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第五章　电子控制系统的设计及其应用
[考试标准]
考试内容
考试要求
考试属性
已考点
开环电子控制系统的设计和应用
①简单开环电子控制系统的工作原理
②简单开环电子控制系统的设计、安装与调试
③安装过程中常见问题的分析和解决
b
c
c
加试
2016年4月选考(第17题)
2016年10月选考(第17题)
2017年11月选考(第17题)
2018年4月选考(第17题)
闭环电子控制系统的设计和应用
①简单闭环电子控制系统的基本工作原理
②简单闭环电子控制系统的设计、安装与调试
③安装过程中常见问题的分析和解决
b
c
c
加试
2015年10月选考(第10、14题)
2017年4月选考(第17题)
一、开环电子控制系统的设计和应用
1.简单开环电子控制系统的工作原理
系统的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这样的系统称开环控制系统，开环控制系统适用于简单的系统，它没有反馈环节，响应时间较长，成本较低。
2.设计和安装开环电子控制系统的一般步骤如下
(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的方框图，选择恰当的传感器，确定控制(处理)部分使用的电路和元器件，选择合适的执行部件。
(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，放置元器件错接、虚焊，要注意对未使用的引脚处理，注意接地。
(6)调试电路，检查触发电压大小。
二、闭环电子控制系统的设计和应用
1.简单闭环电子控制系统的工作原理
闭环电子控制系统是在开环电子控制系统基础上增加反馈而构成的。
2.设计和安装闭环电子控制系统的一般步骤如下
(1)按照设计要求，确定被控量和被控对象。
(2)根据闭环电子控制系统的方框图，选择控制(处理)部分的电子电路、输出部分的执行器、检测部分中的传感器，并参照有关资料，通过接口电路将各个部分紧密地连接成一个完整的控制系统。
(3)按照电路图安装电路。
(4)将系统各部分进行整体安装和调试。在调试过程中，输入预置控制量，根据被控量的变化进行监控。认真分析干扰因素对被控量的干扰，并通过调整预置控制量等各种方法把干扰的影响减少至最低。
(5)通过制作、试验，发现设计存在的问题，对方案进行改进和优化。
【例1】　在通用技术课堂上，老师要求同学们设计一个水箱水位控制电路，要求如下：当水箱中的水位低于b 点时，水泵工作；水位到达c点时，水泵停止工作。下图是小通设计的电路，下列关于该电路的分析说法中，不正确的是(　　)
A.电容C起到延时的作用
B.该电路能实现题目的要求
C.V2应选择NPN型三极管
D.D1起到开关作用
解析　该电路不能实现题目的要求，当水位到达C点后，由于电容C的延时作用，电动机还会工作一段时间，最终水会高于C点。故选B。
答案　B
[变式1]　如图所示为某简易高温报警装置的电路图。已知Rt是负温度系数的热敏电阻。电压比较器IC的3脚电位大于2脚电位时，1脚输出高电平；反之，1脚输出低电平。关于该电路，下列说法不正确的是(　　)
A.RP1一定的情况下，RP2调大，报警温度会增加
B.温度越高，Rt的电阻越小
C.RP2一定的情况下，RP1调小，报警温度会降低
D.1脚输出高电平时，V1导通，V2发光
解析　RP2一定的情况下，RP1调小，报警温度会增加。故选C。
答案　C
【例2】　小明利用555集成芯片设计了一个如图所示的自动浇花控制电路。当花盆中土壤湿度较小时，探针a和探针b之间的电阻值较大，使得3脚输出为高电位，继电器吸合，水泵M启动；往花盆里加水，花盆中的土壤到达一定湿度时(探针a和探针b之间的电阻值较小)，水泵停止加水。在该电路调试过程中，无论花盆中土壤的干湿程度如何，水泵M始终处于加水状态，造成该现象的原因可能是(　　)
A.调节Rp时，中心抽头调整到图示中最上方
B.三极管V1烧坏断路
C.电阻R两管脚连焊，造成短路
D. 焊接过程中1脚虚焊
解析　调节Rp时，中心抽头调整到图示中最上方，2、6脚为低电平，3脚高电平，继电器吸合。
答案　A
[变式2]　王明同学设计了如图所示的由555集成电路、覆铜板探头、喇叭、电位器、电阻、电容和电池等组成的雨水报警器。根据该控制系统回答以下问题。
(1)该控制系统的工作方式为(　　)
A.闭环电子控制
B.开环电子控制
C.先闭环电子控制后开环电子控制
D.先开环电子控制后闭环电子控制
(2)在调试过程中，将水滴在覆铜板上，喇叭不发出声音，单独检测喇叭是好的，关于用多用电表检测的说法，错误的是(　　)
A.将RP调到最下端，2脚、6脚有电压，说明电容器C1是好的
B.3脚有电压输出，说明电容器C3是好的
