【教学】利用传感器制作简单的自动控制装置

3利用传感器制作简单的自动控制装置第五章传感器新课引入

传感器是构成自动控制系统的必要环节。如果没有传感器对原始信息进行准确、可靠地捕捉和转换，那么一切控制将无法实现。

本节提供了两个利用传感器实现简单自动控制的实验，同学们可以根据兴趣和器材条件从中选择一个。只有自己动手进行组装和调试，才会对传感器的作用有更深切的体会。一、器材介绍1．二极管：单向导电性，在正向电压作用下电阻很小，处于通路状态；在反向电压作用下电阻很大，处于断路状态。一、器材介绍2．三极管：全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。三极管的一个重要特性是，从基极输入一个较小的电流，就会在集电极获得较大的电流。此外，三极管还具有完成断路和接通的开关作用。一、器材介绍3、电磁继电器：电磁继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（输入回路）和被控制系统（输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流、较低的电压去控制较大电流、较高的电压的一种“自动开关”。二、门窗防盗报警装置1、工作原理：闭合电路开关S，系统处于防盗状态。当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态。当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电。继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关。二、门窗防盗报警装置2、认识实验器材干簧管、继电器、发光二极管LED、蜂鸣器H、电源、导线若干、开关、电阻。二、门窗防盗报警装置

3、学生活动：(1)连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常动作。(2)确定各元件可以正常工作后，按照图所示连接电路。(3)接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。三、光控开关1、工作原理：当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮。当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L。

为了能够驱动更大功率的负载，如采用小灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启、闭另外的供电电路，如图乙中K为继电器的线圈，S为它的常开触点。为了防止继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏三极管，必须给线圈并联一只二极管D，以提供自感电流释放的通路。三、光控开关2、认识实验器材发光二极管、三极管、可变电阻R1、电阻R2、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源、导线若干、黑纸。三、电势3、强调实验注意事项(1)安装前，对实验器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。(2)光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接。(3)如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察。三、光控开关4、学生活动：(1)按照图所示连接电路，检查无误后，接通电源。(2)让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光。(3)遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光。(4)让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭。典题剖析例1、为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)。某光敏电阻Rp在不同照度下的阻值如下表：

①根据表中数据，请在给定的坐标系(见答题卡)中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点

。②如图所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路。给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图

。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电源E(电动势3V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在图中标出)开关S及导线若干。典题剖析典题剖析解析：(1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如图所示。

特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小。

(2)电路原理图如图所示。控制开关自动启动照明系统，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，即此时光敏电阻阻值为20kΩ，两端电压为2V，电源电动势为3V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10kΩ，即选用R1。典题剖析例2、如图甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电。

甲乙(1)房卡的作用相当于一个

(填电路元件名称)接在干路上。(2)如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁铁的卡P插入盒子Q中，这时由于磁铁吸引簧片，开关B就接通，通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通，房客便能使用室内各种用电器。当继电器工作时，cd相吸，ab便接通。请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路。典题剖析解析：(1)房卡可以控制房间内的灯和插座，不插入插槽中，所有房间内的灯和插座都不工作，所以房卡相当干路上的电键；(2