《利用传感器制作简单的自动控制装置》 讲学案.docx
学而优·教有方
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第五章传感器
第3节利用传感器制作简单的自动控制装置
【素养目标】
1.了解门窗防盗报警装置，会组装门窗防盗报警装置。
2.了解光控开关电路及控制原理，会组装光控开关。
【必备知识】
知识准备
(1)普通二极管和发光二极管
①都具有单向导电性。
②发光二极管除了具有普通二极管的单向导电性外,导电时还能发光,它小巧玲珑颜色鲜艳,又很省电,许多家用电器上都用发光二极管作指示灯。
(2)门电路
①对于与门电路,只要一个输入端输入为“0”,则输出端一定是“0”,只有当所有输入都为“1”时,输出才是“1”。
②对于或门电路,只要有一个输入端输入为“1”,则输出一定是“1”,只有当所有输入都为“0”时,输出才是“0”。
③非门电路中,当输入为“0”时,输出总是“1”,当输入为“1”时,输出反而是“0”。非门电路也称反相器。
(3)斯密特触发器
斯密特触发器性能特别,当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6V)时,输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25V),而当输入端A的电压下降到另一个值的时候(0.8V),Y会从低电平跳到高电平。斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号,而这正是进行光控所需要的。
(4)逻辑电路的高低电平
在逻辑电路中,常把电势的高低叫作电平的高低,“输出低电平”的意义是输出端处于低电势的状态。斯密特触发器是具有特殊功能的非门,常用符号表示。
知识点一、门窗防盗报警装置
1．电路如图所示。
2．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。
3．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。
4.实验步骤
(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。
知识点二、光控开关
(1)实验目的:了解光控开关的工作原理,练习用传感器制作自动控制设备。
(2)实验器材:斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6V,0.3A)、可变电阻R1(最大阻值51kΩ)、电阻R2(330Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5V)、导线若干、黑纸。
(3)实验电路(如图所示):
(4)工作原理:
甲图(二极管光控电路):白天,光照强度较大时,光敏电阻RG阻值较小,加在斯密特触发器输入端A的电压较低,则输出端Y输出高电平,发光二极管LED不导通;傍晚,当光照强度小到一定程度时,RG阻值增大到一定值,斯密特触发器的输入端A的电压上升到1.6V,输出端Y突然从高电平跳到低电平,则发光二极管LED导通发光(相当于路灯亮了),这样就达到了使路灯天亮自动熄灭、天暗自动开启的目的。
乙图(路灯光控电路):天较亮时,光敏电阻RG阻值较小,斯密特触发器输入端A电压较低,则输出端Y输出高电平,线圈中无电流,工作电路不通;天较暗时,光敏电阻RG电阻增大,斯密特触发器输入端A电势升高,当升高到一定值,输出端Y由高电平突然跳到低电平,有电流通过线圈,电磁继电器工作,接通工作电路,使路灯自动开启;天亮后,RG阻值减小,斯密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到一定值,输出端Y突然由低电平跳到高电平,则线圈中不再有电流,则电磁继电器自动切断工作电路的电源,路灯熄灭。
(5)实验步骤:
①按照实验电路图将各元件组装到集成电路实验板上。
②检查各元件的连接,确保无误。
③接通电源,调节电阻R1,使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮。
④用黑纸逐渐遮住光敏电阻,观察发光二极管或灯泡的状态。
⑤逐渐撤掉黑纸,观察发光二极管或灯泡的状态。
【点睛】
一、电磁继电器的工作原理
由于集成电路允许通过的电流较小,要用白炽灯泡模仿路灯,就要使用电磁继电器来启闭工作电路,如图所示。其中图中虚线框内即为电磁继电器J,D为动触点,E为静触点。当线圈A中通电时,铁芯中产生磁场,吸引衔铁B向下运动,从而带动动触点D向下与E接触,将工作电路接通;当线圈A中电流为0时,电磁铁失去磁性,衔铁B在弹簧作用下拉起,带动触点D与E分离,自动切断工作电路。
在控制电路中并联一只二极管,是为了防止电磁继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏集成电路。二极