电子控制系统设计及应用(开环)课件

1.能用数字集成电路等安装简单的实用电路，并进行调试2.能应用实用电路设计和安装开环电子控制系统课标要求：教学要求：1.理解简单开环电子控制系统的工作原理2.能设计、安装简单的开环电子控制系统，并进行调试3.会分析和解决安装过程中出现的常见问题考考试内容内容考核要求考核要求考考试属性属性开开环电子控制系子控制系统的的设计和和应用用（1）简单开环电子控制系统的工作原理（2）简单的开环电子控制系统设计、安装与调试（3）安装过程中常见问题的分析和解决bcc加试考试要求：开环电子控制系统的设计和应用开环电子控制系统的设计和应用1.简单实用电路的安装与调试简单的开环电子控制系统2.开环电子控制系统的设计与安装 倘若电子控制系统的输出结果对系统的控制没有影响，也就是被控量的变化不会引起控制量的改变，即没有反馈，这种电子控制系统叫做开环电子控制系统。信息输入控制（处理）输出被控对象开环电子控制系统的基本方框图开环电子控制系统的基本方框图输入量控制器执行器被控对象输出量开、闭环控制系统开、闭环控制系统一、简单实用电路的安装与调试一、简单实用电路的安装与调试常见的实用电路有：多谐振荡电路、触发电路、存储器和计数器等。多谐振荡器多谐振荡器：能自动产生周期性脉冲的自激振荡器，常用来作为脉冲信号源。脉冲的周期由电路中的电容C和电阻R确定。存储器：存储器：由触发器或其他存储元件构成 的存储阵列，用来存放数据和指令。计数器：计数器：能统计时间脉冲数的组件，在电子控制系统中可用来实现顺序控制、定时或延时等。小试验小试验试验目的：试验目的：安装和调试一个多谐振荡器安装和调试一个多谐振荡器试验准备：试验准备：5V电源，电阻电源，电阻4只（共只（共2种电阻值，大小在种电阻值，大小在300800 之间），之间），电容电容4只（只（2种电容量，大小在种电容量，大小在0.110 F之间），开关，示波之间），开关，示波器，无源蜂鸣器，电路试验板，器，无源蜂鸣器，电路试验板，CT74LS00 1只。只。试验过程：试验过程：（1）安装电路）安装电路 R1=R2,C1=C2.CT74LS00的引脚图参照第三章第三节小资的引脚图参照第三章第三节小资料。料。检测各个元器件的质量检测各个元器件的质量 按照左图所示在电路试验板上搭接电路按照左图所示在电路试验板上搭接电路（2）调试电路）调试电路 在输出端在输出端A接示波器，观察并记录波形和周期。接示波器，观察并记录波形和周期。在输出端在输出端A接无源蜂鸣器，听声音。接无源蜂鸣器，听声音。更换两只电阻，重复前两个步骤更换两只电阻，重复前两个步骤。更换两只电容，重复前两个步骤更换两只电容，重复前两个步骤。试验记录：试验记录：记录记录1_记录记录2_试验总结：试验总结：试验过程中你所听到的声音有无变化？为什么？试验过程中你所听到的声音有无变化？为什么？具有不同频率的多谐振荡器的组合可发出音乐声，如由555集成定时器组成的简易电子琴。555集成定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路,555定时器含有两个电压比较器C1和C2,一个由与非门组成的基本R-S触发器,一个放电晶体管T以及由三个5K电阻组成的分压器.555除了可以用于组成多谐振荡器外,还可以组成单稳态触发器和定时器等,用途比较广泛.简易电子闹钟的电路简易电子闹钟的电路 信息输入控制（处理）输出被控对象开环电子控制系统的基本方框图开环电子控制系统的基本方框图光信号 控制电路 继电器 电机 转动二、开环电子控制系统的设计与安装二、开环电子控制系统的设计与安装JN6201集成电路调试集成电路调试JN6201音乐集成电路内部有微处理器和多个多谐振荡器，这些多谐 振荡器有不同的频率，通过程序控制，JN6201音乐集成电路可以产生四首不同的乐曲。