探究自动门安全设计（教学课件）信息科技六年级

第三单元 系统安全 探究自动门安全设计 第三课 六年级 目录 CONTENTS 课程导入 01 项目实施 02 平移式自动门原理 03 平移式自动门的安全设计 04 搭建平移式自动门模型 05 项目拓展 06 项目评价 07 课程导入 本课，同学们根据“项目探究”要求，通过分析平移式自动门的实际应用，领悟自动门设计中蕴含的安全理念，理解系统安全在日常生活中的不可或缺性。最终，利用开源硬件平台，构建一个自动门系统的原型，模拟并实现自动门的基本功能。 自制平移式自动门模型 项目实施 1.探究平移式自动门系统中的安全设计。 2.利用开源硬件搭建平移式自动门模型，模拟实现其功能。 项目实施 小试身手 组建4~6人的项目小组，根据项目内容，推选一名组长，合理安排分工。 成员 姓名 特长 分工 组 长 成员1 成员2 成员3 成员4 成员5 成员6 平移式自动门原理 平移式自动门在我们的日常生活中非常普遍，其以高效便捷的特性在商场、酒店、办公楼等场所得到广泛应用，其工作原理主要是基于感应探测、控制驱动和门扇移动的协同工作。 当平移式自动门的传感器探测到有人或物体进入检测区域时，它就会捕获相应的信号并传输至控制器。控制器接收到这些信号后，会将其与预设的开门条件进行对比。如果条件满足，控制器将发送指令激活马达，进而驱动门体执行开启动作。 平移式自动门原理 小试身手 平移式自动门原理 1.查阅相关资料，描述平移式自动门的工作过程。 平移式自动门的核心是“传感器检测 → 控制器判断 → 电机驱动门体平移”的闭环流程： 待机检测：主控制器处于待命状态，安装在门上方的感应探测器（传感器）持续扫描门前区域。 触发信号：当有人或移动物体进入探测范围，探测器采集信号并向主控制器发送触发脉冲。 开门动作：控制器接收信号并确认有效后，驱动动力马达正向运转。马达通过同步带、齿轮等传动机构，带动门扇沿轨道平稳加速开启。 保持开启：门体到达全开位置（触碰限位开关）后停止，控制器启动延时计时器，保持门体敞开以供通行。 关门动作：延时结束且无新触发信号时，控制器驱动马达反向运转，门扇减速、平滑关闭，直至完全闭合。 安全防夹：关门过程中，若防夹传感器（如安全光幕、触觉条）检测到障碍物，门会立即停止或反向开启，避免夹人。 小试身手 平移式自动门原理 2.结合开源设备，思考平移式自动门可以使用哪些传感器检测信息。 微波雷达传感器 原理：发射微波，检测移动物体的反射波。 特点：响应快、抗干扰强、不受环境温度影响，适合人流密集区。 红外热释电传感器 原理：感应人体红外热辐射变化。 特点：成本低、功耗小，适合室内、静态物体不敏感场景。 红外对射 / 光幕传感器 原理：门两侧成对发射 / 接收红外光，物体遮挡时触发。 用途：主要用于防夹保护，检测门区障碍物。 压力感应踏板 原理：踩踏施加压力触发。 用途：辅助开门，适合需精准控制的通道。 激光测距传感器 原理：激光飞行时间测距，检测物体接近。 特点：精度高、测距远，可判断物体距离与速度。 小试身手 平移式自动门原理 3.根据以上分析，绘制出平移式自动门控制过程的算法流程图。 平移式自动门的安全设计 平移式自动门系统的安全设计是其至关重要的一环，旨在确保人员安全，防止意外发生，并提升整体系统的可靠性。 小试身手 探究平移式自动门的安全设计。 1.为了确保门体不受损坏，需要采取哪些控制措施，使自动门在达到最大开启位置或门扇完全紧密闭合时，能够精准停止运动? 采用软硬件双重限位方案： 硬件限位：在门体全开、全关位置安装行程/微动开关，门体到位时机械触发，强制切断电机电源，物理兜底防撞击。 软件限位：通过编码器/霍尔传感器实时采集门体位置，预设极限行程，到位前先减速、再平稳停机，避免冲击损坏门体。 平移式自动门的安全设计 小试身手 2.门体在关闭过程中遇到障碍物(如人体、物体等)时，会立刻停止关闭并即刻开启，以避免夹人(或物)事件和碰撞门体现象的发生，这一点应如何实现? 