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第 5章第 1 节 自动控制系统
1.“胜哥”开发了水位控制系统，水箱水位自动控制中，那么检测水位变化的部
件是( )
A.控制阀门 B. 水位传感器 C. 进水管道 D.出水管道
2. 传感器在自动控制系统中的作用类似于人体的( )
A.大脑 B.神经 C.感觉器官 D.四肢
3.智慧农场灌溉系统自动调整灌溉量的依据是( )
A.天气温度 B.农作物颜色 C.土壤水分含量 D.农民的手动指令
4.下列不属于自动控制系统的是( )
A.汽车自动驾驶 B.手动开关电灯 C.地梯自动运行 D.空调自动调节温度
5.计算机在自动控制系统中的作用不包括( )
A.人工搬运货物 B.数据传递 C.实时监控 D.精准控制
6.有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，其中有两个传感
器，下列说法正确的是( )
A.两个传感器都是光电传感器
B.两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C.两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D.只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
7.下列传感器与其相当于人的器官对应不一致的是( )
A.光敏传感器：眼 B.压敏传感器：皮肤
C.气敏传感器：鼻 D.化学传感器：耳
8.在路上行走时，如果发现有积水区，我们经过观察和判断后，决定绕行的过程，
从控制系统的角度分析，承担信息处理系统的是( )
A.眼 B.大脑 C.躯体 D.耳
9.根据消防要求，仓库、图书馆等场所都要安装火灾自动报警系统。当烟雾探测
器检测到的烟雾浓度超过设定值时，电子开关被接通，报警器发出声光信号进行
报警。关于该报警控制系统，以下说法中正确的是( )
A.输出量是有无声光信号 B，被控对象是仓库、图书馆等场所
C.控制器是电子开关 D.输入量是声光信号
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10.为保护视力，很多电子产品都增加了“屏幕提醒”功能。其原理如图乙所示，
R0为定值电阻，R为距离传感器，眼睛与电子屏幕的距离越近，其阻值越小，当
电表示数大于设定值时，会进行提示。下列分析正确的是（ ）
A．图乙中的电表，是用电流表改装的
B．电路中的 R和 R0并联
C．眼睛距离屏幕越近，电路电流越大
D．眼睛距离屏幕越远，电表示数越大
11.许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，
即使有声音它也没有反应。它的控制电路中可能接入的传感器是( )
A.温度传感器和光电传感器 B.光电传感器和声音传感器
C.声音传感器和热电传感器 D.温度传感器和热电传感器
12.“胜哥”想要设计一套浇花的控制装置，下列传感器中最合适的是( )
A.湿敏传感器 B.光敏传感器 C.声敏传感器 D.化学传感器
13.暴雨后某立交桥下积水较深，很不安全，“胜哥”
为此设计了一个积水自动报警器，其原理如图所示。
图中 A、B位置可以安装电铃或 LED 灯，要求地面没有
积水时 LED 灯亮，地面积水较深时电铃响。根据设计
要求，电铃应该安装在图中的 (选填“A”或
“B”)位置。电磁继电器实质是一种 (选填“用电器”或“开关”)。
14.如图所示是“胜哥”设计的一种自动测定水箱内水
位的装置，R是一种滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆
的一端，从水位表指针所指的刻度就可知道水箱内水位
的高低，从图中可知：水位表是由 改装
而成。当水面上升时，滑片 (选填“向上移动”或“向下移动”)，
滑动变阻器连入电路电阻 ，电流 ，水位表示数 。