K1K2K3K46201O3O4小试验小试验试验目的：试验目的：调试调试JN6201集成音乐电路。集成音乐电路。试验准备：试验准备：JN6201音乐集成电路板音乐集成电路板1块，晶体三极管块，晶体三极管3DG130A 1只，只，240k电阻电阻1只，电池只，电池2节，按钮开关节，按钮开关4只。只。试验过程：试验过程：（1）对元器件逐一进行质量检测。）对元器件逐一进行质量检测。（2）按左图中电路原理图和印制电路板正确插装元件）按左图中电路原理图和印制电路板正确插装元件进行焊接。进行焊接。（3）检查无虚焊和搭焊后，装入电池。）检查无虚焊和搭焊后，装入电池。（4）接通电源，分别按动）接通电源，分别按动SW1、SW2、SW3、SW4，分辨扬声器中播放的乐曲及其播放的程序。分辨扬声器中播放的乐曲及其播放的程序。（5）分别按动）分别按动SW1、SW2、SW3、SW4，分辨扬声器，分辨扬声器中播放的乐曲及其播放的程序。中播放的乐曲及其播放的程序。（6）自己设计一个按动按钮的程序，验证乐曲播放的）自己设计一个按动按钮的程序，验证乐曲播放的规律。规律。注意：不可同时按两个或两个以上的开关，输入的触发注意：不可同时按两个或两个以上的开关，输入的触发电压不能低于电压不能低于1.2V。试验记录：试验记录：（1）JN6201集成电路内存放了集成电路内存放了_首不同的乐曲。首不同的乐曲。（2）先后按动不同的按钮，从）先后按动不同的按钮，从_输出口输出输出口输出_乐曲。乐曲。试验总结试验总结 张大伯有一个刚上小学一年级的小孙子明明张大伯有一个刚上小学一年级的小孙子明明,每次回家时总要每次回家时总要敲门，有时大伯大妈在屋里面没听见，常常急得他在门外啼哭。敲门，有时大伯大妈在屋里面没听见，常常急得他在门外啼哭。张大伯的邻居李斌同学得知这一情况后，根据所学的电子控张大伯的邻居李斌同学得知这一情况后，根据所学的电子控制的相关知识，围绕帮助解决大人和小孩都能使用方便的电子门制的相关知识，围绕帮助解决大人和小孩都能使用方便的电子门铃这一问题展开了设计及应用活动铃这一问题展开了设计及应用活动 【设计要求设计要求】(1)一个电子门铃控制系统。一个电子门铃控制系统。(2)人和小孩都能方便地使用，人和小孩都能方便地使用，(3)能辨別是大人还记小孩在按动门铃。能辨別是大人还记小孩在按动门铃。【设计分析设计分析】（1）可选开环电子控制系统）可选开环电子控制系统,它的被控量是它的被控量是“声音声音”,被控对被控对象是扬声器。象是扬声器。（2）设置两个输人端）设置两个输人端.安装两个按钮开关，这样可以分别供身安装两个按钮开关，这样可以分别供身高不同的大人和小孩方便使用。高不同的大人和小孩方便使用。（3）控制）控制(处理处理部分可以使用电子电路作为控制核心。部分可以使用电子电路作为控制核心。案例分析：电子门铃的设计及其应用案例分析：电子门铃的设计及其应用 设计方案设计方案A（1）挑选两个发出不同声音的音乐集成电路作为控制（处理）部分）挑选两个发出不同声音的音乐集成电路作为控制（处理）部分（2）根据本书第一章第一节练习中）根据本书第一章第一节练习中“电子控制报警器模型电子控制报警器模型”，将干簧管改为按钮开，将干簧管改为按钮开关，即可成为门铃电路关，即可成为门铃电路（3）安装两组电子门铃控制系统，并根据大小和小孩不同的身高和手的长度，在门）安装两组电子门铃控制系统，并根据大小和小孩不同的身高和手的长度，在门框的适当位置安装两只按钮开关框的适当位置安装两只按钮开关设计方案设计方案+-IC9300K1K2ICIC+-+-93009300设计方案设计方案B（1）根据前面小试验中的“安装和调试一个多谐振荡器”，在输出端接上无源蜂鸣器，即可成为门铃电路。