通过三重防护实现遇障即停/反向： 红外光幕/对射传感器：关门时形成红外屏障，遮挡即触发，控制电机立即反向开门。 机械防夹胶条：门扇边缘加装压力感应胶条，受挤压时导通触点，触发紧急反向，作为硬件兜底。 电机电流监测：通过检测电机负载突变（电流飙升），软件判定遇障，自动停转并开门，低成本无额外硬件。 平移式自动门的安全设计 小试身手 3.平移式自动门通常配备制动装置，有助于设备维修、大门保持常开或常闭状态等特殊情况，这一点应如何实现? 电气制动：电机内置电磁抱闸，正常运行通电松闸，停机/断电时自动锁死，防止门体滑动，保障维修安全。 手动离合：设置手动离合开关，故障/维修时断开电机与传动机构，可手动推拉门体，复位后恢复自动运行。 模式切换：通过控制器设置常开/常闭模式开关，可手动锁定门体开启/闭合状态，适配消防、夜间等特殊场景。 平移式自动门的安全设计 小试身手 4.根据以上分析，在已绘制的流程图基础上，添加安全设计的控制算法。 搭建平移式自动门模型 掌握了平移式自动门的工作原理及安全设计策略后，我们就可以着手利用开源硬件等组件构建一个平移式自动门的模型，并通过编程模拟实现其各项功能。 简易的平移式自动门系统的整体结构一般由控制子系统、动力子系统、供电子系统构成。 搭建平移式自动门模型 小试身手 1.列出搭建平移式自动门系统所需的器材，填写表格。(可以根据实际情况增加表格行数) 序号 器材设备名称 作用 例：1 主控板 系统控制 2 3 4 5 6 7 8 9 10 人体红外传感器 检测是否有人靠近，触发开门 直流电机/步进电机 提供动力，驱动门体平移开关 电机驱动模块 放大主控信号，控制电机正反转、调速 限位开关（行程开关） 检测门体全开/全关位置，实现精准停门 红外防夹光幕 关门时检测障碍物，触发防夹反向开门 电源模块 为整个系统提供稳定供电 门体框架、轨道 机械结构，支撑门体平稳平移 电磁抱闸 / 制动装置 停机 / 断电时锁死门体，保障安全 急停按钮 紧急情况下切断电源，强制停机 搭建平移式自动门模型 小试身手 合作 2.以小组为单位，使用框架材料或其他材料，搭建和制作平移式自动门框架、门体等基本装置。 3.根据算法流程图，在软件中构建控制系统的电路布局并编写相应程序。 模拟验证成功后，搭建实际系统。 4.在成功构建模型并完成其功能模拟之后，关于系统安全方面，你有哪些深刻体会? 小试身手 搭建平移式自动门模型 安全是核心底线：自动门必须设置多重防夹、限位、制动等冗余保护，单一防护失效时仍能保障安全，避免夹人、撞门事故。 软硬件结合才能可靠：仅靠软件控制不够，必须搭配硬件限位、机械防夹等物理防护，才能应对断电、故障等极端情况。 细节决定安全性：开门延时、关门速度、防夹灵敏度等参数，都需要根据实际场景调试，平衡通行效率与安全。 应急机制必不可少：必须设置急停、手动离合、断电常开等应急方案，保障维修、断电等特殊场景下的人员安全。 观察平移式自动门的运行，你会发现门体的运动速度不是一成不变的。门体刚开始运动时是加速过程，随后是匀速运动;当门体即将全部打开或关闭时，它又转变为减速运行。尝试实现该功能。 项目拓展 项目评价 序号 评价内容 评价等级 优 良 一般 信息意识 能较准确地阐述系统安全的含义，理解其重要性 能识别常见的系统安全因素，知道它们对系统安全的潜在影响 计算思维 具备分析系统安全问题的逻辑能力 能设计简单的系统安全解决方案 能较熟练地使用开源硬件系统 项目评价 序号 评价内容 评价等级 优 良 一般 数字化学习与创新 能主动利用网络资源等数字化工具，自主学习系统安全知识，并积极参与讨论和分享 具有创新性设计，并能运用数字化工具进行实践 信息社会责任 理解自主可控对国家安全的重要意义 尊重别人的观点，理性发表个人观点 发挥个人作用，关注团结协作 谢谢 下节课见！ Thanks！ $