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15.机器人遇到无法穿越的障碍物时，它的自动控制过程如下：
传感器收集信息→前方有障碍物→信息传输到中央处理器→中央处理器根据机
器人具有的能力对当前信息进行综合分析与处理，作出判断：无法穿过，只能绕
行→中央处理器对机器人的执行系统发出命令：改变路线，绕行→
按照指令完成相应的绕行操作。
16.某养鸡场种蛋孵化器温控系统的工作原理为:当温度传感器检测到孵化器内
的实际温度低于设定温度时，控制器发出指令，启动执行器开始制热；当实际温
度达到或超过设定温度时，执行器停止工作。该系统通过检测装置持续获取实际
温度，并将其反馈给控制器，实时调整执行器状态，以维持温度稳定。针对该控
制系统，回答下列问题:
(1)从控制过程中有无人工干预的情形来分，该控制属于 控制。
(2)该控制系统的执行器是 ，检测装置是 。
17.现在的手机已成万能工具，基本可以满足文档扫描、拍摄、播放、录音、笔
记等工作。摄像头逐渐成为年轻人挑选手机的重要考虑因素。
(1)眼球是人体视觉系统的主要部分，结构复杂且功能强大。某品牌手机摄像头
构造如图乙所示，该手机摄像头中的结构 (填序号)相当于图甲中人
眼球的结构 1和 2的共同作用。
(2)图乙中线路连接基板的作用是将转化而成的电信号传导至手机处理器进行处
理 ， 而 人 体 内 处 理 视 觉 信 号 并 最 终 形 成 视 觉 的 部 位
是 。
18. 半导体薄膜压力传感器是一种常用的传感器，其阻值 R1 随压力变化情况如
图甲所示。“胜哥”利用此传感器设计了如图乙所示的自动分拣苹果装置，并设
置分拣标准为 0.15 千克。其原理是：调节 R2的滑片 P，使得 0.15千克的苹果在
托盘秤上时，电磁铁恰好能吸住分拣开关的衔铁，苹果便通过下方通道筛选出来，
此时 R2两端的电压为 3V。已知电源电压为 6V，内阻不计。
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（1）电磁铁上端是 极（选填“N”或“S”）；
（2）为使该装置达到上述分拣标准，R2的阻值应调为多少？（通过计算证明）
（3）为了提高分拣标准，挑选出质量为 0.2 千克以上的苹果，可以进行的操
作是 （写出一种即可）。
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第 5章第 1 节 自动控制系统答案
1.B 2.C 3.C 4.B 5.A 6.B 7.D 8.B 9.A 10.C 11.B 12.A
13.B 开关
14. 电流表 向下移动 变小 变大 变大
15.光学 操作执行系统
16. (1) 自动 (2) 制热设备 温度检测装置
17.② 大脑皮层的视觉中枢(或大脑皮层)
18.（1）N；（2）R2的阻值应调为 30Ω；（3）R2的滑片向右移动。
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第5章第1节 自动控制系统教学设计
一、教学目标
科学观念
理解自动控制的基本概念，知道自动控制是机器根据人的要求自主获取信息、作出判断、完成操作的过程。能说出自动控制系统通常由信息收集、信息处理、操作执行三大子系统构成，形成对控制系统整体的科学认识。
科学思维
通过对比人体控制系统与机器自动控制系统，运用类比与分析的方法，归纳自动控制系统的工作流程；能够通过具体案例（如楼梯灯、自动驾驶）分析其感知、判断、执行三大能力，培养系统分析与建模思维。
探究实践
通过讨论生活中的自动控制案例，尝试画出机器人绕过积水区域的自动控制过程图；能根据实际需求选择合适的传感器（如光敏、红外传感器），体验工程设计的基本思路，提升实践与创新能力。
态度责任
感受自动控制技术在智能生活、智能制造、航天航空等领域的广泛应用，增强科技强国的使命感与责任感；关注人工智能与自动驾驶技术发展的伦理与安全，形成严谨求实的科学态度。
二、教学重点与难点
教学重点：自动控制的概念与“感知—判断—执行”三大能力；自动控制系统的三大子系统（信息收集、信息处理、操作执行）及其功能。
