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第五章　電子控制系統的設計及其應用
[考試標準]
考試內容
考試要求
考試屬性
已考點
開環電子控制系統的設計和應用
①簡單開環電子控制系統的工作原理
②簡單開環電子控制系統的設計、安裝與調試
③安裝過程中常見問題的分析和解決
b
c
c
加試
2016年4月選考(第17題)
2016年10月選考(第17題)
2017年11月選考(第17題)
2018年4月選考(第17題)
閉環電子控制系統的設計和應用
①簡單閉環電子控制系統的基本工作原理
②簡單閉環電子控制系統的設計、安裝與調試
③安裝過程中常見問題的分析和解決
b
c
c
加試
2015年10月選考(第10、14題)
2017年4月選考(第17題)
一、開環電子控制系統的設計和應用
1.簡單開環電子控制系統的工作原理
系統的輸出端與輸入端之間不存在反饋，也就是控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響，這樣的系統稱開環控制系統，開環控制系統適用于簡單的系統，它沒有反饋環節，響應時間較長，成本較低。
2.設計和安裝開環電子控制系統的一般步驟如下
(1)依據設計要求進行分析，確定被控量和被控對象。
(2)根據開環電子控制系統的方框圖，選擇恰當的傳感器，確定控制(處理)部分使用的電路和元器件，選擇合適的執行部件。
(3)參照相關資料，在輸入、控制(處理)和輸出部分之間分別選擇合適的接口電路，設計或改進原有的電路。
(4)檢測元器件或實用電路的質量。
(5)安裝電路，放置元器件錯接、虛焊，要注意對未使用的引腳處理，注意接地。
(6)調試電路，檢查觸發電壓大小。
二、閉環電子控制系統的設計和應用
1.簡單閉環電子控制系統的工作原理
閉環電子控制系統是在開環電子控制系統基礎上增加反饋而構成的。
2.設計和安裝閉環電子控制系統的一般步驟如下
(1)按照設計要求，確定被控量和被控對象。
(2)根據閉環電子控制系統的方框圖，選擇控制(處理)部分的電子電路、輸出部分的執行器、檢測部分中的傳感器，并參照有關資料，通過接口電路將各個部分緊密地連接成一個完整的控制系統。
(3)按照電路圖安裝電路。
(4)將系統各部分進行整體安裝和調試。在調試過程中，輸入預置控制量，根據被控量的變化進行監控。認真分析干擾因素對被控量的干擾，并通過調整預置控制量等各種方法把干擾的影響減少至最低。
(5)通過制作、試驗，發現設計存在的問題，對方案進行改進和優化。
【例1】　在通用技術課堂上，老師要求同學們設計一個水箱水位控制電路，要求如下：當水箱中的水位低于b 點時，水泵工作；水位到達c點時，水泵停止工作。下圖是小通設計的電路，下列關于該電路的分析說法中，不正確的是(　　)
A.電容C起到延時的作用
B.該電路能實現題目的要求
C.V2應選擇NPN型三極管
D.D1起到開關作用
解析　該電路不能實現題目的要求，當水位到達C點后，由于電容C的延時作用，電動機還會工作一段時間，最終水會高于C點。故選B。
答案　B
[變式1]　如圖所示為某簡易高溫報警裝置的電路圖。已知Rt是負溫度系數的熱敏電阻。電壓比較器IC的3腳電位大于2腳電位時，1腳輸出高電平；反之，1腳輸出低電平。關于該電路，下列說法不正確的是(　　)
A.RP1一定的情況下，RP2調大，報警溫度會增加
B.溫度越高，Rt的電阻越小
C.RP2一定的情況下，RP1調小，報警溫度會降低
D.1腳輸出高電平時，V1導通，V2發光
解析　RP2一定的情況下，RP1調小，報警溫度會增加。故選C。
答案　C
【例2】　小明利用555集成芯片設計了一個如圖所示的自動澆花控制電路。當花盆中土壤濕度較小時，探針a和探針b之間的電阻值較大，使得3腳輸出為高電位，繼電器吸合，水泵M啟動；往花盆里加水，花盆中的土壤到達一定濕度時(探針a和探針b之間的電阻值較小)，水泵停止加水。在該電路調試過程中，無論花盆中土壤的干濕程度如何，水泵M始終處于加水狀態，造成該現象的原因可能是(　　)
A.調節Rp時，中心抽頭調整到圖示中最上方
B.三極管V1燒壞斷路
C.電阻R兩管腳連焊，造成短路
D. 焊接過程中1腳虛焊
解析　調節Rp時，中心抽頭調整到圖示中最上方，2、6腳為低電平，3腳高電平，繼電器吸合。
答案　A
[變式2]　王明同學設計了如圖所示的由555集成電路、覆銅板探頭、喇叭、電位器、電阻、電容和電池等組成的雨水報警器。根據該控制系統回答以下問題。
(1)該控制系統的工作方式為(　　)
A.閉環電子控制
B.開環電子控制
C.先閉環電子控制后開環電子控制
D.先開環電子控制后閉環電子控制
(2)在調試過程中，將水滴在覆銅板上，喇叭不發出聲音，單獨檢測喇叭是好的，關于用多用電表檢測的說法，錯誤的是(　　)
