第五章大显身手传感器装置

1、第五章大显身手传感器装置学习目标：学习目标：1.了解力传感器在洗衣机上了解力传感器在洗衣机上的应用了解光传感器在自动门上的应用的应用了解光传感器在自动门上的应用2了解电容传感器在指纹识别器上的应了解电容传感器在指纹识别器上的应用了解传感器在机器人上的应用用了解传感器在机器人上的应用3感受传感器技术给人类生活带来的便感受传感器技术给人类生活带来的便利，了解传感器应用的设计思路利，了解传感器应用的设计思路重点难点：传感器的应用重点难点：传感器的应用易错问题：在传感器和电路结合的问题易错问题：在传感器和电路结合的问题中，电路的分析易出现错误中，电路的分析易出现错误一、洗衣机水位控制系统一、洗衣机水位

2、控制系统全自动洗衣机的水位控制装置使用了全自动洗衣机的水位控制装置使用了 传传感器当水位达到设定的高度时自动感器当水位达到设定的高度时自动 进水电进水电磁阀门，磁阀门， 洗涤电动机电源洗涤电动机电源二、自动门二、自动门1控制自动门开关的是一种控制自动门开关的是一种 传感器传感器基础知识梳理基础知识梳理压力压力关闭关闭接通接通红外线红外线2自动门工作流程自动门工作流程三、指纹识别器三、指纹识别器指纹识别器是通过指纹识别器是通过 传感器来识别指纹传感器来识别指纹的手指皮肤与电容传感器表面构成了的手指皮肤与电容传感器表面构成了 ，由于指纹的凹凸导致不同位置的电容差异由于指纹的凹凸导致不同位置的电容差

3、异四、传感器与机器人四、传感器与机器人1机器人传感器的分类机器人传感器的分类机器人传感器分为机器人传感器分为 传感器和传感器和 传感器传感器电容电容电容阵列电容阵列外部外部内部内部2传感器用途传感器用途(1) 传感器用于感知外部传感器用于感知外部 和外界事和外界事物对机器人的物对机器人的 使机器人拥有类似人的、使机器人拥有类似人的、 、触觉、嗅觉、味觉等感觉，从而使机器人具有拟人化触觉、嗅觉、味觉等感觉，从而使机器人具有拟人化的特点的特点(2) 传感器传感器(如角度传感器、如角度传感器、 等等)，用于检测机器人的用于检测机器人的 注意：在自动控制系统中传感器主要用来检测精注意：在自动控制系统中

4、传感器主要用来检测精确数据，检测是自动控制的首要环节确数据，检测是自动控制的首要环节外部外部工作环境工作环境刺激刺激听觉听觉内部内部状态状态关节传感器关节传感器一、传感器与自动控制的设计一、传感器与自动控制的设计传感器在自动控制系统中有着广泛的应传感器在自动控制系统中有着广泛的应用，小到儿童玩具，大到宇宙飞船，传感器的用，小到儿童玩具，大到宇宙飞船，传感器的身影随处可见，如果让我们来设计一个自动控身影随处可见，如果让我们来设计一个自动控制装置，应如何设计呢？制装置，应如何设计呢？1要明确设计意图，弄清控制条件和相应要明确设计意图，弄清控制条件和相应的自动控制原理的自动控制原理2要明确应选用哪种

5、传感器，该传感器怎要明确应选用哪种传感器，该传感器怎样感知控制条件及怎样转化为电学量输出样感知控制条件及怎样转化为电学量输出核心要点突破核心要点突破3选用什么样的执行机构，该执行机构选用什么样的执行机构，该执行机构怎样执行自动控制怎样执行自动控制4采用什么样的电路来实现自动控制，采用什么样的电路来实现自动控制，总之要明确传感器应用的一般流程：总之要明确传感器应用的一般流程：1应用传感器设计自动控制电路时，经应用传感器设计自动控制电路时，经常要用到电磁继电器来实现电路的通断电磁常要用到电磁继电器来实现电路的通断电磁继电器由两个电路构成，电路继电器由两个电路构成，电路1为线圈与控制为线圈与控制信号