（2）选择两组不同的R和C的值，制作能发出不同声音的门铃。（3）同方案A（3）设计方案设计方案C 使用本节中JN6201音乐集成电路，在输入端I1和输入端I2接两只按钮开关，输出端O1接一个晶体三极管后再接一个扬声器，如下图所示:安装调试对三个方案进行比较，由于方案C电路简单，只要一个控制（处理）部分和一个扬声器，所以选用方案C。（1）按照电路图准备元器件，并检测各个元器件的质量。（2）根据电路图安装电路。（3）检查焊接中是否有虚假焊点。（4）接通电路，检查电子门铃控制系统是否正常工作。（5）根据设计要求，在门框的不同高度处安装两个门铃按钮，并进行布线和调试。讨论：讨论：根据日常生活需要，还可以设计具有哪些功能的电子门铃探究：探究：如何让门外的小孙子知道里面有没有人？声控，气压控制等，音乐芯片可以用于报警或提醒装置中方案1：在家里多个位置布上红外传感器，当门外按动按键时，触发里面电路工作，如果有人，则将里面的信息在门外实现输出。方案2：在I1、I2与I3、I4之间加一个双刀双掷开关，当大人进门时，将开关由I1、I2切换到I3、I4，则当小孩按动按键的时候，则会发出不同的声音，从而判别里面是否有人。设计和安装开环电子控制系统的一般步骤如下：设计和安装开环电子控制系统的一般步骤如下：（1）依据设计要求进行分析，确定被控量和被控对象。（2）根据开环电子控制系统方框图，选择恰当的传感器，确定控制（处理）部分使用的实用电路和元器件，选择合适的执行部件。（3）参照相关资料，在输入、控制（处理）和输出部分之间分别选择合适的接口电路，设计或改进原有的电路。（4）检测元器件或实用电路的质量。（5）安装电路，防止元器件错接、虚焊，要注意对未使用的引脚的处理，注意接地。（6）调试电路，检查触发电压的大小。小辞典小辞典接口电路接口电路 从传感器采集到的信号有的可能是模拟信号，需要转换为数字信号；有的可能信号太弱，需要进行必要的放大.所以在传感器和控制（处理）器之间需要加一个“接口”。从控制（处理）器送出的指令，往往需要进行功率放大才能推动执行器工作，或者将数字信号指令转换成模拟信号，因此控制（处理）器和执行器之间同样需要加装“接口”。在传感器和控制（处理）器之间、控制（处理）器和执行器之间要分别设置各种接口电路以使信号通畅。上面虚线框处为典型的蜂鸣器三极管驱动电路。链接：链接：如果你手里没有JN6201音乐集成电路，那么可以使用555时基电路等。555集成电路实用大全，上海科学普及出版社精选电子制作图解66例，人民邮电出版社1.下雨提醒器的设计与制作一天，宋明瑛同学家里刚收割下的麦子放在场上晾晒，突然下起了雨。因为屋里的人忙于其他事情，等到发现下雨时，已经迟了一步。为吸取教训，同时也为周围的农家服务，宋明瑛决定发动同学一起设计一个提醒下雨的电子控制系统，实现下雨后即提醒的功能。请你一起参与，并提出一个简易可行的设计方案。想一想，这个下雨提醒器经改装还可以有什么用途？传感器更换不同的传感器，可以实现不同的控制目的IC JN62018234567191011121314Vcc传感器Vcc+3V2.1设计项目一盲人使用的水杯一般人用开水泡一杯茶是一件轻而易举的事情，但是一个双目失明的残疾儿童去做这件事情并不容易，一旦开水溢出，可能发生烫伤事故。请你设计一只能让盲人安全使用的水杯，具体设计要求如下：（1）当水量接近水杯口约3cm时，水杯会自动报警，这样可以防止开水溢出杯外。