资源简介

(共23张PPT)
5.2 设计和制作控制系统
浙教版八年级下册
新知导入
生活中有各种控制电路。各种家用电器（空调、电视机、电热水壶、油烟机、热水器等）上都有用于自动控制的控制电路板，或叫主板。观察电路板，我们发现其电路系统比较复杂。那么这些电路板是由哪些元器件组成的？
各种元器件在电路中起什么作用呢？
新知讲解
自动控制的电子元器件
电子元器件的种类非常多，每种元器件都有其用途，承担一定的功能。
常见的电子元器件有电阻器、二极管、电容器、变压器等。
探索活动：
如图 5.2 - 1 所示的空调控制电路板中，你能认出哪些元器件？列出清单，并标注元器件在电路板中的位置。
元器件名称 位置特征 功能说明
集成电路(CPU) 电路板中央区域，多引脚矩形芯片 作为控制中枢，接收传感器信号、处理指令，发送操作命令
温度传感器（热敏电阻） 电路板边缘或外接引线端，小型圆柱/贴片元器件 监测室内或蒸发器温度，将温度信号转化为电信号传给CPU
继电器 电路板中上部，带引脚的小型方块元件 接收CPU指令，控制压缩机、风机等强电部件启停，实现模式切换
电源电路组件（含电容、变压器、稳压集成) 电路板一侧（靠近电源接口） 降压、滤波、稳压，为CPU、继电器等提供稳定供电
发光二极管(LED) 电路板边缘或显示区域，小型两极元件 显示空调工作模式、待机/运行状态等
电阻器 遍布电路板，小型矩形/圆柱形元器件 分压、限流，保护精密元件
红外接收头 电路板靠近面板一侧，三脚元器件 接收遥控器指令，转化为CPU可识别的信号
在自动控制系统中，各种传感器的功能是收集控制对象的各种信息， 例如：空调的温度传感器监测室内空气的温度、楼梯灯光敏电阻监测光的亮度（以区分白昼与夜晚）等；控制电路板（又称主板、电脑、中央控制器）主要是处理信息并发出操作指令；执行系统主要是按中央控制器的指令完成操作，继电器、电机、各种轮轴与传动装置是执行操作的主要器件。
电池传感器的设计与制作
用户往往要知道一些家用电器、专业仪器上的电源是否连接上，即是否通电了。因此，一般的电器上都有一个“小灯”指示是否接通了电源，有的是红色的灯，有的是绿色的灯。这些灯的主要功能是指示电源的工作状态。
例如：电视机待机状态会亮红灯，开机状态会亮绿灯；充电器充电过程中会亮绿灯，充电完成后自动停止充电的状态会亮红灯。电器上的所有指示灯不亮，一般说明电源没有接通。这些灯就是电源工作状态自动监测的传感器。
工程实践：
设计与制作充电器的工作指示灯
目标
1. 学会测试和辨认发光二极管正、负极的方法。
2. 根据发光二极管的性质，设计工作状态的指示电路。
3. 根据设计的电路，连接充电器的工作指示灯电路。
器材
干电池两节，红、绿发光二极管各一个，小灯泡，开关，导线和鳄鱼夹若干。
过程
1. 测试发光二极管的性能。
发光二极管的两根引脚中，较长的为正极，较短的为负极。当电流从
发光二极管的正极流向负极时，发光二极管发光，表明它处于导通状态。
反之，电流不能从负极流向正极，发光二极管不会发光。
（1）把两节干电池固定在一起，组成一个3V的电池组。
（2）把两根导线连接在发光二极管的两端。
（3）把发光二极管两极导线分别连接在电池两极，观察发光二极管；
断开连接，换接发光二极管与电池组的接线柱，再观察发光二极管。
电流从发光二极管的正极流向负极时，发光二极管发光，反向连接时，发光二极管不发光。
（4）用小灯泡代替发光二极管，重复上述步骤（3）。
正向、反向连接电池组，小灯泡都发光
实验结论：发光二极管的两根引脚中，较长的引脚为正极，较短的引脚为负极。当电流从正极流向负极时，发光二极管发光，二极管处于导通状态；若电流从负极流向正极，二极管不发光（截止状态），这就是二极管的单向导电性。利用其单向导电特性，作为电池连接状态的“指示信号源”，这是判断电池连接方向的关键原理。
2. 设计任务。
如果电池装反了，多数电器就不能正常工作。用发光二极管设计一
个检测电池安装是否正确的仪器。
（1）画出电路设计图。
（3）写出你设计的仪器使用说明书。
（2）按你设计的电路，将器材连接起来，测试一下能否使用。
编写仪器使用说明书：