A.將RP調到最下端，2腳、6腳有電壓，說明電容器C1是好的
B.3腳有電壓輸出，說明電容器C3是好的
C.7腳無電壓，說明7腳未焊接好
D.8腳無電壓，說明8腳未焊接好
(3)王明同學想把該報警器改裝成防盜報警器，下列改裝方案不合適的是(　　)
A.將覆銅板探頭換成紅外線感應裝置來控制
B.將覆銅板探頭換成干簧管來控制
C.將覆銅板探頭換成壓力觸點來控制
D.將覆銅板探頭換成聲音傳感器來控制
解析　(1)該電子控制系統的被控對象是喇叭，控制喇叭發出聲音，不存在反饋回路，所以該控制系統的工作方式為開環電子控制系統。
(2)該電子控制系統的工作原理是電源通過電阻R2、覆銅板和電位器RP對電容C1充電，充電過程，2腳和6腳是低電平，3腳輸出是高電平。電容C1充滿電后，通過電位器RP和覆銅板往7腳進行放電，放電過程，2腳和6腳是高電平，3腳輸出是低電平。整個過程在3腳形成振蕩回路。將RP調到最下端，2腳、6腳有電壓，說明電容器C1能正常充放電，電容器C1是好的。3腳有電壓輸出，如果電容器C3是好的，喇叭應該正常工作，有聲音輸出。7腳和8腳無電壓，說明未焊接好。
(3)防盜報警器是防止小偷進入家中，可以將該報警器放置在窗臺上，能夠檢測人體的傳感器，可以用紅外線裝置，也可以用腳不小心踩到壓力開關來觸發報警，也可以用干簧管安裝在窗戶上來觸發，靠聲音傳感器來觸發不是好的方案。
答案　(1)B　(2)B　(3)D
【例3】　(2018·11月浙江選考)小明在科技實踐活動中，設計了如圖所示的電路，用數字信號控制小電機正反轉和停止。規定電流流向為X→Y時電機M正轉，電流流向為Y→X時電機M反轉。請你完成下列各題。
2腳
6腳
3腳
＜Vcc
＜Vcc
高電平
＞Vcc
＞Vcc
低電平
＞Vcc
＜Vcc
保持
＜Vcc
＞Vcc
不使用
555電路IC1、IC2的特性表
(1)用0代表低電平，1代表高電平，E端和F端的信號為________時電機反轉(在A.00；B.01；C.11；D.10中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)現在準備用LED表示電機運轉的狀態，正轉時綠色LED發光，反轉時紅色LED發光，停止時兩個LED都不發光，以下LED連接正確的是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)小明嘗試用三極管驅動繼電器，用繼電器來控制電機。要求按原有的邏輯關系控制電機的正反轉及停止，請你在虛線框中畫出三極管、繼電器、二極管，并采用共發射極接法正確地連接電路。
(4)小明根據下面的芯片引腳圖和題(3)的電路圖，對芯片部分引腳進行了連接(如下圖所示)，請你完成其余引腳的連接。
答案　(1)B　(2)A　(3)
(4)
[變式3]　小明準備設計一個養豬場溫、濕度模擬控制系統，選擇濕敏電阻和負溫度系數的熱敏電阻作為傳感器。當養豬場的溫度或濕度高于設定值時開啟相應的控制裝置(M1、M2)進行自動調節。控制電路如圖所示，其中G1、G2為集成運算放大器，其輸入輸出的邏輯關系是：V＋>V－，輸出高電平；反之，輸出低電平。請分析電路，完成以下任務：
(1)請根據控制要求和電路原理，在虛線框內補全電路(不添加任何元器件)。
(2)根據電路原理，M1、M2控制功能分別是________(在①M1為溫度調節，M2為濕度調節；②M1為濕度調節，M2為溫度調節中選擇合適的選項)。
(3)將電位器Rp中心向下滑動，設定溫度將會______________(在①變高；②變低中選擇合適的選項)，設定濕度將會____________(在①變大；②變小中選擇合適的選項)。
(4)當養豬場溫、濕度同時超過上限時，要求發出聲音報警，提醒工作人員進行人工干預。請你在虛線框內用一個邏輯門與電路進行正確連接，實現報警功能。
解析　(1)當養豬場的溫度或濕度高于設定值時，G1輸出低電平，G2輸出高電平，根據題目要求M1、M2要工作，所以三極管V1、V2要被導通，故G1連接R4，G2連接R3。
(2)結合第(1)問可知，M1為溫度調節，M2為濕度調節；
(3)將電位器Rp中心向下滑動，Rp的電阻將會變小，G1的同向端和G2的反向端的電壓將會變小，故設定溫度將會變低，設定濕度將變小。
(4)當養豬場的溫度和濕度同時超過上限時，G1輸出低電平，G2輸出高電平，三極管V1、V2被導通，J1、J2吸合，要使蜂鳴器報警，綜合分析，虛線框中為與門。
答案　(1)
(2)①　(3)②、②
(4)
【例4】　如圖所示是小明設計的水箱水位報警電路，當水淹沒a、b兩個金屬探頭后，蜂鳴器發聲報警。該電路的主控芯片采用JN6201音樂集成芯片，有關JN6201的部分資料如下：(1)芯片電源電壓為3 V；(2)當I1、I2、I3和I4中任一端輸入高電平，O1、O2都會輸出音頻信號，O3輸出頻率較低的周期性脈沖信號，O4輸出低電平。(3)當I1、I2、I3和I4輸入同時為低電平時，O1、O2、O3輸出都是低電平，O4輸出高電平。請完成以下任務：