C.7脚无电压，说明7脚未焊接好
D.8脚无电压，说明8脚未焊接好
(3)王明同学想把该报警器改装成防盗报警器，下列改装方案不合适的是(　　)
A.将覆铜板探头换成红外线感应装置来控制
B.将覆铜板探头换成干簧管来控制
C.将覆铜板探头换成压力触点来控制
D.将覆铜板探头换成声音传感器来控制
解析　(1)该电子控制系统的被控对象是喇叭，控制喇叭发出声音，不存在反馈回路，所以该控制系统的工作方式为开环电子控制系统。
(2)该电子控制系统的工作原理是电源通过电阻R2、覆铜板和电位器RP对电容C1充电，充电过程，2脚和6脚是低电平，3脚输出是高电平。电容C1充满电后，通过电位器RP和覆铜板往7脚进行放电，放电过程，2脚和6脚是高电平，3脚输出是低电平。整个过程在3脚形成振荡回路。将RP调到最下端，2脚、6脚有电压，说明电容器C1能正常充放电，电容器C1是好的。3脚有电压输出，如果电容器C3是好的，喇叭应该正常工作，有声音输出。7脚和8脚无电压，说明未焊接好。
(3)防盗报警器是防止小偷进入家中，可以将该报警器放置在窗台上，能够检测人体的传感器，可以用红外线装置，也可以用脚不小心踩到压力开关来触发报警，也可以用干簧管安装在窗户上来触发，靠声音传感器来触发不是好的方案。
答案　(1)B　(2)B　(3)D
【例3】　(2018·11月浙江选考)小明在科技实践活动中，设计了如图所示的电路，用数字信号控制小电机正反转和停止。规定电流流向为X→Y时电机M正转，电流流向为Y→X时电机M反转。请你完成下列各题。
2脚
6脚
3脚
＜Vcc
＜Vcc
高电平
＞Vcc
＞Vcc
低电平
＞Vcc
＜Vcc
保持
＜Vcc
＞Vcc
不使用
555电路IC1、IC2的特性表
(1)用0代表低电平，1代表高电平，E端和F端的信号为________时电机反转(在A.00；B.01；C.11；D.10中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)现在准备用LED表示电机运转的状态，正转时绿色LED发光，反转时红色LED发光，停止时两个LED都不发光，以下LED连接正确的是________(在下列选项中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)小明尝试用三极管驱动继电器，用继电器来控制电机。要求按原有的逻辑关系控制电机的正反转及停止，请你在虚线框中画出三极管、继电器、二极管，并采用共发射极接法正确地连接电路。
(4)小明根据下面的芯片引脚图和题(3)的电路图，对芯片部分引脚进行了连接(如下图所示)，请你完成其余引脚的连接。
答案　(1)B　(2)A　(3)
(4)
[变式3]　小明准备设计一个养猪场温、湿度模拟控制系统，选择湿敏电阻和负温度系数的热敏电阻作为传感器。当养猪场的温度或湿度高于设定值时开启相应的控制装置(M1、M2)进行自动调节。控制电路如图所示，其中G1、G2为集成运算放大器，其输入输出的逻辑关系是：V＋>V－，输出高电平；反之，输出低电平。请分析电路，完成以下任务：
(1)请根据控制要求和电路原理，在虚线框内补全电路(不添加任何元器件)。
(2)根据电路原理，M1、M2控制功能分别是________(在①M1为温度调节，M2为湿度调节；②M1为湿度调节，M2为温度调节中选择合适的选项)。
(3)将电位器Rp中心向下滑动，设定温度将会______________(在①变高；②变低中选择合适的选项)，设定湿度将会____________(在①变大；②变小中选择合适的选项)。
(4)当养猪场温、湿度同时超过上限时，要求发出声音报警，提醒工作人员进行人工干预。请你在虚线框内用一个逻辑门与电路进行正确连接，实现报警功能。
解析　(1)当养猪场的温度或湿度高于设定值时，G1输出低电平，G2输出高电平，根据题目要求M1、M2要工作，所以三极管V1、V2要被导通，故G1连接R4，G2连接R3。
(2)结合第(1)问可知，M1为温度调节，M2为湿度调节；
(3)将电位器Rp中心向下滑动，Rp的电阻将会变小，G1的同向端和G2的反向端的电压将会变小，故设定温度将会变低，设定湿度将变小。
(4)当养猪场的温度和湿度同时超过上限时，G1输出低电平，G2输出高电平，三极管V1、V2被导通，J1、J2吸合，要使蜂鸣器报警，综合分析，虚线框中为与门。
答案　(1)
(2)①　(3)②、②
(4)
【例4】　如图所示是小明设计的水箱水位报警电路，当水淹没a、b两个金属探头后，蜂鸣器发声报警。该电路的主控芯片采用JN6201音乐集成芯片，有关JN6201的部分资料如下：(1)芯片电源电压为3 V；(2)当I1、I2、I3和I4中任一端输入高电平，O1、O2都会输出音频信号，O3输出频率较低的周期性脉冲信号，O4输出低电平。(3)当I1、I2、I3和I4输入同时为低电平时，O1、O2、O3输出都是低电平，O4输出高电平。请完成以下任务：
