电子控制技术(通用技术选修一)

精品文档 1欢迎下载 电子控制技术电子控制技术 概述概述 本模块是普通高中通用技术课程的一个选修模块 本模块的教学应紧紧围绕技术课程的目标展开 着眼于培养学生的实践能力和创新精 神 提高学生的技术素养 教学内容的选择要注重基础性 综合性 人文性 努力反映电 子技术的新成果 教学过程强调基于提高生活质量 基于问题解决 与学生日常生活密切 相关 有利于培养学生兴趣的教学设计 鼓励设计方案的多样性 注重引导学生在电子技 术基本技能形成的同时领悟出电子技术设计的思想方法 注重提高学生在电子技术学习中 的探究 试验 创造和共通能力 使学生成为电子技术学习的主体 更好地面对当今技术 社会的挑战 本模块的教学应反映必修模块 技术与设计 1 和 技术与设计 2 中技术设计的思想 方法 本模块分设传感器 数字电路 电磁继电器 和电子控制系统及其应用四个主题 模 块 主题结构如下图 前面三个主题分别阐述了电子控制系统的三个主要组成部分 重点是各部分的作用 原理和应用 第四个主题是将前面三个主题组合成一个控制系统 通过应用性设计 对 技术与设计 1 技术与设计 2 的内容进行应用 综合和拓展迁移 本模块的重点是在 电子控制系统及其应用上 模块内容通过对日常生活 工农业生产 军事武器的典型案例的分析 使学生建立起 系统结构和电子控制系统结构的完整概念 明确传感器 数字电路和电磁继电器作为电子 控制系统的三个主要环节的作用 了解电子控制系统设计的一般过程 应遵循的基本原则 通过亲历设计过程 使学生理解电子技术 亲近电子技术 可能有一些学生缺乏电子技术 的基础知识 建议教师在教学时补充电阻 电容 电感 三极管 放大器等知识和常用电 子测量仪器如多用电表 示波器的使用方法 模块的四个主题 建立电子控制系统的完整结构概念是前提 传感器 数字电路 电 磁传感器掌握运用是基础 电子控制系统的综合应用是载体 通过电子技术的操作方法和 试验方法的掌握 领悟技术与设计的思想方法 提高学生探究问题的能力 促进所学知识 与能力的迁移 电子控制技术电子控制技术 数字电路数字电路电磁继电器电磁继电器 电子控制系统电子控制系统 及其应用及其应用 传感器传感器 精品文档 2欢迎下载 第一节第一节 传感器传感器 一 内容结构图一 内容结构图 二 二 知识点列表知识点列表 学习结果 知识点 学习结果 知识点 指标指标 当学生获得这种学习结果时 他们能够 当学生获得这种学习结果时 他们能够 表现水平表现水平 常见传感器的种类 型 号 能从外形和标识上识别光敏传感器 热敏传感器 湿敏传感器 声敏传感器 力敏传感器 气敏传感 器等常见传感器 常见传感器的电路图形 熟悉光敏传感器 热敏传感器 湿敏传感器 声 敏传感器 力敏传感器 气敏传感器等常见传感器 的电路图形符号 常见传感器的检测 能用多用电表检测光敏传感器 热敏传感器 湿 敏传感器 声敏传感器 力敏传感器等常见传感器 的特性并判断好坏 常见传感器的作用 知道光敏传感器 热敏传感器 湿敏传感器 声 敏传感器 力敏传感器 气敏传感器等常见传感器 的物理信息采集和电信号转换原理和作用 常见传感器典型应用 举例说明光敏传感器 热敏传感器 湿敏传感器 声敏传感器 力敏传感器 气敏传感器等常见传感 器在自动控制系统中的应用 传 感 器 认识传感器 常见传感器的种类 型 号 常见传感器的检测 传感器应用 常见传感器的电路图形 符号 常见传感器的作用 常见传感器典型应用 精品文档 3欢迎下载 三 重难点分析三 重难点分析 一 重点分析 一 重点分析 1 常见传感器的作用 传感器象人体的感觉器官一样能感受到外界物理信息的变化 它能将非电量的物理信 息转换成与之有确定关系的电信号 输送给控制电路进行处理 