利用傳感器制作簡單的自動控制裝置（高中物理教學(xué)課件）完整版4

03.利用傳感器制作簡單的自動控制裝置傳感器是構(gòu)成自動控制系統(tǒng)的必要環(huán)節(jié)。如果沒有傳感器對原始信息進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠地捕捉和轉(zhuǎn)換，那么一切控制將無法實(shí)現(xiàn)。本節(jié)提供了兩個利用傳感器實(shí)現(xiàn)簡單自動控制的實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們可以根據(jù)興趣和器材條件從中選擇一個。只有自己動手進(jìn)行組裝和調(diào)試，才會對傳感器的作用有更深切的體會。實(shí)驗(yàn)1.門窗防盜報(bào)警裝置1.實(shí)驗(yàn)要求：門窗防盜報(bào)警裝置具有自動提示報(bào)警的功能。在睡覺前連接好電路，啟動防盜報(bào)警裝置。當(dāng)門窗緊閉時，蜂鳴器不響，指示燈亮；當(dāng)門窗被打開時，蜂鳴器發(fā)出聲音警報(bào)，指示燈滅。干簧管可用于完成這個任務(wù).2.實(shí)驗(yàn)電路：實(shí)驗(yàn)1.門窗防盜報(bào)警裝置3.實(shí)驗(yàn)器材：實(shí)驗(yàn)1.門窗防盜報(bào)警裝置4.器材作用：干簧管：用于感知磁體磁場是否存在。繼電器：作為執(zhí)行裝置。發(fā)光二極管LED：作為電路正常工作提示。發(fā)光二極管和普通二極管一樣具有單向?qū)щ娦?，而且在?dǎo)電時還能發(fā)光，有紅、綠、黃等多種顏色。它小巧、省電，因此許多家用電器上都用它作指示燈。R為限流電阻：對發(fā)光二極管起保護(hù)作用。蜂鳴器H：作為報(bào)警提醒。實(shí)驗(yàn)1.門窗防盜報(bào)警裝置5.實(shí)驗(yàn)原理：閉合電路開關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。當(dāng)門窗緊閉時，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩個簧片被磁化相吸而接通繼電器線圈K，使繼電器工作。繼電器的動觸點(diǎn)c與常開觸點(diǎn)a接通，發(fā)光二極管LED發(fā)光，顯示電路處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)門窗開啟時，磁體離開干簧管，干簧管失磁斷開，繼電器被斷電。繼電器的動觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報(bào)警。干簧管在電路中起傳感器和控制開關(guān)的作用，繼電器則相當(dāng)于一個自動的雙向開關(guān)。實(shí)驗(yàn)1.門窗防盜報(bào)警裝置6.實(shí)驗(yàn)操作：（1）連接電路前，要先判斷一下干簧管是否可以正常工作。用磁體直接靠近干簧管，觀察簧片能否正常動作。（2）確定各元件可以正常工作后，按照電路圖連接電路。（3）接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)2.光控開關(guān)1.實(shí)驗(yàn)要求：光控路燈可以根據(jù)光照的變化自動開啟或關(guān)閉。怎樣能夠在天色暗到一定程度時讓路燈自動開啟，而在天明時自動熄滅？我們可以利用光敏電阻來完成這一任務(wù)。下面提供兩種模擬的光控開關(guān)電路，用發(fā)光二極管或小燈泡代表路燈。2.實(shí)驗(yàn)電路：3.實(shí)驗(yàn)器材：4.器材作用：在控制電路中，由于光敏電阻的工作電流很微弱，不能直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，因此一般都需要配置一定的放大電路實(shí)現(xiàn)控制。晶體三極管是半導(dǎo)體基本元件之一，具有電流放大作用，在控制電路中常用作電子開關(guān)。本實(shí)驗(yàn)采用三極管配合光敏電阻完成光控開關(guān)的任務(wù)。三極管由三個電極組成，分別是發(fā)射極e，基極b和集電極c，有NPN型和PNP型兩種。三極管的一個重要特性是，從基極輸入一個較小的電流，就會在集電極獲得較大的電流。此外，三極管還具有完成斷路和接通的開關(guān)作用。5.實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時，光敏電阻RG的阻值很小，三極管不導(dǎo)通，發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)于斷路，即發(fā)光二極管不工作；繼電器處于常開狀態(tài)，小燈泡L不亮。當(dāng)環(huán)境光比較弱時，光敏電阻RG的阻值變大，三極管導(dǎo)通，且獲得足夠的基極電流，產(chǎn)生較大的集電極電流，點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動繼電器吸合而點(diǎn)亮小燈泡L。6.實(shí)驗(yàn)操作：（1）按照電路圖連接電路，檢查無誤后，接通電源。（2）讓光敏電阻RG受到白天較強(qiáng)的自然光照射，調(diào)節(jié)電阻R1使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光。（3）遮擋RG，當(dāng)光照減弱到某種程度時，就會看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。（4）讓光照加強(qiáng)，當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。如果實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，可用手電筒加強(qiáng)光照，或遮蓋光敏電阻，再進(jìn)行觀察。

可調(diào)電阻R1的作用是調(diào)整設(shè)定電路對周邊光亮度的反應(yīng)，在電路中能夠控制三極管的基極電流。如果把R1阻值調(diào)得更大些，就會在天更暗時才點(diǎn)亮路燈。典型例題\課堂訓(xùn)練例1.

如圖所示為一種溫度自動報(bào)警器的原理圖，在水銀溫度計(jì)的頂端封入一段金屬絲，以下說法正確的是(

)A．溫度升高至74℃時，L1亮燈報(bào)警B．溫度升高至74℃時，L2亮燈報(bào)警C．溫度升高至78℃時，L1亮燈報(bào)警D．溫度升高至78℃時，L2亮燈報(bào)警D典型例題\課堂訓(xùn)練例2.如圖所示是一位同學(xué)設(shè)計(jì)的防盜門報(bào)警器的簡化電路示意圖。門打開時,紅外光敏電阻R3受到紅外線照射,電阻減小;門關(guān)閉時會遮蔽紅外線源(紅外線源沒有畫出)。經(jīng)實(shí)際試驗(yàn),可知燈的亮滅情況能反映門的開關(guān)狀態(tài)。門打開時兩燈的發(fā)光情況及R2兩端電壓U2與門關(guān)閉時相比(

)A.紅燈亮,U2變大B.綠燈亮,U2變大C.綠燈亮,U2變小D.紅燈亮,U2變小D典型例題例3.工人在鍛壓機(jī)、沖床、鉆床等機(jī)器上勞動時，稍有不慎就會把手壓在里面，造成工傷事故，工廠中大都是利用光電控制設(shè)備來避免事故發(fā)生的。如圖所示為光控繼電器的示意圖，它