6、构成的电路，通过线圈的电流大小决定了信号构成的电路，通过线圈的电流大小决定了线圈磁性的强弱线圈磁性的强弱电路电路2为电磁继电器的衔铁所参与的电为电磁继电器的衔铁所参与的电路，即被控电路，当线圈对衔铁的吸引力发生路，即被控电路，当线圈对衔铁的吸引力发生变化时，衔铁的位置发生变化，从而控制电路变化时，衔铁的位置发生变化，从而控制电路的接通或断开的接通或断开2在自动控制电路中，控制电路和被控在自动控制电路中，控制电路和被控电路可以分别设计，最后再把二者结合起来电路可以分别设计，最后再把二者结合起来特别提醒特别提醒二、对机器人的进一步认识二、对机器人的进一步认识1机器人的构成机器人的构成机器人主要包括

7、三个部分：环境信息采集机器人主要包括三个部分：环境信息采集部分部分(相当于人的感觉器官相当于人的感觉器官)、环境识别和动作、环境识别和动作控制部分控制部分(相当于人的大脑相当于人的大脑)、动作部分、动作部分(相当于相当于人的手、脚等人的手、脚等)2机器人的感觉机器人的感觉传感器是机器人的感觉器官，外部传感器传感器是机器人的感觉器官，外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激，各种传感器与机器人的感觉的对应关系刺激，各种传感器与机器人的感觉的对应关系如下表：如下表：感觉感觉所用传感器所用传感器效果效果当前发展水平当前发展水平视觉视觉视觉传感器视

8、觉传感器(摄像机摄像机)使机器人拥有使机器人拥有人眼的视觉功人眼的视觉功能能离自然人的视离自然人的视觉水平相差甚觉水平相差甚远远听觉听觉超声波传感器超声波传感器语音识别装置语音识别装置使机器人拥有使机器人拥有类似人耳的听类似人耳的听觉功能觉功能能理解一些简能理解一些简单的语句，不单的语句，不能真正实现人能真正实现人机对话机对话嗅觉嗅觉 气体传感器气体传感器使机器人拥有使机器人拥有类似人鼻的功类似人鼻的功能能只能识别有限只能识别有限的几种气体，的几种气体，一般机器人没一般机器人没有嗅觉有嗅觉触觉触觉压力传感器、压力传感器、温度传感器、温度传感器、位移传感器位移传感器使机器人拥有使机器人拥有类似人

9、的皮肤类似人的皮肤和手的功能和手的功能发展水平较发展水平较高，虽不如人高，虽不如人的感觉敏锐，的感觉敏锐，但能完成大部但能完成大部分要求分要求感觉感觉所用传感器所用传感器效果效果当前发展水平当前发展水平机器人的发展方向是高度拟人的人工智能机器人的发展方向是高度拟人的人工智能机器人；但目前的电脑运算能力、传感器制造机器人；但目前的电脑运算能力、传感器制造技术等均相距甚远技术等均相距甚远特别提醒特别提醒如图如图531是电饭煲的电路图，是电饭煲的电路图，S1是是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点达到居里点(103 )时，会自动断开时，会自动断开S2

10、是一是一个自动控温开关，当温度低于个自动控温开关，当温度低于70 时，会自时，会自动闭合；温度高于动闭合；温度高于80 时，会自动断开红时，会自动断开红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯分流电阻灯分流电阻R1R2500 ，加热电阻丝，加热电阻丝R350 ，两灯电阻不计，两灯电阻不计课堂互动讲练课堂互动讲练传感器与自动控制传感器与自动控制(1)分析电饭煲的工作原理分析电饭煲的工作原理(2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比耗的电功率之比(3)简要回答，如果不闭合开关简要回答，如果不闭合开关S1，能将饭，能

11、将饭煮熟吗？煮熟吗？图图531【思路点拨思路点拨】知道温控开关知道温控开关S1的特点，的特点，再结合电路可分析此类问题再结合电路可分析此类问题【解析解析】(1)电饭煲盛上食物后，接上电电饭煲盛上食物后，接上电源，源，S2自动闭合，同时手动闭合自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态加热到短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态加热到80 时，时，S2自动断开，自动断开，S1仍闭合；当温度升高仍闭合；当温度升高到到103 时，开关时，开关S1自动断开，这时饭已煮自动断开，这时饭已煮热，黄灯亮，电饭煲处于保温状态由于散热，黄灯亮，电饭煲处于保温状态由于散热，待温度降至

