5.2 开环电子控制系统的设计和应用（教学课件）通用技术苏教版2019选择性必修1

第2节 开环电子控制系统 的设计和应用 苏教版（2019）选择性必修1 高中通用技术 目 录 一、 学习目标 二、 课堂导入 三、 技术探究 四、 课堂小结 六、 课堂练习 五、 拓展延伸 学习目标 一 1.能应用功能电路设计开环电子控制系统，并进行安装、调试和改进。 2.通过简单遥控系统的设计和制作，了解遥控系统的组成及其控制过程。 3.通过对开环电子控制系统的设计和应用，体验电子控制系统的构成和各部分的工作过程。 二 课堂导入 这是一个温度控制电路，当温度高于上限温度时，电风扇的电机开始工作，进行降温，温度低于下限温度时，电机停止工作。 问： 1.电路中的Rt是什么类型的热敏电阻？ 2.这个电路是一个“系统”吗？它的输入、处理、输出分别是什么？ 3.这个系统的输出结果（电机是否工作），会不会反过来影响555的工作？ 三 技术探究 设计电子门铃 任务一 三 任务一：设计电子门铃 开环控制系统的特点 开环电子控制系统的输出结果对系统的控制没有影响，也就是被控量的变化不会改变控制系统工作状态的变化。 还记得开环控制系统的特点吗？ 三 任务一：设计电子门铃 开环电子控制系统的特点 开环电子控制系统又称为无反馈电子控制系统，其造价低，结构相对简单。 开环电子控制系统有什么特点呢？ 三 任务一：设计电子门铃 任务发布——设计一个电子门铃控制系统 设计要求： 1.进出学校的师生和门卫师傅都能方便地使用。 2.有多种铃声，避免单调，增添趣味性。 设计分析： 1.可选择开环电子控制系统，它的被控量是“声音”。 2.设置两个输入端，安装两个按钮开关，分别供进校和出校的师生方便地使用。 3.控制（处理）部分可以使用功能电路作为控制核心。 三 任务一：设计电子门铃 试一试：根据电子控制系统的基本组成，画出电子门铃控制系统方框图 被控对象 扬声器 输入 按动按钮开关 控制处理 功能电路 输出 电路 访客 三 任务一：设计电子门铃 方案权衡：对三个方案进行比较，选择一个并说明理由。 1.挑选两个可以发出不同声音的集成电路作为控制（处理）部分。 2.安装两组电子门铃控制系统，在学校大门内、外适当位置各安装一只按钮开关。 A 1.根据第一节“任务一”中的技术体验“安装与调试一个多谐振荡器”，在输出端接上无源蜂鸣器。 2.选择两组不同的R和C的值，制作能发出不同声音的门铃。 3.安装两组电子门铃控制系统，在学校大门内、外适当位置各安装一只按钮开关。 B 三 任务一：设计电子门铃 方案权衡：对三个方案进行比较，选择一个并说明理由。 C 1.仿照第一节“任务二”中的技术体验，安装与调试一个555集成电路组成的多谐振荡器，在输出端接上扬声器。 2.增加部分辅助电路，采用按钮开关，利用按钮按下和松开，有不同的电阻接入电路，实现不同频率的振荡，产生"叮咚"双音门铃。 3.安装一组电子门铃控制系统，在学校大门内、外适当位置各安装一只按钮开关。 三 技术体验 活动准备： NE555集成电路1块，47kΩ电阻4只， 二极管2只，10μF、100μF电容器各1只， 0.01μF电容器2只，按钮开关2个， 扬声器1只，5V直流电源1个。 555集成电路“叮咚”双音电子门铃的安装与调试 电路图 任务一：设计电子门铃 三 技术体验 555集成电路“叮咚”双音电子门铃的安装与调试 电路图 工作原理分析： 按下按钮开关，电阻R₁被短路，555集成电路构成的多谐振荡器开始振荡，振荡频率约700 Hz,扬声器发出“叮”的声音。与此同时，电源通过二极管给电容C₁充电。松开按钮开关时，电容C₁便通过电阻R₄放电，维持振荡。但由于开关的断开，电阻R₁被串联接入电路，使振荡频率改变，大约为500 Hz,扬声器发出另一种“咚”的声音。直到电容C₁放电到电压不能维持555集成电路振荡为止。所以“咚”声音的余音长短可以通过改变电容C₁的大小来改变 任务一：设计电子门铃 三 技术体验 555集成电路“叮咚”双音电子门铃的安装与调试 主要过程∶ 1.检测各个元器件的质量。 