(1)小明想在原电路的基础上增加闪光报警，请你在虚线框内选择合适的端子连接发光二极管和电阻，当水淹没a、b两个金属探头后，发光二极管闪烁，否则发光二极管熄灭。要求发光二极管和电阻都接在三极管的集电极上。
(2)小明想用JN6201设计一个如图所示水箱水位的控制系统，当水位低于低水位b时，水泵抽水，当水位到达高水位a时，水泵停止抽水。请你在图中虚线框内选择合适的端子连接。
(3)小明对第(2)小题的水箱水位控制电路进行调试，将水位传感器放入无水的容器中，接通电源，听见继电器吸合的声音，但是水泵不抽水，最有可能的原因是________(在①V2装反了；②水位探头a、b与转换触点J1的常开、常闭触点接反了；③转换触点J－2的常开、常闭触点接反了中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(4)小明想在第(2)小题的水箱水位控制电路的基础上增加手动加水功能，则如图所示手动开关可以________(在①并联在R1两端；②并联在继电器线圈两端；
③并联在V1的集电极和发射极两端中选择一项，将序号填写在“____”处)。
答案　(1)
(2)
(3)③　(4)③
[变式4]　如图1所示是小明设计的装在晾衣架上的报警装置部分电路，Rs为负特性湿度电阻。当下雨时，蜂鸣器报警，提醒屋内人收回晾衣架。该电路的主控芯片采用JN6201音乐集成芯片，有关JN6201的部分资料如下：(1)芯片电源电压为3 V；(2)当1脚、2脚、3脚和4脚中任一端输入高电平，14脚、11脚都会输出音频信号，10脚输出频率较低的周期性脉冲信号，9脚输出低电平。(3)当1脚、2脚、3脚和4脚输入同时为低电时， 14脚、11脚、10脚输出都是低电平，9脚输出高电平。请完成以下任务：
图1
(1)图1中的JN6201音乐集成芯片没有通电，正确的接法是________(在①6脚接地，7脚接电源正极；②6脚接电源正极，7脚接地中选择一项，将序号填写在“____”处)；
(2)要实现题中所提的功能要求，请在虚线框1中选择合适的接线端子把电路补充完整。
(3)小明打算对图1电路进行改进，当天黑或下雨时，报警器报警，提醒屋内人收回晾衣架。请在图2虚线框2中应选择的逻辑门是________(在①与门；②或门；③与非门；④或非门中选择合适的序号填写在“____”处)；
图2
(4)小明再一次打算对图2电路进行改进，当天黑或下雨时，报警器报警，并通过电动机转动把晾衣架收回，请在图3虚线框3中选择合适的接线端子连接所有的电子元件。
图3
答案　(1)①
(2)
(3)②
(4)
【易混易错】
反馈方法
运用反馈的概念分析和处理问题的方法，叫反馈方法。反馈方法最大优点在于：任何偏差不论其来源如何，都可以按照这一方法不断地加以消除。因此，当系统的工作受到种种不确定因素的干扰或者目标处于不断变化的情况下，这种控制方法就更加有力。反馈是达到预期目标的最好方法。
反馈可分为负反馈和正反馈。增强输入讯号效应的叫正反馈；减弱输入讯号效应的叫负反馈。正反馈常用来产生振荡；负反馈能稳定放大，减少失真。
1.(2018·11月浙江选考)如图所示的两个电路中，三极管为硅管。下列关于LED发光时，M、N点电位分析中正确的是(　　)
A.M点约为0.7 V，N点约为0.7 V
B.M点约为0.7 V，N点约为3 V
C.M点约为2.7 V，N点约为3 V
D.M点约为2.7 V，N点约为0.7 V
答案　A
2.如图所示为高温报警电路，Rt为负温度系数热敏电阻。下列关于该电路的分中，不正确的是(　　)
A.温度越高，Rt越小
B.要把报警温度提高，应调大Rp
C.如果测得Ube＝0.7 V，Uce＝3 V，则三极管工作在放大状态
D.如果Rp虚焊，一直报警
解析　要把报警温度提高，应调小Rp。故选B。
答案　B
3.如图所示为某同学设计的台灯电路，下列分析不正确的是(　　)
A.电容C1具有延时的作用
B.发光二极管 V3亮，则V2导通，V1导通
C.合上开关，V3随即亮
D.断开开关，C1放点，放电时间与C1R1成正比
解析　断开开关，C1同向R1和R2、V1放电，放电时间与R2、V1也有关。故不与C1R1成正比。故选D。
答案　D
4.交通信号灯有红、黄、绿三种，三种灯分别单独工作或黄、绿灯同时工作时属于正常情况，其他情况均属故障。请设计一个交通报警控制电路，当出现故障时可以输出报警信息。
(1)该控制系统是________(开环或闭环)电子控制系统。
(2)请用与非门设计该控制电路，并给出逻辑表达式及逻辑电路图。
答案　(1)开环
(2)设红黄绿灯分别为A、B、C，输出为Y，其真值表为：
A
B
C
Y
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