12、热，待温度降至70 时，时，S2自动闭合，电饭煲自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到重新加热，温度达到80 时，时，S2又自动断开，又自动断开，再次处于保温状态再次处于保温状态(3)如果不闭合开关如果不闭合开关S1，开始，开始S2总是闭合总是闭合的，的，R1被短路，功率为被短路，功率为P1，当温度上升到，当温度上升到80 时，时，S2自动断开，功率降为自动断开，功率降为P2，温度降低到，温度降低到70 ，S2自动闭合自动闭合温度只能在温度只能在70 80 之之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭【答案答案】见解析见解析【点评点评】本题是关于电饭煲的自动控温本题是关于电

13、饭煲的自动控温开关，自动控温开关也是一种温度传感器，要开关，自动控温开关也是一种温度传感器，要能根据电路的串并联规律找到自动控制温度的能根据电路的串并联规律找到自动控制温度的原理原理1.如图如图532所示为小型电磁继电器的构造示所示为小型电磁继电器的构造示意图，其中意图，其中L 为含铁芯的线圈，为含铁芯的线圈，P为可绕为可绕O点转动的点转动的铁片，铁片，K为弹簧，为弹簧，S为一对触头，为一对触头，A，B，C，D为四为四个接线柱电磁继电器与传感器配合，可完成自动个接线柱电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求其工作方式是控制的要求其工作方式是()图图532AA与与B接信号电压，接信号电压，C

14、与与D可跟被控电可跟被控电路串联路串联BA与与B接信号电压，接信号电压，C与与D可跟被控电可跟被控电路并联路并联CC与与D接信号电压，接信号电压，A与与B可跟被控电可跟被控电路串联路串联DC与与D接信号电压，接信号电压，A与与B可跟被控电可跟被控电路并联路并联解析解析：选：选A.由图可知由图可知A，B与电磁继电器与电磁继电器线圈相连，所以线圈相连，所以A，B应接信号电压，控制电磁应接信号电压，控制电磁继电器工作与否，从而使继电器工作与否，从而使C，D接通或断开，进接通或断开，进而起到控制作用而起到控制作用(2010年福建南安一中高二期末测试年福建南安一中高二期末测试)机器机器人可以通过外部传感

15、器来感知外部工作环境和人可以通过外部传感器来感知外部工作环境和外界事物，下列说法有误的是外界事物，下列说法有误的是()A温度传感器让其感知温度变化，此传温度传感器让其感知温度变化，此传感器是热敏电阻，阻值一定随温度升高而减小感器是热敏电阻，阻值一定随温度升高而减小B光电传感器可以作为眼睛，此传感器光电传感器可以作为眼睛，此传感器若是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小若是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小C超声波传感器可以作为耳朵，让其听超声波传感器可以作为耳朵，让其听到常人听不到的声音到常人听不到的声音D压力传感器可以使其有压力传感器可以使其有“手感手感”传感器与机器人传感器与机器人【思路

16、点拨思路点拨】根据机器人的构成及感觉根据机器人的构成及感觉的形成分析的形成分析【解析解析】热敏电阻分为正温度系数热敏热敏电阻分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻，正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻，正温度系数热敏电阻随温度的升高而减小，选项电阻随温度的升高而减小，选项A错误光敏错误光敏电阻随光照强度的增加而减小，选项电阻随光照强度的增加而减小，选项B正正确超声波传感器可以将超声波转换为电学确超声波传感器可以将超声波转换为电学量，便于机器人听到，选项量，便于机器人听到，选项C正确压力传感正确压力传感器可以将压力转换为电学量，便于机器人感器可以将压力转换为电学量，便于机器人感觉，所以选项觉，所以选项D正确正确【答案答案】A【规律总结规律总结】机器人是多种传感器的综机器人是多种传感器的综合应用，分析时要根据各部分的功能和常见传合应用，分析时要根据各部分的功能和常见传感器的用途研究感器的用途研究2(2010年上海高二检测年上海高二检测)模块机器人具有三模块机器人具有三个部分，它们分别