2.根据上面的电路图安装电路。 3.检查焊接中是否有虚焊和搭焊。 4.接通电路，检查电子门铃控制系统是否正常工作。 5.根据设计要求，在学校大门内、外合适的位置各安装一个门铃按钮，并进行布线和调试。 任务一：设计电子门铃 三 技术探究 设计简单的红外遥控电子门铃 任务二 三 任务二：设计简单的红外遥控电子门铃 遥控系统 （1）含义 遥控系统原意是指能按照意图对被控对象的工作状态等进行远距离操纵的技术系统。随着遥控技术的广泛应用，遥控系统已被广义地理解为没有对被控对象进行直接操纵的技术系统。 （2）组成 遥控系统一般由_____________、_____________和________三个基本部分组成。 遥控发射器 遥控接收器 执行器　 三 任务二：设计简单的红外遥控电子门铃 遥控系统 （3）分类 ①按照控制指令的传输方式区分，遥控系统可以分为有线遥控系统和无线遥控系统两大类。 ②无线遥控系统有无线电遥控、红外遥控和超声波遥控等，其中红外遥控相对简单。 三 任务二：设计简单的红外遥控电子门铃 案例分析——无线遥控门铃的设计 1.在门铃和按钮之间不需要布线。 2.在距离15m之内，按动门铃按钮，门铃即能发出声音。 3.尽量降低制作成本。 明确设计要求 三 任务二：设计简单的红外遥控电子门铃 案例分析——无线遥控门铃的设计 1.在门铃和按钮之间不布线，只能采用遥控方式。 2.通过对设计要求的分析和对遥控系统的了解，必须解决好选择什么类型的遥控系统，以及遥控系统中发射器、接收器中电路的选择和执行器的选择问题。 3.分析干扰因素，减少干扰对接收器的影响。 进行设计分析 三 任务二：设计简单的红外遥控电子门铃 案例分析——无线遥控门铃的设计 提出设计方案 1.遥控发射器采用家用电器中的红外遥控器。 2.采用JS1838和2CK71A等组成红外接收电路。 3.红外接收电路连接一个直流继电器，控制一只NE555集成电路“叮咚”双音电子门铃。 三 任务二：设计简单的红外遥控电子门铃 案例分析——无线遥控门铃的设计 1.采用NE555集成电路制成简易红外线发射电路。 2.遥控接收和门铃电路与方案A相同。 三 任务二：设计简单的红外遥控电子门铃 案例分析——无线遥控门铃的设计 1.遥控发射器采用家用电器的红外遥控器。 2.采用JS1838和2CK71A组成红外接收电路。 3.采用JN6201音乐集成电路输出音乐声。 三 任务二：设计简单的红外遥控电子门铃 案例分析——无线遥控门铃的设计 权衡设计方案 1.检测元器件的质量。 2.根据电路图安装元器件，防止电路元件的错接和虚焊等。 3.安装完成后，使用家用电器的遥控器进行调试，并逐渐拉开控制距离至15m，观察遥控效果。 4.分析产生干扰的原因，改变红外接收头的方向，使干扰的影响最小。 对三个方案进行比较，根据尽量降低成本的要求，选择方案A或C进行制作。 5 制作电路并调试 三 任务二：设计简单的红外遥控电子门铃 设计和安装开环电子控制系统的一般步骤 （1）依据设计要求进行分析，确定被控量和被控对象。 （2）根据开环电子控制系统方框图，选择恰当的传感器，确定控制（处理）部分使用的实用电路和元器件，选择合适执行部件。 （3）参照相关资料，在输入、控制（处理）和输出部分之间分别选择合适的接口电路，设计或改进原有的电路。 （4）检测元器件或实用电路的质量。 （5）安装电路，防止元器件错接、虚焊，要注意对未使用的引脚的处理，注意接地。 （6）调试电路，检查触发电压的大小。 01 02 开环电子控制系统又称为无反馈电子控制系统，其造价低，结构相对简单。 03 四 课堂小结 开环电子控制系统的输出结果对系统的控制没有影响，也就是被控量的变化不会改变控制系统工作状态的变化。 对集成电路内部结构不清楚的情况下，通常可分析电路输入和输出的关系推断其内部结构和功能，即黑箱方法。 现在我们来到了课堂小结环节。电子控制系统作为一个关键的概念，其工作过程和基本组成是本次课程的核心内容。 电子控制系统一般可划分为输入、控制（处理）和输出这三个基本组成部分。