5.(2015·10月浙江选考)如图a所示是声光控开关实验电路原理图，电路中发光二极管V3在光线较弱且有声音时才能发光。MIC(传声器)、C1、V1、R2、R3、R4组成声音信号采集与放大电路，R1、R5组成光线信号的采集电路，V2，R6、C2组成灯光延时电路。集成电路CC4011为四2输入与非门(引脚见图b)，用于控制和输出逻辑电平。请完成以下任务：
(1)集成电路CC4011中与非门的2个输入端A(1脚)和B(2脚)与输出端Y(3脚)的逻辑关系是________；
(2)当光线由强变弱时，光敏电阻R1的阻值________(在“①增大；②减小；③不变”中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(3)图a中，当CC4011的4脚输出高电平，二极管V2导通，由于V2导通时电阻值较小，电容C2很快被充电到高电平，此时发光二极管V3________(在“①发光；②不发光”中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(4)小亮同学完成实验后，准备将该实验电路应用于楼道灯的控制。楼道灯由220 V交流电源供电，采用直流电磁继电器的触点作为楼道灯的开关，用三极管控制继电器触点的闭合与断开。请你根据上述要求在虚线框中帮助小亮画全电路。
图c
解析　本题考查与非门的理解、组成电路的应用及分析。(2)光线由强变弱，二极管V3要导通发光，11脚为高电平，根据与非门的逻辑关系，光敏电阻阻值要增大使l脚为高电平；(3)C2充电到高电平，10脚为低电平，11脚为高电平，所以V3发光。(4)输出高电平时三极管饱和，继电器得电导通，楼道灯亮；图中二极管起到保护继电器的作用。
答案　(1)Y＝AB或全高出低，有低出高或
A　B
Y
0　0
1
0　1
1
1　0
1
1　1
0
(2)①
(3)①
(4)如图所示
1.在电子控制技术实践课上，小明准备设计一个雨水自动化灌溉系统，选择粗铜导线作为传感器。请完成以下各题。
(1)小明设计的电路如图所示，当传感器检测到土壤湿度较低时，电动机带动水泵抽取集雨器中的雨水，对草坪进行喷灌。此时，发光二极管的状态是________ (从A.V4亮和V5灭；B.V4灭和V5亮；C.V4灭和V5灭中选择合适的选项，将序号填入“____”处)；
(2)以下元器件中，小明不需要用到的是________ ；
(3)为防止电动机长时间空转烧毁，要求集雨器水位低于b点时，电动机停止工作，则虚线框内应选用的逻辑门是________(从A.与门；B.或门；C.与非门；
D.或非门中选择合适的选项，将序号填入“____”处)；
(4)若要降低系统湿度的设定值，可以将________(从A.Rp阻值调小；B.Rp阻值调大；C.R5阻值调小；D.R5阻值调大中选择合适的选项，将序号填入“____”处)；
(5)为防止因集雨器水位过低，草坪得不到喷灌，小明设计了集雨器水位补偿系统：当集雨器水位低于C 点时，继电器J2吸合，电磁阀打开，进水阀门对集雨器注水。请你根据设计要求，在虚线框内将电阻R6正确地连接到电路中。
答案　(1)A　(2)D　(3)A　(4) B
(5)虚线框内电阻R6的连线以下两种均可。
2.如图所示是用555集成设计的恒温控制器系统，Rt1、RP1为上限温度检测电阻，Rt2、RP2为下限温度检测电阻。当温度下降时，2脚电位低于1/3Vcc时，3脚输出高电平，J吸合，LED(红)点亮，开始加热。当温度升高而使6脚电位高于2/3Vcc时，3脚输出低电平，J释放，断开受控“电热丝”的电源，停止加热。分析该电子控制电路，回答以下问题：
(1)该控制系统属于________(在“①闭环电子控制系统；②开环电子控制系统”中选一项，填写序号)。
(2)该控制系统的执行器是________(在“①电热丝，②继电器J；③555集成、电阻Rt1、RP1、Rt2、RP2、电容C”中选一项，填写序号)。
(3)要能达到室内温度自动控制，电热丝要与继电器的________(在“①常开；②常闭”中选一项，填写序号)触头串联，在图中虚框内画出该触头，并与电路正确连接。
(4)电路工作：温度达到上限温度时，电热丝仍旧在加热，电路出现该故障，可能的原因是________(在“①Rt2与电路虚焊；②RP1与电路虚焊”中选一项，填写序号)。
答案　(1)①　(2)①　(3)①
(4)①
3.如图所示是555集成光控灯模拟电路，当外界光照强时，555集成2、6输入脚电位很高，输出脚3低电平，发光二极管V不亮。当外界光照弱时，555集成2、6输入脚电位很低，输出脚3高电平，发光二极管V亮。请完成以下任务：
(1)当外界光线由弱转强，光敏电阻阻值________(在①增大；②减小；③不变中选一项)。
(2)安装电路时，没有把光敏电阻Rg接入，发光二极管将________(在①一直不亮；②一直亮中选一项)。