在电子控制系统中 传感 器是能够采集外界物理信息的唯一元器件 是实现自动检测和自动控制的首要环节 传感器种类繁多 常见的电阻式传感器是将被测量 如光 温度 湿度 力 气体浓 度等物理量转换式成电阻值 间接转换成电流 电压信号 这样的一种器件 主要有光敏 热敏 湿敏 压敏 气敏等电阻式传感器件 光敏二极管和光敏三极管对红外线敏感 可 在红外遥控电子控制系统中应用 2 常见传感器的应用 技术课程的学习要从学生的生活经验出发 了解传感器在日常生活 生产 军事 环 境监测方面的应用 可以培养学生学习电子控制技术的兴趣 可以引导学生对电子控制技 术的人文因素的感悟和理解 二 难点分析 二 难点分析 1 从外形和标识上认识传感器 从外形和标识上区别不同的常见传感器是其应用的基础 而传感器种类繁多 外形各 异 认识它们 对初学者有较大难度 2 常见传感器的检测 通过用多用电表检测常见传感器的电气特性 使学生加深对传感器原理的感性认识 激发探究欲望 能比较 判断传感器的好坏及引脚极性 正确使用传感器 这是一个是试 验 探究的过程 是理论和实践的结合 是学生技术素养的一个观察点 常见传感器的检测涉及到对常见传感器结构 原理 特性的了解和有关电子测量仪器 的使用 而且不同的传感器有不同的检测方法 所以是传感器教学中的一个难点 四 教学建议四 教学建议 教师在教学中不要介绍传感器的工作原理 重点要放在如何让学生定性了解传感器上 因此 教学中穿插学生动手实验和教师课堂实物演示就显的特别重要 如何上好这部分教学内容 建议把握好以下 4 个教学内容 1 1 了解常见传感器的型号命名方法 了解常见传感器的型号命名方法 1 对于敏感型电阻式传感器 其型号一般由四部分组成 第一部分是字母 M 表 示敏感型元件 第二部分字母表示敏感类别 都是拼音的第一个字母 如 Z 表示正 温度系数热敏电阻 F 表示负温度系数热敏电阻 Y 表示压敏电阻 S 表示湿敏电 阻 Q 表示湿敏电阻 G 表示光敏电阻 C 表示磁敏电阻 L 表示力敏电阻 后 面两个部分表示用途和序号 例如 MF41 是普通旁热式负温度系数热敏电阻 MG42 是可见 光敏电阻 MSC 1 是陶瓷湿敏电阻 等等 2 对于非电阻式传感器 就要查阅有关手册 如光敏二极管常用型号是 2CUXX 管 壳上有一个光照窗口 一个正极性标志点 使用时注意两个电极的正负极 光敏三极管常 用型号是 3DUXX 使用时要注意集电极 C 和发射极 E 的区别 2 2 定性认识常见传感器 定性认识常见传感器 教师可以先介绍一两个常见传感器将不同的物理信息转换成电信号的最简单原理和外 形结构 教学中重点是定性介绍常见的传感器如光敏传感器 热敏传感器 磁敏传感器 声敏传感器 气敏传感器等的功能作用 比如 教师可以先介绍电阻型敏感器 其物理信息直接转换的电信号是电阻值的变化 精品文档 4欢迎下载 如热敏电阻 正温度系数热敏电阻是以钛酸钡为主和微量锶 钛 铝等化合物配制成电阻 体材料 其电阻值随温度的升高而升高 负温度系数热敏电阻是以锰 镍 铜等的化合物 为原料 按一定比例混合用陶瓷工艺制成 其电阻值随温度的升高而降低 对于非电阻型敏感器 如光敏二极管由硅材料构成 PN 结 具有单向导电性 工作在反 向电压下 管芯受到光照时 半导体材料原子结构中最外层的电子被激发出来 形成反向 电流 且随光强度增大而增大 所以光敏二极管是将光信息直接转换为电流信号 例 认识常见传感器件例 认识常见传感器件 老师 给学生看光敏传感器 热敏传感器 声敏传感器 气敏传感器的实物 同时也 展示磁敏传感器 力传感器和位移传感器的照片 并介绍各个传感器的名称 老师举实物自问自答 为什么称光敏传感器 因为它能收集光的信息 并把它转变为 电信号 