这三个部分紧密相连，构成了电子控制系统的工作框架。输入环节收集信息，如同人的感官获取外界信号；控制（处理）部分则对这些信息进行分析和决策，就像大脑进行思考；输出部分执行决策结果，好比身体做出相应动作。理解它们的协同运作，有助于我们把握电子控制系统的本质。 四 课堂小结 现在我们来到了课堂小结环节。电子控制系统作为一个关键的概念，其工作过程和基本组成是本次课程的核心内容。 电子控制系统一般可划分为输入、控制（处理）和输出这三个基本组成部分。这三个部分紧密相连，构成了电子控制系统的工作框架。输入环节收集信息，如同人的感官获取外界信号；控制（处理）部分则对这些信息进行分析和决策，就像大脑进行思考；输出部分执行决策结果，好比身体做出相应动作。理解它们的协同运作，有助于我们把握电子控制系统的本质。 五 拓展延伸 输入、控制、输出设计 输入设计 功能：将采集的非电量变化转变为电量变化 组成器件：各种传感器 实例： 五 拓展延伸 输入、控制、输出设计 控制设计 功能：对送入的电信号进行比较、分析和处理，并发出指令 组成器件：具有各种控制功能的电子电路：三极管、逻辑电路、555电路等 实例： 五 拓展延伸 输入、控制、输出设计 输出设计 功能：执行控制（处理）部分的指令，进行某种操作，实现某种功能 组成器件：电磁继电器等 实例： 六 课堂练习 1.如图所示是某粮库的报警电路,关于R1,下列测试方法及判断中正确的是 (　　) A.用水将其表面喷湿,电阻明显变小 B.对其进行光照,电阻明显变小 C.用电烙铁对其进行烘烤,电阻明显变小 D.用多用电表测试其正反方向电阻阻值,有明显区别 答案：A 解析：由题图可知，R1为湿敏电阻，检测的是湿度信号，应用水来测试。 六 课堂练习 2.发现报警电路中VT2坏了,现在只能用NPN替代,下列电路中正确的是(　　) 答案：D 解析：将题图中VT2即PNP型三极管换成NPN型三极管，采用共发射极接法；NPN型三极管与PNP型三极管的逻辑值相反，则R1与R2需换位置接入电路。 六 课堂练习 3.如图所示是小明设计的电机高低转速控制电路。S1、S2是电键，按下时接通，松开时断开。比较器功能：V＋＞V－时输出高电平，V＋＜V－时输出低电平。下列分析中不正确的是 （　　） A.电机转动时发光二极管VD发光 B.磁铁靠近干簧管﹐然后按下电键S1后松开， 电机低速转动 C.同时按下电键S1、S2后不松开，电机高速转动 D.电机不转时﹐磁铁靠近干簧管，三极管VT1 导通，电机转动 答案：D 解析：电机没有转动时,磁铁靠近干簧管,VT1无法导通﹐比较器V＋输入端无法获取高电平。 六 课堂练习 4.如图所示是小明设计的高温报警实验电路，当温度高于设定值时，蜂鸣器HA发声报警，下列分析中不正确的是（　　） A.Rt为正温度系数热敏电阻 B.HA是有源蜂鸣器 C.调大RP可改变报警温度 D.R3过大会导致电路无法报警 答案：A 解析：该电路为高温报警实验电路，当温度高时，三极管VT导通，比较器V＋>V－，Rt阻值小，温度高阻值小，Rt为负温度系数热敏电阻。 六 课堂练习 5.如图所示是小明设计的湿度报警电路。湿度高于设定值时，蜂鸣器发出响声。下列关于该电路的分析中不正确的是 （　　） A.湿度增大时，Rs阻值减小 B.蜂鸣器发声时，A点电位约为0.7 V C.调大Rp，VT1会进入饱和状态 D.蜂鸣器发声，当湿度减小时，V的读数增大 六 课堂练习 答案：C 解析：A项，当湿度高于设定值，蜂鸣器发出响声，VT1、VT2导通，VT1基极为高电平，所以Rs湿度高，阻值小；B项，蜂鸣器发出响声，VT2导通，由于VT2发射极接地，因此A点的电位约为VT2发射结导通压降，即0.7 V；C项，三极管饱和要求发射结和集电结均正偏，而VT1集电极直接接电源，因此VT1只能处于放大或截止状态；D项，当湿度减小时，VT1基极电压降低，则Ib变小，又因为VT1处于放大状态，因此发射极电流变小，发射极电压变小，VT1的Uce变大，即V的读数增大。 感谢观看 苏教版（2019）选择性必修1《电子控制技术》 $