(1)小明想在原電路的基礎上增加閃光報警，請你在虛線框內選擇合適的端子連接發光二極管和電阻，當水淹沒a、b兩個金屬探頭后，發光二極管閃爍，否則發光二極管熄滅。要求發光二極管和電阻都接在三極管的集電極上。
(2)小明想用JN6201設計一個如圖所示水箱水位的控制系統，當水位低于低水位b時，水泵抽水，當水位到達高水位a時，水泵停止抽水。請你在圖中虛線框內選擇合適的端子連接。
(3)小明對第(2)小題的水箱水位控制電路進行調試，將水位傳感器放入無水的容器中，接通電源，聽見繼電器吸合的聲音，但是水泵不抽水，最有可能的原因是________(在①V2裝反了；②水位探頭a、b與轉換觸點J1的常開、常閉觸點接反了；③轉換觸點J－2的常開、常閉觸點接反了中選擇一項，將序號填寫在“________”處)；
(4)小明想在第(2)小題的水箱水位控制電路的基礎上增加手動加水功能，則如圖所示手動開關可以________(在①并聯在R1兩端；②并聯在繼電器線圈兩端；
③并聯在V1的集電極和發射極兩端中選擇一項，將序號填寫在“____”處)。
答案　(1)
(2)
(3)③　(4)③
[變式4]　如圖1所示是小明設計的裝在晾衣架上的報警裝置部分電路，Rs為負特性濕度電阻。當下雨時，蜂鳴器報警，提醒屋內人收回晾衣架。該電路的主控芯片采用JN6201音樂集成芯片，有關JN6201的部分資料如下：(1)芯片電源電壓為3 V；(2)當1腳、2腳、3腳和4腳中任一端輸入高電平，14腳、11腳都會輸出音頻信號，10腳輸出頻率較低的周期性脈沖信號，9腳輸出低電平。(3)當1腳、2腳、3腳和4腳輸入同時為低電時， 14腳、11腳、10腳輸出都是低電平，9腳輸出高電平。請完成以下任務：
圖1
(1)圖1中的JN6201音樂集成芯片沒有通電，正確的接法是________(在①6腳接地，7腳接電源正極；②6腳接電源正極，7腳接地中選擇一項，將序號填寫在“____”處)；
(2)要實現題中所提的功能要求，請在虛線框1中選擇合適的接線端子把電路補充完整。
(3)小明打算對圖1電路進行改進，當天黑或下雨時，報警器報警，提醒屋內人收回晾衣架。請在圖2虛線框2中應選擇的邏輯門是________(在①與門；②或門；③與非門；④或非門中選擇合適的序號填寫在“____”處)；
圖2
(4)小明再一次打算對圖2電路進行改進，當天黑或下雨時，報警器報警，并通過電動機轉動把晾衣架收回，請在圖3虛線框3中選擇合適的接線端子連接所有的電子元件。
圖3
答案　(1)①
(2)
(3)②
(4)
【易混易錯】
反饋方法
運用反饋的概念分析和處理問題的方法，叫反饋方法。反饋方法最大優點在于：任何偏差不論其來源如何，都可以按照這一方法不斷地加以消除。因此，當系統的工作受到種種不確定因素的干擾或者目標處于不斷變化的情況下，這種控制方法就更加有力。反饋是達到預期目標的最好方法。
反饋可分為負反饋和正反饋。增強輸入訊號效應的叫正反饋；減弱輸入訊號效應的叫負反饋。正反饋常用來產生振蕩；負反饋能穩定放大，減少失真。
1.(2018·11月浙江選考)如圖所示的兩個電路中，三極管為硅管。下列關于LED發光時，M、N點電位分析中正確的是(　　)
A.M點約為0.7 V，N點約為0.7 V
B.M點約為0.7 V，N點約為3 V
C.M點約為2.7 V，N點約為3 V
D.M點約為2.7 V，N點約為0.7 V
答案　A
2.如圖所示為高溫報警電路，Rt為負溫度系數熱敏電阻。下列關于該電路的分中，不正確的是(　　)
A.溫度越高，Rt越小
B.要把報警溫度提高，應調大Rp
C.如果測得Ube＝0.7 V，Uce＝3 V，則三極管工作在放大狀態
D.如果Rp虛焊，一直報警
解析　要把報警溫度提高，應調小Rp。故選B。
答案　B
3.如圖所示為某同學設計的臺燈電路，下列分析不正確的是(　　)
A.電容C1具有延時的作用
B.發光二極管 V3亮，則V2導通，V1導通
C.合上開關，V3隨即亮
D.斷開開關，C1放點，放電時間與C1R1成正比
解析　斷開開關，C1同向R1和R2、V1放電，放電時間與R2、V1也有關。故不與C1R1成正比。故選D。
答案　D
4.交通信號燈有紅、黃、綠三種，三種燈分別單獨工作或黃、綠燈同時工作時屬于正常情況，其他情況均屬故障。請設計一個交通報警控制電路，當出現故障時可以輸出報警信息。
(1)該控制系統是________(開環或閉環)電子控制系統。
(2)請用與非門設計該控制電路，并給出邏輯表達式及邏輯電路圖。
答案　(1)開環
(2)設紅黃綠燈分別為A、B、C，輸出為Y，其真值表為：
A
B
C
Y
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