教学难点：理解自动控制系统的工作过程，能够根据具体情境分析控制过程并画出控制流程图；传感器如何将物理信息转化为电信号并应用于自动控制。
三、教学准备
1. 教师准备：多媒体课件（PPT配合自动控制案例视频）、传感器实物或模型（光敏传感器、红外传感器演示视频）、自动驾驶汽车介绍短片；
2. 学生准备：预习教材，观察身边的自动控制现象（自动门、感应水龙头等）；
3. 分组活动准备：每组一张大白纸、彩色笔，用于绘制自动控制过程图。
四、教学过程
1. 情景导入——感受自动控制的魅力
教师展示炎夏空调自动调温、数控机床自动加工、返回舱自动打开降落伞等场景图片与短视频，提问：“同学们，这些机器没有人工直接操作，却能够根据环境或指令自主完成复杂任务，它们是如何做到的？引出课题——自动控制系统。”学生分享生活中见到的类似现象（自动门、扫地机器人等），激发兴趣。
2. 新知探究（一）：什么是自动控制
自动控制定义：机器根据人的要求，自主获取信息、作出判断、完成操作。教师出示案例：晚上楼道灯自动亮起（白天不亮）；商店自动门感应开启并播报“欢迎光临”；救援机器人进入火场作业。引导学生总结：自动控制具备三大能力——感知能力（获取信息）、判断能力（处理信息）、执行能力（完成操作）。
小组讨论：生活和生产中还有哪些自动控制的应用案例？尝试对案例归类（如环境感应类、智能交通类、工业生产类），并猜测其设计思路。学生交流汇报，教师点评并提炼“自动控制是相对人工控制而言，机器自主完成期望操作”。
3. 新知探究（二）：自动控制系统——三大子系统
教师引导：儿童抓玩具、按压开关、钥匙开门等行为都是“主体对对象的控制行为”，那么自动控制系统如何工作？类比人体控制过程：眼睛看到积水→大脑判断“无法穿过”→决定绕行→腿脚执行绕行动作。由此引出任何自动控制系统都包含三个子系统：信息收集系统（传感器/感觉器官）、信息处理系统（大脑/中央处理器）、操作执行系统（四肢/电机执行器）。
机器人绕障碍分析：光学传感器检测前方有障碍→中央处理器判断“无法穿过”→发出“绕行”指令→电机/轮毂执行绕行。关键点：三大系统缺一不可。教师请学生以小组为单位，画出“机器人绕过积水区域的自动控制过程图”。（学生绘制并展示，教师用以下框图总结）
机器人绕行积水过程图
【光敏/超声波传感器】采集积水/障碍信息 → 转化成电信号 → 【中央处理器(CPU)】分析判断“路径不通” → 发出绕行指令 → 【驱动电机/舵机】执行转向、前进 → 成功绕过积水
拓展渗透系统观念：银河系、太阳系、地球、原子都是系统，自动控制系统同样是子系统有机结合的整体，强调系统相对性。并简要提及原子系统由原子核和核外电子构成（保持对科学统一性的认识）。
4. 新知探究（三）：自动控制元件——传感器（机器的“感觉器官”）
教师提问：机器人如何“看见”障碍？“听见”声音？引出传感器——把光、声、压力、温度等信息转化成电信号的元件。展示常见传感器图片（光敏、红外、超声波、温度传感器）。结合楼梯灯情境：“楼梯灯需要哪些传感器，才能实现晚间自动开启为行人照明？”学生回答光敏传感器（检测环境亮度）和人体红外传感器（检测行人移动），教师予以肯定。
案例升华——自动驾驶：自动控制的集大成者，依靠人工智能+视觉计算+雷达+全球定位系统，大量传感器（摄像头、毫米波雷达、激光雷达、超声波）协同工作，信息处理平台实时判断并发出驾驶指令。播放自动驾驶出租车短片片段，让学生体会自动控制的强大能力。
5. 对比总结：人与机器的“惊人相似”
师生共同填写对比表格：人体控制（感觉器官→神经→大脑→效应器）对应机器控制（传感器→电信号→中央处理器→执行器）。总结任何自动控制系统都遵循“信息收集→信息处理→操作执行”的流程，自动控制是机器自主完成期望操作的技术核心。
6. 巩固练习与检测
例题1：下列不属于应用自动控制的案例是（ ）
A. 救援机器人在火场工作 B. 楼梯声控灯在晚上“胜哥”经过时自动开启
C. 学生听到上课铃自动走进教室 D. “胜哥”坐无人驾驶汽车去杭州出差
解析：选C。学生行为属于人工控制的生物本能反应，并非机器自主控制。
例题2：形成自动控制系统的三个组块是（ ）