(3)将光敏电阻Rg接入后发现，不管外界光线强还是弱，二极管始终不亮，可调电阻RP应调________(在①大；②小中选一项)。
(4)把该模拟电路改成实用电路，用三极管控制继电器触点的闭合和断开，来控制交流220 V电灯，请根据以上要求在虚线框内补全电路。
答案　(1)②　(2)②　(3)②
(4)
4.如图所示是水箱水位闭环控制系统电路图。a、b、c三个水位探头(用粗铜电线制作)放置在水箱的不同位置。工作时合上水泵电源开关S，当水位下降至b点以下时，水泵向水箱注水，当水位升至a点时，水泵即停止注水。请完成以下各题：
(1)当水位从a下降到b的过程中，三极管V1处于________状态(在①放大；②饱和；③截止中选择一项，将序号填写在“________”处)。
(2)为了显示水泵的工作状态，拟用发光二极管(红色)显示水泵正在给水箱注水，用发光二极管(绿色)显示水泵停止注水。现有1.5 V的发光二极管2个(红色和绿色各1个)，限流电阻1个。请用以上元件在虚线框中补全该电路图。
(3)为了防止控制电路出现故障时水溢出水箱，在水箱上端d处设置一个探头(用粗铜电线制作)，当水位升高至d处时，蜂鸣器能自动报警，以提醒人员断开水泵电源开关S。现有5 V电源1个；蜂鸣器1个；可调电阻1个；四二输入与非门1片(用其中的1个与非门即可，引出脚为1—3脚)；导线若干。请用导线连接以下元器件中未连接的部分，组成报警电路。
解析　本题考查了对二极管、三极管、与非门、蜂鸣器等基本电子元器件的功能理解及应用和CT74LS00与非门集成块的实际应用。(1)水位从a降到b的过程中，水泵不往水箱加水，继电器J不得电，即三极管V2处于截止状态，基极电位为低电平，所以三极管V1的集成极电位也为低电平，即V1处于饱和状态；(2)多余输入端的处理可以接高电位，也可以与另一输入端相连接，蜂鸣器两个输入端有电位差就会鸣叫。
答案　(1)②
(2)如图所示
(3)如图所示
5.(2016·10月浙江选考)如图所示是小明设计的水位控制系统，当水位低于b点时水泵M抽水，水位达到a点时停止抽水。555集成电路6脚电位升至2/3 Vcc时，3脚输出低电平，2脚电位低至1/3 Vcc时3脚输出高电平，请完成以下任务：
(1)555集成电路管脚识别正确的是________(在下列选项中选择正确的选项，将序号填写在“________”处)；
(2)测试电路时发现当555集成电路的3脚输出高电平时，继电器J不工作，合理的调节措施是________(在①减小R1和R2的阻值；②减小R3的阻值；③减小R4的阻值；④减小R5的阻值中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(3)小明设计的控制电路中，忘记设置水泵工作状态指示灯，请你在虚线框内选择合适的端子连接发光二极管V3和电阻R6，使得水泵M抽水时V3发光，不抽水时V3不发光；
(4)系统工作一段时间后，三极管V1损坏，小明准备用手头仅有的PNP型三极管替代原来的三极管，请你在虚线框内选择合适的端子重新连接电路。要求保持系统原有的功能，继电器线圈接在集电极上。
答案　(1)②　(2)④
(3)
(4)
6.如图所示是小明根据电脑CPU降温原理改编设计的自动降温通风装置部分电路，其中IC是运算放大器，输入输出逻辑关系见图中表格。当温度达到或超过40 ℃时，该装置风扇电机工作，实现通风降温。请完成以下任务。
(1)小明制作上述电路时使用的三极管均为硅管。为判别三极管类型，他把多用电表调到合适的电阻挡，调零后用黑表笔接触其中一个三极管管脚J1，红表笔接触另两个管脚，发现两次测得的电阻均较小(约500 Ω左右)。再用红表笔接管脚J1，黑表笔接触另两个管脚，发现两次测得的电阻均较大(约100 kΩ左右)。则该三极管是________(在①NPN型管，管脚J1为基极；②为PNP型管，管脚J1为基极中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(2)现有以下四个型号的直流电磁继电器，小明制作电路时应选用的直流电磁继电器为________(从以下继电器中选择一项，将序号填写在将序号填写在“________”处)；
(3)上述电路还缺少温度分压电路，为实现温度达到或超过40 ℃时，该装置风扇电机工作，实现通风降温，Rt是负温度系数热敏电阻。请根据电路的逻辑关系在虚线框中帮助小明把电路连接完整。
(4)测试时，小明将Rt放入盛有冷水的烧杯，插入温度计，加入热水使水温等于40 ℃，调节RP1使________(在①V5发光；②V6发光中选择一项，将序号填写在“________”处)。然后他用多用电表10VDC挡，测量R4两端(g、h两点)电压，电压为________(在①6 V；②5.3 V；③0 V中选择一项，将序号填写在“________”处)。若小明想在30 ℃就让风扇工作，他应该________RP1(在①增大；②减小中选择一项，将序号填写在“________”处)。