5.(2015·10月浙江選考)如圖a所示是聲光控開關實驗電路原理圖，電路中發光二極管V3在光線較弱且有聲音時才能發光。MIC(傳聲器)、C1、V1、R2、R3、R4組成聲音信號采集與放大電路，R1、R5組成光線信號的采集電路，V2，R6、C2組成燈光延時電路。集成電路CC4011為四2輸入與非門(引腳見圖b)，用于控制和輸出邏輯電平。請完成以下任務：
(1)集成電路CC4011中與非門的2個輸入端A(1腳)和B(2腳)與輸出端Y(3腳)的邏輯關系是________；
(2)當光線由強變弱時，光敏電阻R1的阻值________(在“①增大；②減小；③不變”中選擇一項，將序號填寫在“________”處)；
(3)圖a中，當CC4011的4腳輸出高電平，二極管V2導通，由于V2導通時電阻值較小，電容C2很快被充電到高電平，此時發光二極管V3________(在“①發光；②不發光”中選擇一項，將序號填寫在“________”處)；
(4)小亮同學完成實驗后，準備將該實驗電路應用于樓道燈的控制。樓道燈由220 V交流電源供電，采用直流電磁繼電器的觸點作為樓道燈的開關，用三極管控制繼電器觸點的閉合與斷開。請你根據上述要求在虛線框中幫助小亮畫全電路。
圖c
解析　本題考查與非門的理解、組成電路的應用及分析。(2)光線由強變弱，二極管V3要導通發光，11腳為高電平，根據與非門的邏輯關系，光敏電阻阻值要增大使l腳為高電平；(3)C2充電到高電平，10腳為低電平，11腳為高電平，所以V3發光。(4)輸出高電平時三極管飽和，繼電器得電導通，樓道燈亮；圖中二極管起到保護繼電器的作用。
答案　(1)Y＝AB或全高出低，有低出高或
A　B
Y
0　0
1
0　1
1
1　0
1
1　1
0
(2)①
(3)①
(4)如圖所示
1.在電子控制技術實踐課上，小明準備設計一個雨水自動化灌溉系統，選擇粗銅導線作為傳感器。請完成以下各題。
(1)小明設計的電路如圖所示，當傳感器檢測到土壤濕度較低時，電動機帶動水泵抽取集雨器中的雨水，對草坪進行噴灌。此時，發光二極管的狀態是________ (從A.V4亮和V5滅；B.V4滅和V5亮；C.V4滅和V5滅中選擇合適的選項，將序號填入“____”處)；
(2)以下元器件中，小明不需要用到的是________ ；
(3)為防止電動機長時間空轉燒毀，要求集雨器水位低于b點時，電動機停止工作，則虛線框內應選用的邏輯門是________(從A.與門；B.或門；C.與非門；
D.或非門中選擇合適的選項，將序號填入“____”處)；
(4)若要降低系統濕度的設定值，可以將________(從A.Rp阻值調小；B.Rp阻值調大；C.R5阻值調小；D.R5阻值調大中選擇合適的選項，將序號填入“____”處)；
(5)為防止因集雨器水位過低，草坪得不到噴灌，小明設計了集雨器水位補償系統：當集雨器水位低于C 點時，繼電器J2吸合，電磁閥打開，進水閥門對集雨器注水。請你根據設計要求，在虛線框內將電阻R6正確地連接到電路中。
答案　(1)A　(2)D　(3)A　(4) B
(5)虛線框內電阻R6的連線以下兩種均可。
2.如圖所示是用555集成設計的恒溫控制器系統，Rt1、RP1為上限溫度檢測電阻，Rt2、RP2為下限溫度檢測電阻。當溫度下降時，2腳電位低于1/3Vcc時，3腳輸出高電平，J吸合，LED(紅)點亮，開始加熱。當溫度升高而使6腳電位高于2/3Vcc時，3腳輸出低電平，J釋放，斷開受控“電熱絲”的電源，停止加熱。分析該電子控制電路，回答以下問題：
(1)該控制系統屬于________(在“①閉環電子控制系統；②開環電子控制系統”中選一項，填寫序號)。
(2)該控制系統的執行器是________(在“①電熱絲，②繼電器J；③555集成、電阻Rt1、RP1、Rt2、RP2、電容C”中選一項，填寫序號)。
(3)要能達到室內溫度自動控制，電熱絲要與繼電器的________(在“①常開；②常閉”中選一項，填寫序號)觸頭串聯，在圖中虛框內畫出該觸頭，并與電路正確連接。
(4)電路工作：溫度達到上限溫度時，電熱絲仍舊在加熱，電路出現該故障，可能的原因是________(在“①Rt2與電路虛焊；②RP1與電路虛焊”中選一項，填寫序號)。
答案　(1)①　(2)①　(3)①
(4)①
3.如圖所示是555集成光控燈模擬電路，當外界光照強時，555集成2、6輸入腳電位很高，輸出腳3低電平，發光二極管V不亮。當外界光照弱時，555集成2、6輸入腳電位很低，輸出腳3高電平，發光二極管V亮。請完成以下任務：
(1)當外界光線由弱轉強，光敏電阻阻值________(在①增大；②減小；③不變中選一項)。
(2)安裝電路時，沒有把光敏電阻Rg接入，發光二極管將________(在①一直不亮；②一直亮中選一項)。