① 信息收集系统 ② 信息处理系统 ③ 操作执行系统 ④ 综合控制系统
A. ①②③ B. ②③④ C. ①③④ D. ①②④
答案：A。
学生自主完成，教师点评并再次强调三大子系统缺一不可。
7. 课堂小结与拓展
教师引导学生回顾：自动控制的定义、三大能力、三大子系统、传感器的作用，以及人与机器控制的相似性。鼓励学生在课后观察小区道闸、智能洗衣机等设备，尝试分析其控制流程，并用文字或图示记录，下节课分享。
五、板书设计
自动控制系统 核心板书
一、自动控制：机器自主完成期望操作（相对人工）
三大能力：感知能力 → 判断能力 → 执行能力
二、自动控制系统三大子系统
1. 信息收集（传感器/感觉器官）
2. 信息处理（中央处理器/大脑）
3. 操作执行（电机/四肢等）
工作流程：输入信息 → 处理决策 → 输出动作
三、自动控制元件——传感器
光敏、红外、超声波等（物理量→电信号）
案例：楼梯灯（光敏+人体红外）；自动驾驶（多传感器融合）
四、人与机器的类比：控制过程高度相似
六、教学反思
本节课从生活中的自动控制现象切入，以学生熟悉的空调、自动门等案例激发兴趣。通过类比人体系统与机器系统，清晰构建了“三大子系统”的核心概念，学生能够直观理解抽象的控制流程。在小组活动环节，学生绘制“机器人绕过积水”过程图积极性高，但部分学生对传感器信号转化理解稍显薄弱，后续可利用传感器实验模块让学生亲手体验光控或声控电路，加强具象认知。课堂例题正确率较高，表明对自动控制与非自动控制的辨析掌握牢固。本节内容为后续学习闭环控制、PID调节打下坚实基础，同时融入自动驾驶等前沿科技，有效提升学生科学态度与责任意识。需注意课堂时间分配，讨论环节应更聚焦，确保小组展示时间充足。
※ 依据教材PPT补充：自动控制应用案例归类（环境感应类：楼道灯；智能交通类：自动驾驶；特种作业类：救援机器人）；自动控制设计思路：传感器采集→控制器判断→执行器动作。机器自动控制三大功能缺一不可。
拓展思考：学生课后画出“智能家居自动浇水系统”控制流程图，体现信息收集（土壤湿度传感器）、信息处理（单片机）、操作执行（水泵）完整过程。
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第5章 控制系统与工程
炎夏，空调可以根据设定的温度，自动调控室内温度。数控机床会根据设计的程序自动加工。返回舱会在一定的高度自动打开降落伞，着陆前会自动打开反推器使返回舱迅速降速……
这些都是机器自动控制的。那么机器是如何实现自动控制的？如何设计和制造自动控制装置呢？
第1节 自动控制系统
自动驾驶出租车，汽车会按乘客的要求，安全、准时地将乘客送达目的地。自动驾驶汽车是如何做到的？
第1课时 什么是自动控制
第1节 自动控制系统
一、什么是自动控制
自动控制
自动控制：机器根据人的要求，自主获取信息、作出判断、完成操作
晚上楼道灯自动亮起（白天不亮）
商店自动门感应开启并播报“欢迎光临”
救援机器人进入火场/废墟作业
自动控制的三大能力
机器根据人的要求自主完成某些操作，达到人所期望的要求或功能，这就是自动控制。自动控制是相对人工控制而言的。
自动控制能根据人的需要、机器或装置自己获得的信息，及时作出合理的判断，从而自主地完成某些操作。
三大功能
感知能力（获取信息）
判断能力（处理信息）
执行能力（完成操作）
胜哥课程
生活和生产中还有哪些自动控制的应用案例？对讨论的案例合理归类。你能猜出案例中实现控制功能的设计思路吗？
案例 设计思路（控制过程）
高速公路ETC收费 信息收集：车牌识别摄像头 + 车载OBU射频信号读取
信息处理：扣费成功 → 抬杆指令
操作执行：电机抬起栏杆，车辆通过后落下
快递分拣 信息收集：摄像头读取码信息；压力传感器确认抓取位置
信息处理：识别目的地 → 计算抓取路径与放置格口
操作执行：机械臂或直线分拣机将包裹推入对应滑槽
智能恒温空调 信息收集：温度传感器测室温、红外传感器判断是否有人
信息处理：对比设定温度与室温，有人时自动调节制冷/制热
操作执行：启动压缩机/风扇，调节风量
自动窗帘（光线过强自动关闭） 信息收集：光敏传感器测室外亮度