老师举实物问 为什么称热敏传感器 学生回答 因为它能收集热信息 并把它转变为电信号 老师 它能收集温度信息 并把它转变为电信号 温度是反映物体热度的物理量 学生 老师为什么气敏传感器引脚这么多 而热敏传感只有两个引脚 老师 目前对天然气 液化气 敏感的传感器 技术上还需要 4 个引脚其中两个引脚 需要外接辅助电源 这样气敏传感器才能收集液化气的信息并把它转变为电信号 随着技 术的发展 会有一天气敏传感器的引脚与光敏传感器的引脚一样只有两个引脚 3 3 使学生直观认识传感器的作用 使学生直观认识传感器的作用 传感器获得外界的输入信息并通过它将非电量信息转换成电信号输出 其内部工作原 理是复杂的 课标只要求学生知道传感器的作用及其应用 因此教学设计要精选简单易行 的实物演示实验 让学生直观地认识传感器的作用 通过二三个不同传感器的演示实验引 出一个结论 各种传感器的作用都是一样的 将非电量信息转换成电信号输出 不同的 是它们敏感的非电量信息不同 有的是光 有的是声 有的是温度 例 传感器的作用例 传感器的作用 老师实验前准备 光敏电阻一只 热敏传感器一只 电吹风一把 指针式万用表一架 电池组 电阻一个 老师上课演示 同学观察 置万用表于 R 1K 档 表笔分别接入光敏电阻的两个引脚 察万用表指示的电阻值约为 1 千欧 用手遮盖光敏电阻的受光表面 观察万用表指示的电 阻值为 30 千欧 即光敏电阻无光照时电阻值增大 有光照时电阻值减小 用电吹风对光敏 电阻加热 对着光敏电阻叫喊 光敏电阻的电阻值都不发生变化 说明光敏电阻仅拾取光 信息 置万用表于 R 1K 档 表笔分别接入热敏电阻的两个引脚 观察万用表指示的电阻值 为 2 千欧姆 用电吹风产生热风吹热敏电阻 热敏电阻温度上升的同时观察万用表指示的 电阻值渐渐增大 即热敏电阻随着温度的升高 电阻值增大 用手遮盖热敏电阻 使它不 受光 观察万用表热敏电阻的电阻值不发生变化 说明热敏电阻仅拾取温度的信息 如检测光敏二极管可用光照法 多用电表选 R 1K 电阻档 用黑表笔 表内电池正极 接光敏二极管负极 红表笔接正极 用手遮住光敏二极管光照窗口 此时电阻接近无穷大 然后 让光线照射光敏二极管 电阻会大幅度减小 可以直观光敏二极管的特性 可以判 断光敏二极管的敏感性和好坏 光敏二极管还和普通二极管一样具有单向导电作用 其正 向电阻为 8 9K 反向电阻大于 5M 老师做实验小结 不同的传感器可以用来收集不同的信息 将信息变化转换为电阻值 变化的信号的这类传感器称为电阻类传感器 还有许多传感器也是电阻类传感器 如 湿 敏传感器 力敏传感器 声敏传感器 磁敏传感器 对于阻类传感器 在要求不高的场合 精品文档 5欢迎下载 它们的好坏可以用多用表测量 它的电阻值随外界信息变化而变化的情况来判断 若它们 的阻值随外界信息变化而变化 则是好的 否则为不良的 不良的传感器是不能用的 老师 如何将电阻类传感器电阻随外界信息变化而变化变换为输出电信号随外界信息 变化而变化呢 观察一个实验如图 9 1 所示 它由一个电阻 R 一个光敏电阻 RG 和一个 3 伏电池组组 成 V 是电压表用来测量输出电压 图 9 1 电阻性传感器检测电路 用手遮盖光敏传感器输出电压随光敏传感器受光面的光强度而变化 老师 这个实验电路告诉我们一个事实 电阻性传感器在应用时要并接由 E 电源 和 R 电阻 相串联组成的转换电路 该转换电路能使电阻类传感器电阻随外界信息变化而变 化 变换为传感器输出电信号随外界信息变化而变化 这样光敏传感器经转换电路变换后就能将光信息变换为电信号 经过后续章节的学习 可以了解到如何对该电信号进行处理 然后输出执行电路 如用光敏电阻实现对街上路灯 的自动控制 它的控制过程为 天暗了 