(3)將光敏電阻Rg接入后發現，不管外界光線強還是弱，二極管始終不亮，可調電阻RP應調________(在①大；②小中選一項)。
(4)把該模擬電路改成實用電路，用三極管控制繼電器觸點的閉合和斷開，來控制交流220 V電燈，請根據以上要求在虛線框內補全電路。
答案　(1)②　(2)②　(3)②
(4)
4.如圖所示是水箱水位閉環控制系統電路圖。a、b、c三個水位探頭(用粗銅電線制作)放置在水箱的不同位置。工作時合上水泵電源開關S，當水位下降至b點以下時，水泵向水箱注水，當水位升至a點時，水泵即停止注水。請完成以下各題：
(1)當水位從a下降到b的過程中，三極管V1處于________狀態(在①放大；②飽和；③截止中選擇一項，將序號填寫在“________”處)。
(2)為了顯示水泵的工作狀態，擬用發光二極管(紅色)顯示水泵正在給水箱注水，用發光二極管(綠色)顯示水泵停止注水。現有1.5 V的發光二極管2個(紅色和綠色各1個)，限流電阻1個。請用以上元件在虛線框中補全該電路圖。
(3)為了防止控制電路出現故障時水溢出水箱，在水箱上端d處設置一個探頭(用粗銅電線制作)，當水位升高至d處時，蜂鳴器能自動報警，以提醒人員斷開水泵電源開關S。現有5 V電源1個；蜂鳴器1個；可調電阻1個；四二輸入與非門1片(用其中的1個與非門即可，引出腳為1—3腳)；導線若干。請用導線連接以下元器件中未連接的部分，組成報警電路。
解析　本題考查了對二極管、三極管、與非門、蜂鳴器等基本電子元器件的功能理解及應用和CT74LS00與非門集成塊的實際應用。(1)水位從a降到b的過程中，水泵不往水箱加水，繼電器J不得電，即三極管V2處于截止狀態，基極電位為低電平，所以三極管V1的集成極電位也為低電平，即V1處于飽和狀態；(2)多余輸入端的處理可以接高電位，也可以與另一輸入端相連接，蜂鳴器兩個輸入端有電位差就會鳴叫。
答案　(1)②
(2)如圖所示
(3)如圖所示
5.(2016·10月浙江選考)如圖所示是小明設計的水位控制系統，當水位低于b點時水泵M抽水，水位達到a點時停止抽水。555集成電路6腳電位升至2/3 Vcc時，3腳輸出低電平，2腳電位低至1/3 Vcc時3腳輸出高電平，請完成以下任務：
(1)555集成電路管腳識別正確的是________(在下列選項中選擇正確的選項，將序號填寫在“________”處)；
(2)測試電路時發現當555集成電路的3腳輸出高電平時，繼電器J不工作，合理的調節措施是________(在①減小R1和R2的阻值；②減小R3的阻值；③減小R4的阻值；④減小R5的阻值中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(3)小明設計的控制電路中，忘記設置水泵工作狀態指示燈，請你在虛線框內選擇合適的端子連接發光二極管V3和電阻R6，使得水泵M抽水時V3發光，不抽水時V3不發光；
(4)系統工作一段時間后，三極管V1損壞，小明準備用手頭僅有的PNP型三極管替代原來的三極管，請你在虛線框內選擇合適的端子重新連接電路。要求保持系統原有的功能，繼電器線圈接在集電極上。
答案　(1)②　(2)④
(3)
(4)
6.如圖所示是小明根據電腦CPU降溫原理改編設計的自動降溫通風裝置部分電路，其中IC是運算放大器，輸入輸出邏輯關系見圖中表格。當溫度達到或超過40 ℃時，該裝置風扇電機工作，實現通風降溫。請完成以下任務。
(1)小明制作上述電路時使用的三極管均為硅管。為判別三極管類型，他把多用電表調到合適的電阻擋，調零后用黑表筆接觸其中一個三極管管腳J1，紅表筆接觸另兩個管腳，發現兩次測得的電阻均較小(約500 Ω左右)。再用紅表筆接管腳J1，黑表筆接觸另兩個管腳，發現兩次測得的電阻均較大(約100 kΩ左右)。則該三極管是________(在①NPN型管，管腳J1為基極；②為PNP型管，管腳J1為基極中選擇一項，將序號填寫在“________”處)；
(2)現有以下四個型號的直流電磁繼電器，小明制作電路時應選用的直流電磁繼電器為________(從以下繼電器中選擇一項，將序號填寫在將序號填寫在“________”處)；
(3)上述電路還缺少溫度分壓電路，為實現溫度達到或超過40 ℃時，該裝置風扇電機工作，實現通風降溫，Rt是負溫度系數熱敏電阻。請根據電路的邏輯關系在虛線框中幫助小明把電路連接完整。
(4)測試時，小明將Rt放入盛有冷水的燒杯，插入溫度計，加入熱水使水溫等于40 ℃，調節RP1使________(在①V5發光；②V6發光中選擇一項，將序號填寫在“________”處)。然后他用多用電表10VDC擋，測量R4兩端(g、h兩點)電壓，電壓為________(在①6 V；②5.3 V；③0 V中選擇一項，將序號填寫在“________”處)。若小明想在30 ℃就讓風扇工作，他應該________RP1(在①增大；②減小中選擇一項，將序號填寫在“________”處)。