答案　(1)①　(2)④　(3)连接完整的电路图如下图。两电阻器位置都正确才能得分　(4)②　②　①
7.如图所示是小通设计的水箱水位控制装置的部分电路。要求水位低于低水位L 位置时，水泵才开始抽水，水位达到高水位H 位置时，水泵停止抽水。请完成以下任务：
(1)请根据电路的逻辑关系及设计要求，在a、b、c 三点中选择合适的点分别于1、2、3三点连接。
(2)如果水位在低水位L以下，V的状态是________(在①亮；②灭中选择一项，将序号填写在“____”处)。
(3)如果水位在高水位H和低水位L之间时，电动机的工作状态是________(在①抽水；②不抽水；③无法确定中选择一项，将序号填写在“____”处)。
(4)小通同学进行电路调试时，发现电流太小，无法驱动水泵正常工作。于是，小通用三极管控制直流继电器触点的闭合与断开，用电磁继电器的触点作为水泵的接通开关，水泵由48 V直流电源供电。请你根据题目要求，选择合适的三极管，在虚线框中帮助小通画全电路。
答案　(1)
(2)②　(3)③
(4)
8.赵永明同学为了帮助山村里的家乡发展副业生产，他决定利用自己学到的电子控制技术，动手设计一个简易的闭环电子控制系统，以解决鸡蛋孵化的温度控制问题。通过试验得知孵化适宜温度在37～39℃范围内。
(1)图1是赵永明同学设计的部分电路，图中Rt是负温度系数的热敏电阻，CF741的引脚关系如右表所示。当温度加热到39℃时，电热丝停止加热。当发光二极管V1发光、V2不发光时，电热丝________(在①加热；②不加热中选择一项，将序号填写在“____”处)。请根据设计要求分析电路图的输入及控制部分补画其输出部分(在图1的虚线框内选择合适的小圆圈端子连接电路)。
图1
(2)调试过程中，赵永明同学发现，当温度为40℃时电热丝才停止加热，合理的做法是________(在①调小Rp；②调大Rp；③电阻R1更换小一点的；④电阻R2更换小一点的中选择合适的选项，将序号填写在“______ ”处)。
(3)实践中，赵永明同学发现图1所示电路只能进行单点温度控制，导致继电器触点开闭频繁，于是，他对电路做了如下改进，输入部分采用两个负温度系数的热敏电阻Rt1、Rt2和两个电位器Rp1、Rp2，其中Rp1用于控制下限，Rp2用于控制上限。请根据设计要求分析电路图的控制及输出部分补画其输入部分(在图2的虚线框内选择合适的小圆圈端子连接电路)。
图2
(4)按照图2所示电路调试到满足设计要求时，两电位器Rp1、Rp2之间的大小关系是________(在①Rp1＞Rp2；②Rp1＝Rp2；③Rp1＜Rp2中选择一项，将序号填写在“________”处)。
答案　(1)①
(2)②
(3)
(4)①
课件44张PPT。第五章　电子控制系统的设计及其应用[考试标准]一、开环电子控制系统的设计和应用
1.简单开环电子控制系统的工作原理
系统的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这样的系统称开环控制系统，开环控制系统适用于简单的系统，它没有反馈环节，响应时间较长，成本较低。2.设计和安装开环电子控制系统的一般步骤如下
(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的方框图，选择恰当的传感器，确定控制(处理)部分使用的电路和元器件，选择合适的执行部件。
(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，放置元器件错接、虚焊，要注意对未使用的引脚处理，注意接地。
(6)调试电路，检查触发电压大小。二、闭环电子控制系统的设计和应用
1.简单闭环电子控制系统的工作原理
闭环电子控制系统是在开环电子控制系统基础上增加反馈而构成的。
2.设计和安装闭环电子控制系统的一般步骤如下
(1)按照设计要求，确定被控量和被控对象。
(2)根据闭环电子控制系统的方框图，选择控制(处理)部分的电子电路、输出部分的执行器、检测部分中的传感器，并参照有关资料，通过接口电路将各个部分紧密地连接成一个完整的控制系统。
(3)按照电路图安装电路。(4)将系统各部分进行整体安装和调试。在调试过程中，输入预置控制量，根据被控量的变化进行监控。认真分析干扰因素对被控量的干扰，并通过调整预置控制量等各种方法把干扰的影响减少至最低。
(5)通过制作、试验，发现设计存在的问题，对方案进行改进和优化。【例1】　在通用技术课堂上，老师要求同学们设计一个水箱水位控制电路，要求如下：当水箱中的水位低于b 点时，水泵工作；水位到达c点时，水泵停止工作。下图是小通设计的电路，下列关于该电路的分析说法中，不正确的是(　　)A.电容C起到延时的作用
B.该电路能实现题目的要求