光敏传感器将光信息变换为电信号 送处理电路 处理后 输出控制电压送执行电路 执行电路接通路灯开关 路灯点亮 反之 路灯电源 被切断 4 4 学生动手实验 加深对传感器的应用了解 学生动手实验 加深对传感器的应用了解 为了使学生能定性认识传感器的功能和作用 加深学生对传感器的了解 在教学设计 中 可考虑安排学生一次动手实验 学生可以几个人一组 实验的目的是认识常见的传感 器 能用多用表检测传感器 知道传感器的作用及其应用 教师在选择实验电路时要尽可 能考虑电路简单 操作容易 突出学生对传感器在应用性方面的认识 使 学生知道传感器 的作用在与收集信息 知道不同类别的传感器能够把不同类别的信号转变为电信号 知道 生活中常见的自动控制系统需使用什么类别的传感器 例 例 老师 实验教学资源准备 微调电位器 光敏传感器 湿敏传感器 三极管 发光二 极管电阻 多用表 电池组 调光台灯 喷雾器 照度计 湿度计 声强仪等 实验电路 图 2 传感器试验电路 精品文档 6欢迎下载 老师 图 2 是一个信号处理电路 控制器 和执行器组成的一个报警实验电路 报警时 发光二极管 V1亮 图中 V2主要功能是信号处理 V1是执行器 执行器也可以是继 电器或蜂鸣器等 R1是限流电阻 限制 V1亮时的最大电流 通常 R 取 200 V1亮时的流 过 V1的电流约为 10mA R2也为限流电阻 防止因传感器接错 电源直接烧毁三极管的 BE 结 图中 a b 两点用于连接传感器 当 a b 两点接热敏电阻时 该电路的功能为湿度 报警器 a b 两点接光敏传感电阻时 该电路的功能为照度报警器 当 a b 两点接声传 感器时 该电路的功能为噪声报警器 下面以 a b 两点接光敏传感器为例介绍照度报警器电路工作原理 光照强度大时 光敏传感器的电阻小 根据分压原理 电源 E 在 RP的上的分压值大 适当调整 RP的电阻值 使在 b G 两点间的电压为 0 7V 三极管 V2因 Vbe 0 7V 饱和而导通 电源经电阻 R1 发光二极管 V1 三极管 V2的 C E 极构成了回路 电流流过发光二极管 V1 发光二极管被点亮 照度报警 说明当前照度太强了 老师 当光照度弱时 光敏传感器的等效电阻值变得很大 几十千欧或上百千欧 电源 E 在 RP上几乎没有什么分压值 三极管 V2的 Vbe值几乎为零 三极管截止 没有电流 流过三极管 C E 极 发光二极管 V1不亮 说明当前光照度没有超过 警戒线 老师 同学们想一想 上述电路中 微调电位器 Rp的与电源 E 组成一个转换电路 光敏传感器经转换电路变换后 就能将光信息变换微电信号输出 调整 RP的目的是改变在 确定的照度条件下 转换电路输出的电压 即报警照度为 警戒线 老师 同学们讨论一下怎样调整照度报警器 学生 讨论 回答 略 老师 小结 实验步骤 用照度计将台灯的光强度调到 100 报警照度 在实验板上接入光敏传感器 接通电源开关 调整微调电位器 RP 使发光二极管亮 用多用表直流电压档确认 BE之间的电压 关闭台灯 发光二极管不亮 用多用表直流电压档确认 BE之间电压小于 老师 实验步骤 和 中用电压表测量 BE的电压这个操作可以省略 为什么要求大 家做呢 因为 RP的端电压值很重要 它是流过光敏传感器的电流流过 RP产生的电压降 该电压可以理解为光敏传感器的输出电压 该电压是否 决定信号处理管是导通还 是截止 即发光二极管是亮还是暗 当 BE为 时 三极管时导通 当 BE50uA30 光电二极管 2CU35IR 700 1100 25 uA30 光电三极管 3DU030IR 700 1050 2mA30100 光电三极管 3DU050IR 700 1050 4mA30150 例一 例一 红外遥控电灯开关实验电路 1