答案　(1)①　(2)④　(3)連接完整的電路圖如下圖。兩電阻器位置都正確才能得分　(4)②　②　①
7.如圖所示是小通設計的水箱水位控制裝置的部分電路。要求水位低于低水位L 位置時，水泵才開始抽水，水位達到高水位H 位置時，水泵停止抽水。請完成以下任務：
(1)請根據電路的邏輯關系及設計要求，在a、b、c 三點中選擇合適的點分別于1、2、3三點連接。
(2)如果水位在低水位L以下，V的狀態是________(在①亮；②滅中選擇一項，將序號填寫在“____”處)。
(3)如果水位在高水位H和低水位L之間時，電動機的工作狀態是________(在①抽水；②不抽水；③無法確定中選擇一項，將序號填寫在“____”處)。
(4)小通同學進行電路調試時，發現電流太小，無法驅動水泵正常工作。于是，小通用三極管控制直流繼電器觸點的閉合與斷開，用電磁繼電器的觸點作為水泵的接通開關，水泵由48 V直流電源供電。請你根據題目要求，選擇合適的三極管，在虛線框中幫助小通畫全電路。
答案　(1)
(2)②　(3)③
(4)
8.趙永明同學為了幫助山村里的家鄉發展副業生產，他決定利用自己學到的電子控制技術，動手設計一個簡易的閉環電子控制系統，以解決雞蛋孵化的溫度控制問題。通過試驗得知孵化適宜溫度在37～39℃范圍內。
(1)圖1是趙永明同學設計的部分電路，圖中Rt是負溫度系數的熱敏電阻，CF741的引腳關系如右表所示。當溫度加熱到39℃時，電熱絲停止加熱。當發光二極管V1發光、V2不發光時，電熱絲________(在①加熱；②不加熱中選擇一項，將序號填寫在“____”處)。請根據設計要求分析電路圖的輸入及控制部分補畫其輸出部分(在圖1的虛線框內選擇合適的小圓圈端子連接電路)。
圖1
(2)調試過程中，趙永明同學發現，當溫度為40℃時電熱絲才停止加熱，合理的做法是________(在①調小Rp；②調大Rp；③電阻R1更換小一點的；④電阻R2更換小一點的中選擇合適的選項，將序號填寫在“______ ”處)。
(3)實踐中，趙永明同學發現圖1所示電路只能進行單點溫度控制，導致繼電器觸點開閉頻繁，于是，他對電路做了如下改進，輸入部分采用兩個負溫度系數的熱敏電阻Rt1、Rt2和兩個電位器Rp1、Rp2，其中Rp1用于控制下限，Rp2用于控制上限。請根據設計要求分析電路圖的控制及輸出部分補畫其輸入部分(在圖2的虛線框內選擇合適的小圓圈端子連接電路)。
圖2
(4)按照圖2所示電路調試到滿足設計要求時，兩電位器Rp1、Rp2之間的大小關系是________(在①Rp1＞Rp2；②Rp1＝Rp2；③Rp1＜Rp2中選擇一項，將序號填寫在“________”處)。
答案　(1)①
(2)②
(3)
(4)①
課件44張PPT。第五章　電子控制系統的設計及其應用[考試標準]一、開環電子控制系統的設計和應用
1.簡單開環電子控制系統的工作原理
系統的輸出端與輸入端之間不存在反饋，也就是控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響，這樣的系統稱開環控制系統，開環控制系統適用于簡單的系統，它沒有反饋環節，響應時間較長，成本較低。2.設計和安裝開環電子控制系統的一般步驟如下
(1)依據設計要求進行分析，確定被控量和被控對象。
(2)根據開環電子控制系統的方框圖，選擇恰當的傳感器，確定控制(處理)部分使用的電路和元器件，選擇合適的執行部件。
(3)參照相關資料，在輸入、控制(處理)和輸出部分之間分別選擇合適的接口電路，設計或改進原有的電路。
(4)檢測元器件或實用電路的質量。
(5)安裝電路，放置元器件錯接、虛焊，要注意對未使用的引腳處理，注意接地。
(6)調試電路，檢查觸發電壓大小。二、閉環電子控制系統的設計和應用
1.簡單閉環電子控制系統的工作原理
閉環電子控制系統是在開環電子控制系統基礎上增加反饋而構成的。
2.設計和安裝閉環電子控制系統的一般步驟如下
(1)按照設計要求，確定被控量和被控對象。
(2)根據閉環電子控制系統的方框圖，選擇控制(處理)部分的電子電路、輸出部分的執行器、檢測部分中的傳感器，并參照有關資料，通過接口電路將各個部分緊密地連接成一個完整的控制系統。
(3)按照電路圖安裝電路。(4)將系統各部分進行整體安裝和調試。在調試過程中，輸入預置控制量，根據被控量的變化進行監控。認真分析干擾因素對被控量的干擾，并通過調整預置控制量等各種方法把干擾的影響減少至最低。
(5)通過制作、試驗，發現設計存在的問題，對方案進行改進和優化。【例1】　在通用技術課堂上，老師要求同學們設計一個水箱水位控制電路，要求如下：當水箱中的水位低于b 點時，水泵工作；水位到達c點時，水泵停止工作。下圖是小通設計的電路，下列關于該電路的分析說法中，不正確的是(　　)A.電容C起到延時的作用