C.V2应选择NPN型三极管
D.D1起到开关作用
解析　该电路不能实现题目的要求，当水位到达C点后，由于电容C的延时作用，电动机还会工作一段时间，最终水会高于C点。故选B。
答案　BA.RP1一定的情况下，RP2调大，报警温度会增加
B.温度越高，Rt的电阻越小
C.RP2一定的情况下，RP1调小，报警温度会降低
D.1脚输出高电平时，V1导通，V2发光
解析　RP2一定的情况下，RP1调小，报警温度会增加。故选C。
答案　C【例2】　小明利用555集成芯片设计了一个如图所示的自动浇花控制电路。当花盆中土壤湿度较小时，探针a和探针b之间的电阻值较大，使得3脚输出为高电位，继电器吸合，水泵M启动；往花盆里加水，花盆中的土壤到达一定湿度时(探针a和探针b之间的电阻值较小)，水泵停止加水。在该电路调试过程中，无论花盆中土壤的干湿程度如何，水泵M始终处于加水状态，造成该现象的原因可能是(　　)A.调节Rp时，中心抽头调整到图示中最上方
B.三极管V1烧坏断路
C.电阻R两管脚连焊，造成短路
D. 焊接过程中1脚虚焊
解析　调节Rp时，中心抽头调整到图示中最上方，2、6脚为低电平，3脚高电平，继电器吸合。
答案　A[变式2]　王明同学设计了如图所示的由555集成电路、覆铜板探头、喇叭、电位器、电阻、电容和电池等组成的雨水报警器。根据该控制系统回答以下问题。(1)该控制系统的工作方式为(　　)
A.闭环电子控制
B.开环电子控制
C.先闭环电子控制后开环电子控制
D.先开环电子控制后闭环电子控制(2)在调试过程中，将水滴在覆铜板上，喇叭不发出声音，单独检测喇叭是好的，关于用多用电表检测的说法，错误的是(　　)
A.将RP调到最下端，2脚、6脚有电压，说明电容器C1是好的
B.3脚有电压输出，说明电容器C3是好的
C.7脚无电压，说明7脚未焊接好
D.8脚无电压，说明8脚未焊接好(3)王明同学想把该报警器改装成防盗报警器，下列改装方案不合适的是(　　)
A.将覆铜板探头换成红外线感应装置来控制
B.将覆铜板探头换成干簧管来控制
C.将覆铜板探头换成压力触点来控制
D.将覆铜板探头换成声音传感器来控制解析　(1)该电子控制系统的被控对象是喇叭，控制喇叭发出声音，不存在反馈回路，所以该控制系统的工作方式为开环电子控制系统。
(2)该电子控制系统的工作原理是电源通过电阻R2、覆铜板和电位器RP对电容C1充电，充电过程，2脚和6脚是低电平，3脚输出是高电平。电容C1充满电后，通过电位器RP和覆铜板往7脚进行放电，放电过程，2脚和6脚是高电平，3脚输出是低电平。整个过程在3脚形成振荡回路。将RP调到最下端，2脚、6脚有电压，说明电容器C1能正常充放电，电容器C1是好的。3脚有电压输出，如果电容器C3是好的，喇叭应该正常工作，有声音输出。7脚和8脚无电压，说明未焊接好。 (3)防盗报警器是防止小偷进入家中，可以将该报警器放置在窗台上，能够检测人体的传感器，可以用红外线装置，也可以用脚不小心踩到压力开关来触发报警，也可以用干簧管安装在窗户上来触发，靠声音传感器来触发不是好的方案。
答案　(1)B　(2)B　(3)D【例3】　(2018·11月浙江选考)小明在科技实践活动中，设计了如图所示的电路，用数字信号控制小电机正反转和停止。规定电流流向为X→Y时电机M正转，电流流向为Y→X时电机M反转。请你完成下列各题。555电路IC1、IC2的特性表(1)用0代表低电平，1代表高电平，E端和F端的信号为________时电机反转(在A.00；B.01；C.11；D.10中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；(2)现在准备用LED表示电机运转的状态，正转时绿色LED发光，反转时红色LED发光，停止时两个LED都不发光，以下LED连接正确的是________(在下列选项中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；(3)小明尝试用三极管驱动继电器，用继电器来控制电机。要求按原有的逻辑关系控制电机的正反转及停止，请你在虚线框中画出三极管、继电器、二极管，并采用共发射极接法正确地连接电路。(4)小明根据下面的芯片引脚图和题(3)的电路图，对芯片部分引脚进行了连接(如下图所示)，请你完成其余引脚的连接。答案　(1)B　(2)A　(3)(4)[变式3]　小明准备设计一个养猪场温、湿度模拟控制系统，选择湿敏电阻和负温度系数的热敏电阻作为传感器。当养猪场的温度或湿度高于设定值时开启相应的控制装置(M1、M2)进行自动调节。控制电路如图所示，其中G1、G2为集成运算放大器，其输入输出的逻辑关系是：V＋>V－，输出高电平；反之，输出低电平。请分析电路，完成以下任务：(1)请根据控制要求和电路原理，在虚线框内补全电路(不添加任何元器件)。