（2）使用简便可靠（3）价格便宜（4）画出方框图，选择传感器、控制（处理）电路和执行部件，绘制电路原理图，并制作模型调试。方案方案A：在杯口与杯底之间放置一个电路，如图所示，在杯口与杯底之间放置一个电路，如图所示，当水加到所需要的水位的时候电路接通，场声当水加到所需要的水位的时候电路接通，场声器发出提示声，盲人关掉开关即可。器发出提示声，盲人关掉开关即可。方案B：（1）根据前面内容中讲到的“多谐振荡器”“IC9300”或”JN6201“控制电路来实现。（2）选择水压或水位传感器来检测杯内水位的实际高度，并促使控制电路工作，让扬声器发出提示声。（3）选择元器件，根据盲人使用的实际需要，在杯子上安装该控制。9300IC JN62018234567191011121314VccVcc水位/水压 控制电路 三极管 喇叭 提示音+3V2.2设计项目二聋人使用的“闹钟”早晨起床可以用闹钟定时提醒，可是对于耳聋儿童来说，他们听不见一般闹钟的响声，这给他们准时到校上课带来极大不便。请你设计一只没有声音的“闹钟”，具体设计要求如下：（1）这只钟像一般闹钟一样能够定时“闹”，并能够方便地把耳聋儿童“闹”醒。（2）可以调整定时时间。（3）画出方框图，选择传感器、控制（处理）电路和执行部件，绘制电路原理图，并制作模型调试。设计分析：1.可选择开电子环控制系统，它的被控量是电机的振动，被控对象是电机。2.用时间来进行控制，经控制处理部分处理之后由电动机实现输出。电动机转动轴带上偏振轮，使其转动时发出振动，从而实现对聋人的提醒。3.控制（处理）部分可以使用电子电路来实现，比如（JN6201）等。1.利用555时基电路等来实现定时控制，在O1O4端的任意一个脚输入一个触发信号。2.在JN6201芯片的O4脚接一个继电器，实现对电机的运行与停止的控制。设计方案：设计方案：IC JN62018234567191011121314VccVcc+3VJ+-M定时触发电路J-1定时触发信号IC JN6201继电器电动机2.3设计项目三盲人电子眼睛电子拐杖盲人儿童上学往往需要家长领路，如果有一根能探路的电子拐杖多好！请你设计一根电子拐杖，具体设计要求如下：（1）能探知前面路面是否有积水或潮湿（2）夜晚过马路时电子拐杖发出闪亮的红灯，提醒骑车人或驾驶员注意盲人穿越马路。（3）画出方框图，选择传感器、控制（处理）电路和执行部件，绘制电路原理图，并制作模型调试。设计分析：1.利用JN6201集成电路，在输入端接一个湿敏传感器，在O1输出端接一只扬声器。将湿敏传感器装在拐杖的底部，当接触到水时，扬声器即发出声音提醒。2.在拐杖上安装一个频闪电路，则外界光线的亮度控制，到晚上时，电路导通。LED灯发光提示。VccJN6201湿敏触发音乐提示频闪电路灯光提示 如图a所示是声光控开关实验电路原理图，电路中发光二极管V3在光线较弱且有声音时才能发光。MIC（传声器）、C1、V1、R2、R3、R4组成声音信号采集与放大电路，R1、R5组成光线信号的采集电路，V2、R6、C2组成灯光延时电路。集成电路CC4011为四2输入与非门（引脚见图b），用于控制和输出逻辑电平。请完成以下任务：小亮同学完成实验后，准备将该实验电路应用于楼道灯的控制。楼道灯由220V交流电源供电，采用直流电磁继电器的触点作为楼道灯的开关，用三极管控制继电器触点的闭合与断开。请你根据上述要求在虚线框中帮助小亮画全电路。可以看到，在开环电子控制系统中，各控制（处理）部分都有着相同或相似的控制电路。常用的电路可以有效的利用起来。JN6201，555时基电路都是电子控制系统中使用非常多的控制（处理）部分。