①需说明仪器的用途（检测电池安装是否正确）
②使用方法（将电池接入对应接口，观察二极管是否发光)
③判断标准（发光：安装正确；不发光：安装错误）
按设计图将器材连接，多次正向、反向安装电池，验证二极管的发光状态是否与设计逻辑一致，确保仪器可稳定判断电池安装正确性。
3. 电路制作与探究。
图5.2-2是一个带有电路状态指示的工作电路，两个发光二极管可指示电路的待机状态和工作状态。
（1）用提供的器材连接如图所示的电路。
（2）当开关断开时，记录看到的现象。
（3）闭合开关，记录实验现象。
实验现象：断开开关，红色二极管正常发光，绿色二极管和小灯泡不发光或发光较暗；闭合开关，红色二极管不发光，绿色二极管正常发光，小灯泡正常发光。
问题讨论
实验中你遇到了哪些问题？产生这些问题的主要原因是什么？
（5）从实验现象中你获得了哪些认识？
（4）绿灯亮表示电路处于_______________（填“待机”或“工作”）状态，红灯亮表示电路处于_______________（填“待机”或“工作”）状态。
工作
待机
通过该电路可知“不同颜色发光二极管可作为多状态监测的传感器”，为复杂控制系统的状态指示设计提供思路，例如可应用于电器的“运行/故障”状态监测。
科学·技术·社会·环境
人工智能
人工智能是从现代控制理论发展起来的，以计算机科学为基础，由计算机、心理学、哲学、语言学等多学科交叉融合的新兴交叉学科。它主要研究、开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用系统。人工智能的目标是了解人类智能的实质，并生产出能以与人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。
人工智能几乎涉及自然科学和社会科学的所有学科，其研究范围已远远超出了传统的计算机科学的范畴。人工智能广泛应用于机器人、自动驾驶技术、智能制造等。目前的人工智能技术已有相当强的自主能力，能够模拟人的很多行为。人工智能技术应用的广泛性标志着自动控制技术已经发展到新的阶段，也是国家竞争力的重要标志。
课堂小结
设计和制作控制系统
系统设计制作
对电流起阻碍作用的，或者控制电流的元件是电阻器；可调节和改变电流大小的元件是变阻器；能够控制电路通断的元件是开关或者继电器；可以让电流只沿一个方向通过的是二极管，它也有把交流电转变为直流电的功能。
1.根据控制系统的三个子系统认识生活、生产中常见控制电路的基本控制原理，例如停车场的自动管理系统。
2.电路设计要阅读元件的说明书，了解其参数，根据电路图连接电路。
课堂练习
1. 夏天，我们把空调的温度设置在26℃。假设空调刚开启时，室内温度为32℃。 按照自动控制的原理，主机是如何工作使室内温度保持在26℃左右的？写出控制原理或画出控制过程图。
信息收集：温度传感器（热敏电阻）检测室内实际温度（如32℃），将温度信号转化为电信号。
信息处理：控制器（空调主板CPU)对比实际温度与设定温度(26℃)，若实际温度更高，生成制冷指令。
操作执行：控制器向压缩机、风机等执行机构发送指令，启动制冷循环，室内温度开始下降。
当室内温度降至26℃左右时，控制器停止制冷指令；若温度再次升高，重复上述过程，实现温度稳定控制。
温度传感器检测室内实际温度为32 ℃
控制器（空调主板）对比实际温度与设定温度26℃作出判断：制冷
信息传输到控制器
传输指令：制冷
压缩机、风机启动制冷循环，直到室内温度降至26℃
控制过程图：
2. 商场、剧院等公共场所的停车场为了管理车辆进出，通过智能停车系统管理出入口门闸。这个系统的出场口有下列要求：当车辆从场内经出口时，由一个 “车辆智能识别模块”自动识别车辆，并根据该车辆的停留时间，“车辆付费系统”会出示付费二维码，当司机付费后，“执行系统”会自动打开门闸放行。有特殊情况时，管理人员
可用遥控器直接打开门闸放行。整个系统由几个模块电路（识别系统、付费系统、人工开门和执行系统）和电源组成。根据要求在下图中连接“识别系统”“付费系统”“人工开门”三个模块。
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