(2)根据电路原理，M1、M2控制功能分别是________(在①M1为温度调节，M2为湿度调节；②M1为湿度调节，M2为温度调节中选择合适的选项)。
(3)将电位器Rp中心向下滑动，设定温度将会______________(在①变高；②变低中选择合适的选项)，设定湿度将会____________(在①变大；②变小中选择合适的选项)。(4)当养猪场温、湿度同时超过上限时，要求发出声音报警，提醒工作人员进行人工干预。请你在虚线框内用一个逻辑门与电路进行正确连接，实现报警功能。解析　(1)当养猪场的温度或湿度高于设定值时，G1输出低电平，G2输出高电平，根据题目要求M1、M2要工作，所以三极管V1、V2要被导通，故G1连接R4，G2连接R3。
(2)结合第(1)问可知，M1为温度调节，M2为湿度调节；
(3)将电位器Rp中心向下滑动，Rp的电阻将会变小，G1的同向端和G2的反向端的电压将会变小，故设定温度将会变低，设定湿度将变小。
(4)当养猪场的温度和湿度同时超过上限时，G1输出低电平，G2输出高电平，三极管V1、V2被导通，J1、J2吸合，要使蜂鸣器报警，综合分析，虚线框中为与门。答案　(1)(2)①　(3)②、②
(4)【例4】　如图所示是小明设计的水箱水位报警电路，当水淹没a、b两个金属探头后，蜂鸣器发声报警。该电路的主控芯片采用JN6201音乐集成芯片，有关JN6201的部分资料如下：(1)芯片电源电压为3 V；(2)当I1、I2、I3和I4中任一端输入高电平，O1、O2都会输出音频信号，O3输出频率较低的周期性脉冲信号，O4输出低电平。(3)当I1、I2、I3和I4输入同时为低电平时，O1、O2、O3输出都是低电平，O4输出高电平。请完成以下任务：(1)小明想在原电路的基础上增加闪光报警，请你在虚线框内选择合适的端子连接发光二极管和电阻，当水淹没a、b两个金属探头后，发光二极管闪烁，否则发光二极管熄灭。要求发光二极管和电阻都接在三极管的集电极上。(2)小明想用JN6201设计一个如图所示水箱水位的控制系统，当水位低于低水位b时，水泵抽水，当水位到达高水位a时，水泵停止抽水。请你在图中虚线框内选择合适的端子连接。(3)小明对第(2)小题的水箱水位控制电路进行调试，将水位传感器放入无水的容器中，接通电源，听见继电器吸合的声音，但是水泵不抽水，最有可能的原因是________(在①V2装反了；②水位探头a、b与转换触点J1的常开、常闭触点接反了；③转换触点J－2的常开、常闭触点接反了中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(4)小明想在第(2)小题的水箱水位控制电路的基础上增加手动加水功能，则如图所示手动开关可以________(在①并联在R1两端；②并联在继电器线圈两端；③并联在V1的集电极和发射极两端中选择一项，将序号填写在“____”处)。答案　(1)(2)(3)③　(4)③[变式4]　如图1所示是小明设计的装在晾衣架上的报警装置部分电路，Rs为负特性湿度电阻。当下雨时，蜂鸣器报警，提醒屋内人收回晾衣架。该电路的主控芯片采用JN6201音乐集成芯片，有关JN6201的部分资料如下：(1)芯片电源电压为3 V；(2)当1脚、2脚、3脚和4脚中任一端输入高电平，14脚、11脚都会输出音频信号，10脚输出频率较低的周期性脉冲信号，9脚输出低电平。(3)当1脚、2脚、3脚和4脚输入同时为低电时， 14脚、11脚、10脚输出都是低电平，9脚输出高电平。请完成以下任务：图1(1)图1中的JN6201音乐集成芯片没有通电，正确的接法是________(在①6脚接地，7脚接电源正极；②6脚接电源正极，7脚接地中选择一项，将序号填写在“____”处)；
(2)要实现题中所提的功能要求，请在虚线框1中选择合适的接线端子把电路补充完整。
(3)小明打算对图1电路进行改进，当天黑或下雨时，报警器报警，提醒屋内人收回晾衣架。请在图2虚线框2中应选择的逻辑门是________(在①与门；②或门；③与非门；④或非门中选择合适的序号填写在“____”处)；图2(4)小明再一次打算对图2电路进行改进，当天黑或下雨时，报警器报警，并通过电动机转动把晾衣架收回，请在图3虚线框3中选择合适的接线端子连接所有的电子元件。图3答案　(1)①
(2)(3)②
(4)
【易混易错】
反馈方法
运用反馈的概念分析和处理问题的方法，叫反馈方法。反馈方法最大优点在于：任何偏差不论其来源如何，都可以按照这一方法不断地加以消除。因此，当系统的工作受到种种不确定因素的干扰或者目标处于不断变化的情况下，这种控制方法就更加有力。反馈是达到预期目标的最好方法。
反馈可分为负反馈和正反馈。增强输入讯号效应的叫正反馈；减弱输入讯号效应的叫负反馈。正反馈常用来产生振荡；负反馈能稳定放大，减少失真。

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