B.該電路能實現題目的要求
C.V2應選擇NPN型三極管
D.D1起到開關作用
解析　該電路不能實現題目的要求，當水位到達C點后，由于電容C的延時作用，電動機還會工作一段時間，最終水會高于C點。故選B。
答案　BA.RP1一定的情況下，RP2調大，報警溫度會增加
B.溫度越高，Rt的電阻越小
C.RP2一定的情況下，RP1調小，報警溫度會降低
D.1腳輸出高電平時，V1導通，V2發光
解析　RP2一定的情況下，RP1調小，報警溫度會增加。故選C。
答案　C【例2】　小明利用555集成芯片設計了一個如圖所示的自動澆花控制電路。當花盆中土壤濕度較小時，探針a和探針b之間的電阻值較大，使得3腳輸出為高電位，繼電器吸合，水泵M啟動；往花盆里加水，花盆中的土壤到達一定濕度時(探針a和探針b之間的電阻值較小)，水泵停止加水。在該電路調試過程中，無論花盆中土壤的干濕程度如何，水泵M始終處于加水狀態，造成該現象的原因可能是(　　)A.調節Rp時，中心抽頭調整到圖示中最上方
B.三極管V1燒壞斷路
C.電阻R兩管腳連焊，造成短路
D. 焊接過程中1腳虛焊
解析　調節Rp時，中心抽頭調整到圖示中最上方，2、6腳為低電平，3腳高電平，繼電器吸合。
答案　A[變式2]　王明同學設計了如圖所示的由555集成電路、覆銅板探頭、喇叭、電位器、電阻、電容和電池等組成的雨水報警器。根據該控制系統回答以下問題。(1)該控制系統的工作方式為(　　)
A.閉環電子控制
B.開環電子控制
C.先閉環電子控制后開環電子控制
D.先開環電子控制后閉環電子控制(2)在調試過程中，將水滴在覆銅板上，喇叭不發出聲音，單獨檢測喇叭是好的，關于用多用電表檢測的說法，錯誤的是(　　)
A.將RP調到最下端，2腳、6腳有電壓，說明電容器C1是好的
B.3腳有電壓輸出，說明電容器C3是好的
C.7腳無電壓，說明7腳未焊接好
D.8腳無電壓，說明8腳未焊接好(3)王明同學想把該報警器改裝成防盜報警器，下列改裝方案不合適的是(　　)
A.將覆銅板探頭換成紅外線感應裝置來控制
B.將覆銅板探頭換成干簧管來控制
C.將覆銅板探頭換成壓力觸點來控制
D.將覆銅板探頭換成聲音傳感器來控制解析　(1)該電子控制系統的被控對象是喇叭，控制喇叭發出聲音，不存在反饋回路，所以該控制系統的工作方式為開環電子控制系統。
(2)該電子控制系統的工作原理是電源通過電阻R2、覆銅板和電位器RP對電容C1充電，充電過程，2腳和6腳是低電平，3腳輸出是高電平。電容C1充滿電后，通過電位器RP和覆銅板往7腳進行放電，放電過程，2腳和6腳是高電平，3腳輸出是低電平。整個過程在3腳形成振蕩回路。將RP調到最下端，2腳、6腳有電壓，說明電容器C1能正常充放電，電容器C1是好的。3腳有電壓輸出，如果電容器C3是好的，喇叭應該正常工作，有聲音輸出。7腳和8腳無電壓，說明未焊接好。 (3)防盜報警器是防止小偷進入家中，可以將該報警器放置在窗臺上，能夠檢測人體的傳感器，可以用紅外線裝置，也可以用腳不小心踩到壓力開關來觸發報警，也可以用干簧管安裝在窗戶上來觸發，靠聲音傳感器來觸發不是好的方案。
答案　(1)B　(2)B　(3)D【例3】　(2018·11月浙江選考)小明在科技實踐活動中，設計了如圖所示的電路，用數字信號控制小電機正反轉和停止。規定電流流向為X→Y時電機M正轉，電流流向為Y→X時電機M反轉。請你完成下列各題。555電路IC1、IC2的特性表(1)用0代表低電平，1代表高電平，E端和F端的信號為________時電機反轉(在A.00；B.01；C.11；D.10中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；(2)現在準備用LED表示電機運轉的狀態，正轉時綠色LED發光，反轉時紅色LED發光，停止時兩個LED都不發光，以下LED連接正確的是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；(3)小明嘗試用三極管驅動繼電器，用繼電器來控制電機。要求按原有的邏輯關系控制電機的正反轉及停止，請你在虛線框中畫出三極管、繼電器、二極管，并采用共發射極接法正確地連接電路。(4)小明根據下面的芯片引腳圖和題(3)的電路圖，對芯片部分引腳進行了連接(如下圖所示)，請你完成其余引腳的連接。答案　(1)B　(2)A　(3)(4)[變式3]　小明準備設計一個養豬場溫、濕度模擬控制系統，選擇濕敏電阻和負溫度系數的熱敏電阻作為傳感器。當養豬場的溫度或濕度高于設定值時開啟相應的控制裝置(M1、M2)進行自動調節。控制電路如圖所示，其中G1、G2為集成運算放大器，其輸入輸出的邏輯關系是：V＋>V－，輸出高電平；反之，輸出低電平。請分析電路，完成以下任務：(1)請根據控制要求和電路原理，在虛線框內補全電路(不添加任何元器件)。
