根接较高信号源。另一方面，由于RP1对上下限的调节效果相反，所以RP1接在两根信号线之间。 (4)本小题考查三极管参与的基本逻辑电路设计，答案中两种连线方案均能实现只有当左端两根信号线均出高电平时，V4才导通，其余情况均不导通。 命题整体感知 尝试与研析 |随|堂|检|测| [2023·温岭中学检测]如图所示，这是小明以555时基电路为核心设计的温控电路，用以控制水箱的温度，可以将水温控制在30 ℃～40 ℃。555芯片功能表(5脚电位用Vct表示)如表所示。请根据题意，完成以下任务。 命题整体感知 尝试与研析 (1)RT为_____(单选)。 A．正温度系数热敏电阻 B．负温度系数热敏电阻 (2)为了只将上限温度提高到45 ℃，以下方法合理的是_____(单选)。 A．增大R3 B．增大R1 (3)为了防止温控电路失灵导致温度过高，小明在原有电路的基础上做了改进，用RT2检测极限温度，以实现温度过高切断电源的功能，请在两个虚线框中选择合适的端子连接电路。 B A 命题整体感知 尝试与研析 【答案】 如图 命题整体感知 尝试与研析 或 (4)为了实现更好的人机关系，小明打算再用一块555时基电路设计一个振荡器，以实现在加热时BP发出声音，请在虚线框中选择合适的端子连接电路。 命题整体感知 尝试与研析 命题整体感知 尝试与研析 (3)RT2为负温度系数热敏电阻，此电路设计有两个方案：一个方案是继电器触点采用常闭触点，则在低于极限高温时，电压比较器输出为低电平(让“＋”输入端电位低于“－”输入端的参考电位)，电源接通。当温度达到极限高温时，电压比较器的“＋”输入端电位升高，达到高于“－”输入端的参考电位，电压比较器输出为高电平，将继电器常闭触点吸断，达到切断电源的作用。另一个方案是继电器触点采用常开触点，则在低于极限高温时，电压比较器输出为高电平(让“＋”输入端电位高于“－”输入端的参考电位)，将继电器吸合，电源接通。当温度达到极限高温时， 命题整体感知 尝试与研析 电压比较器的“＋”输入端电位降低，达到低于“－”输入端的参考电位，电压比较器输出为低电平，将继电器断电，触点释放，达到切断电源的作用。 (4)这个电路的设计只要将555芯片连接成多谐振荡器电路，然后让前面555芯片输出端(3脚)在加热时出高电位去控制构成多谐振荡器电路的555芯片的4脚即可。 感谢聆听，再见！ 【解析】 (1)不加热时，3脚出0，VT1截止，这时5脚电位Vct＝VCC，温度降低至30 ℃时，2脚电位U2下降至小于VCC，所以RT为负温度系数热敏电阻。故选项B正确。 (2)加热时，3脚出1，VT1导通(VT1是共集电极接法，只能处于放大状态)，5脚电位Vct＝Ue1－0.7，增大R3，VT1的基极电流减小，UR1减小，Ue1增大，即Vct升高，使得上限温度升高。而增大R1，VT1的基极电流减小，发射极电流相应减小，Ue1降低，即Vct减小，使得上限温度降低。故选项A正确。 $$