2021学年3 利用传感器制作简单的自动控制装置导学案

5.3利用传感器制作简单的自动控制装置

1.了解门窗防盗装置、光控电路的实验电路图及工作原理。

2.知道电磁继电器、三极管的基本功能。

【重点】了解门窗防盗装置、光控电路的实验电路图及工作原理，并知道电磁继电器、三极管的基本功能。

【难点】通过学习门窗防盗装置、光控电路的实验过程及原理能够制作简单的自动控制装置，并可以对相关题目进行定性分析与相应的定量计算。

【课前自主学习】

一、知识前置

思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)光敏电阻随光照强度增加电阻变大．(  )

(2)二极管加正向电压时阻值很小．(  )

(3)随着科技的发展，传感器会应用在各行各业和生活的方方面面，可以完全取代人的应用．(  )

(4)当路灯自动控制电路做好后，不能随意调整路灯点亮熄灭的起控点．(  )

(5)磁传感器是把磁感应强度转变成电信号．(  )

二、新知学习

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。

实验1 门窗防盗报警装置

下面我们来看几个生活中的实例怎样才能实现上述功能呢？利用干簧管在磁场中的特性是不错的选择。如图是一个简单的门窗磁控防盗报警装置示意图。门的上沿嵌入一小块永磁体 M，门框内与M 相对的位置嵌入干簧管 SA，并将干簧管接入报警电路。干簧管可将门与门框的相对位置这一非电学量转换为电路的通断。

门窗防盗报警装置

实验目的：了解门窗防盗报警装置的工作原理

实验原理：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。

电磁继电器

实验器材

电源、导线、开关、干簧管、继电器、蜂鸣器、发光二极管、电阻、小磁体。

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,连接电路。

(3)接通电源后,将磁体先后靠近和离开干簧管,分别观察实验现象。

门窗防盗报警装置电路图              发光二极管

表1 基本元件及参数

 实验2 光控开关

光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭。怎样能够在天色暗到一定程度时让路灯自动开启，而在天明时自动熄灭？我们可以利用光敏电阻来完成这一任务。下面提供两种模拟的光控开关电路，用发光二极管或小灯泡代表路灯。

实验目的：了解    的原理。

实验原理：当环境的光比较强时,    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。当环境的光比较弱时,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。

三极管电路符号及实物图

光控开关电路

实验器材

可调电阻、限流电阻、光敏电阻、暗电阻、亮电阻、三极管、_______、继电器、小灯泡、二极管、电源。

实验步骤

(1)连接电路,_______,接通电源。

(2)让_______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_______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_______到某种程度时,则发光二极管LED或小灯泡L熄灭。

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。

表2 基本元件及参数

1．（单选）利用半导体不可以制成的是(　　)

A．标准电阻　　　　 B．热敏电阻

C．光敏电阻   D．晶体管

2．（单选）某小型电磁继电器，其中L为含铁芯的线圈．P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱，如图所示．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  (　　)

A．A与B接信号电压，C与D跟被控电路串联

B．A与B接信号电压，C与D跟被控电路并联

C．C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联

D．C与D接信号电压，A与B跟被控电路并联

3（单选）.如图所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则(　　)

A．A为低电势，LED发光

B．A为高电势，LED发光

C．无论A为高电势或低电势，LED均不发光

D．无论A为高电势或低电势，LED均发光

4.（多选）在制作光控电路实验中，某同学按图所示电路将元件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中接通电源时，灯泡不发光，原因可能是(　  　)

A．二极管两极接反　　　　 B．R1与RG位置颠倒

C．R1阻值太小   D．灯泡被断路

5.(多选）如图所示是温度报警器的电路原理图，下列关于该电路的分析中正确的是(　　)

A．当RT的温度升高时，RT的阻值减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声

B．当RT的温度升高时，RT的阻值减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声

C．当增大R1时，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声

D．当增大R1时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声

6.如图所示的光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R1的最大电阻为51 kΩ，R2为330 Ω.白天，光的强度较大，光敏电阻RG的电阻值较________，加在斯密特触发器A端的电压较________，则输出端Y输出高电势，发光二极管LED________；当天色暗到一定程度时，RG的阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值(1.6 V)，输出端Y突然从高电平跳到低电势，则发光二极管LED________发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了路灯白天熄灭，天暗自动开启的目的．

参考答案

1.   【答案】A

【解析】标准电阻是几乎不受温度影响的电阻，一般是用锰铜合金或镍铜合金制造的，故只选A.

2.【答案】A

【解析】A、B接电磁继电器的线圈，所以A、B应接信号电压、线圈电流随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用．故正确选项为A.

3.【答案】　B

【解析】A为低电势时，Y为高电势，LED的电压小，不发光；A为高电势时，Y为低电势，LED的电压大，发光，故B正确．

4.【答案】ABD

【解析】由题可知若二极管接反，光线暗时，二极管上为负向电压，无法导通，灯泡不亮，A项正确；若R1与RG位置颠倒，则光线较暗时，Y端为高电平，晶体管不导通，灯泡不发光，B项正确；若R1阻值太小，Y端一直为低电平，灯泡一直发光，C项错误；灯泡断路时无法发光，D正确．

5.【答案】BC

【解析】温度升高时，热敏电阻的阻值减小，或者增大R1的阻值，都能导致输入端A的电势升高，斯密特触发器输出端Y从高电平跳到低电平，从而使蜂鸣器发出报警声．

6.【答案】】小　低　不导通　导通

【解析】白天，光照强度较大，光敏电阻RG的电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电势，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电势跳到低电势，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白天熄灭，天暗自动开启的目的．