信息处理：亮度超过阈值 → 关窗帘指令
操作执行：电机带动窗帘轨道滑动
控制是一个主体对一个对象发出有目的的操作行为，以达到主体的期望。
二、自动控制系统
儿童抓住自己喜欢的玩具；
为了使屋内亮起来，按压灯的开关；
为了打开房门，把钥匙插入锁孔并旋转；
商场自动门为顾客打开大门
“抓住”“按压”“插入”“打开”等都是一个主体对一个对象的控制行为。
眼睛看到积水→大脑判断“无法穿过” → 决定绕行→腿脚执行绕行动作
人的控制过程
三个子系统：
信息收集：眼、耳、鼻、皮肤
信息处理：大脑
操作执行：四肢、身体器官
系统的各部分组成一个共同的统一体，完成一个共同任务。消化系统由消化道和消化腺两部分组成，消化道由口腔、咽、食管、胃、小肠和大肠等部分组成。
光学传感器→前方有障碍→中央处理器判断“无法穿过” →发出“绕行”指令→电机/轮毂执行绕行
关键点：三大系统缺一不可
机器人如何绕过障碍？
三个子系统：
信息收集：
信息处理：
操作执行：
银河系是由很多像太阳系一样的子系统组成的；太阳系是由一些像地球一样的子系统组成的；地球也是一个系统，它是由地月系组成的……因此，系统是一个相对概念。
原子是一个系统。请你阐述原子系统的结构与组成。
答：原子系统由原子核和核外电子构成。原子核包含带正电的质子和不带电的中子（氢原子核仅一个质子），核外电子带负电，按能级分层排布，形成电子云。系统整体呈电中性。
自动控制系统与人体系统的对比
功能系统 人体系统 自动控制系统
信息收集 感觉器官（眼耳鼻皮肤） 传感器（光、声、压力等）
信息处理 大脑神经系统 中央处理器（CPU/电脑）
操作执行 四肢、肌肉、器官 继电器、电机、机械装置
惊人的相似！人vs机器
画出机器人绕过积水区域的自动控制过程图。
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三、自动控制元件
人通过感觉器官获取的信息会转化成微电流（冲动），神经会把信息传递到大脑；机器人也相似，可以将各种传感器（相当于人的感觉器官）收集的信息转化成电信号传入中央处理器（电脑）。
传感器是把收集的各种信息（光、声、压力、气味、温度）转化成电信号的元件或装置。那么，用于自动控制的信息收集元件有哪些呢？
传感器：机器的“感觉器官”
传感器 人的感官 功能 应用
光敏传感器 眼 视觉：收集光信息 路灯、相机
气敏传感器 鼻 嗅觉：收集物质的化学成分信息 气体泄漏检测
声敏传感器 耳 听觉：收集声音信息 噪声监测
压敏、温敏传感器 皮肤 触觉：收集压力、温度等信息 电子秤、电子温度计等
化学传感器 舌 味觉：收集气味分子的特征信息 环境监测、酒驾检测等
传感器将光、声、压力、气味等信息转化为电信号
楼梯灯需要哪些传感器，才能实现晚间自动开启为行人照明的功能？
答：楼梯灯楼梯灯光敏传感器（检测环境亮度）和人体红外传感器（检测行人移动）。
自动驾驶：自动控制的集大成者
依靠：人工智能 + 视觉计算 + 雷达 + 全球定位系统
大量传感器协同工作（摄像头、毫米波雷达、激光雷达、超声波），信息处理平台实时判断并发出驾驶指令。
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1.自动控制是机器自主完成期望操作的技术
2.任何自动控制系统都需要三大子系统：信息收集、信息处理、操作执行
3.传感器是机器的“感官”，把物理信息变成电信号
4.人与机器的控制过程在原理上高度相似
5.自动驾驶是自动控制技术的典型高端应用
1.下列不属于应用自动控制的案例是（　C　）
A. 救援机器人在火场工作
B. 楼梯声控灯在晚上“胜哥”经过时自动开启
C. 学生听到上课铃响自动走进教室
D. “胜哥”坐无人驾驶汽车去杭州出差
C
2. 形成自动控制系统的三个组块是（　A　）
① 信息收集系统 ② 信息处理系统
③ 操作执行系统 ④ 综合控制系统
A. ①②③
B. ②③④
C. ①③④
D. ①②④
A

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