(2)根據電路原理，M1、M2控制功能分別是________(在①M1為溫度調節，M2為濕度調節；②M1為濕度調節，M2為溫度調節中選擇合適的選項)。
(3)將電位器Rp中心向下滑動，設定溫度將會______________(在①變高；②變低中選擇合適的選項)，設定濕度將會____________(在①變大；②變小中選擇合適的選項)。(4)當養豬場溫、濕度同時超過上限時，要求發出聲音報警，提醒工作人員進行人工干預。請你在虛線框內用一個邏輯門與電路進行正確連接，實現報警功能。解析　(1)當養豬場的溫度或濕度高于設定值時，G1輸出低電平，G2輸出高電平，根據題目要求M1、M2要工作，所以三極管V1、V2要被導通，故G1連接R4，G2連接R3。
(2)結合第(1)問可知，M1為溫度調節，M2為濕度調節；
(3)將電位器Rp中心向下滑動，Rp的電阻將會變小，G1的同向端和G2的反向端的電壓將會變小，故設定溫度將會變低，設定濕度將變小。
(4)當養豬場的溫度和濕度同時超過上限時，G1輸出低電平，G2輸出高電平，三極管V1、V2被導通，J1、J2吸合，要使蜂鳴器報警，綜合分析，虛線框中為與門。答案　(1)(2)①　(3)②、②
(4)【例4】　如圖所示是小明設計的水箱水位報警電路，當水淹沒a、b兩個金屬探頭后，蜂鳴器發聲報警。該電路的主控芯片采用JN6201音樂集成芯片，有關JN6201的部分資料如下：(1)芯片電源電壓為3 V；(2)當I1、I2、I3和I4中任一端輸入高電平，O1、O2都會輸出音頻信號，O3輸出頻率較低的周期性脈沖信號，O4輸出低電平。(3)當I1、I2、I3和I4輸入同時為低電平時，O1、O2、O3輸出都是低電平，O4輸出高電平。請完成以下任務：(1)小明想在原電路的基礎上增加閃光報警，請你在虛線框內選擇合適的端子連接發光二極管和電阻，當水淹沒a、b兩個金屬探頭后，發光二極管閃爍，否則發光二極管熄滅。要求發光二極管和電阻都接在三極管的集電極上。(2)小明想用JN6201設計一個如圖所示水箱水位的控制系統，當水位低于低水位b時，水泵抽水，當水位到達高水位a時，水泵停止抽水。請你在圖中虛線框內選擇合適的端子連接。(3)小明對第(2)小題的水箱水位控制電路進行調試，將水位傳感器放入無水的容器中，接通電源，聽見繼電器吸合的聲音，但是水泵不抽水，最有可能的原因是________(在①V2裝反了；②水位探頭a、b與轉換觸點J1的常開、常閉觸點接反了；③轉換觸點J－2的常開、常閉觸點接反了中選擇一項，將序號填寫在“________”處)；
(4)小明想在第(2)小題的水箱水位控制電路的基礎上增加手動加水功能，則如圖所示手動開關可以________(在①并聯在R1兩端；②并聯在繼電器線圈兩端；③并聯在V1的集電極和發射極兩端中選擇一項，將序號填寫在“____”處)。答案　(1)(2)(3)③　(4)③[變式4]　如圖1所示是小明設計的裝在晾衣架上的報警裝置部分電路，Rs為負特性濕度電阻。當下雨時，蜂鳴器報警，提醒屋內人收回晾衣架。該電路的主控芯片采用JN6201音樂集成芯片，有關JN6201的部分資料如下：(1)芯片電源電壓為3 V；(2)當1腳、2腳、3腳和4腳中任一端輸入高電平，14腳、11腳都會輸出音頻信號，10腳輸出頻率較低的周期性脈沖信號，9腳輸出低電平。(3)當1腳、2腳、3腳和4腳輸入同時為低電時， 14腳、11腳、10腳輸出都是低電平，9腳輸出高電平。請完成以下任務：圖1(1)圖1中的JN6201音樂集成芯片沒有通電，正確的接法是________(在①6腳接地，7腳接電源正極；②6腳接電源正極，7腳接地中選擇一項，將序號填寫在“____”處)；
(2)要實現題中所提的功能要求，請在虛線框1中選擇合適的接線端子把電路補充完整。
(3)小明打算對圖1電路進行改進，當天黑或下雨時，報警器報警，提醒屋內人收回晾衣架。請在圖2虛線框2中應選擇的邏輯門是________(在①與門；②或門；③與非門；④或非門中選擇合適的序號填寫在“____”處)；圖2(4)小明再一次打算對圖2電路進行改進，當天黑或下雨時，報警器報警，并通過電動機轉動把晾衣架收回，請在圖3虛線框3中選擇合適的接線端子連接所有的電子元件。圖3答案　(1)①
(2)(3)②
(4)
【易混易錯】
反饋方法
運用反饋的概念分析和處理問題的方法，叫反饋方法。反饋方法最大優點在于：任何偏差不論其來源如何，都可以按照這一方法不斷地加以消除。因此，當系統的工作受到種種不確定因素的干擾或者目標處于不斷變化的情況下，這種控制方法就更加有力。反饋是達到預期目標的最好方法。
反饋可分為負反饋和正反饋。增強輸入訊號效應的叫正反饋；減弱輸入訊號效應的叫負反饋。正反饋常用來產生振蕩；負反饋能穩定放大，減少失真。

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