教学课件：第二章电子控制系统信息的获取和转换.ppt

第二章电子控制系统 信息的获取与转换,认识常见的传感器及其应用,什么是传感器,传感器的作用,认识常见的传感器类型,传感器的检测,认识常见的传感器,传感器的应用,思考 光控灯 是怎么工作的？,思考 声控灯 是怎么工作的？,我国第一位进入太空的宇航员杨利伟遨游在遥远的太空时，地面上的医生怎么样才知道他的身体状况呢？,一、什么是传感器,第一节 认识常见的传感器,将非电量转换为与之有确定关系的电量输出的装置，称为传感器。,第一节 认识常见的传感器,传感器是如何转换信息的?,声音信息,传感器,电信号,光信息,传感器,电信号,第一节 认识常见的传感器,二、传感器的作用,输入,传感器,控制（处理）,电子电路,输出,执行器等,第一节 认识常见的传感器,讨论,为什么一定要通过传感器完成信息的检测工作呢？,因为电子控制系统的控制过程是由电子电路来完成的，电子电路所能处理的只能是电信号。如前面所讲的声控灯、光控路灯的控制，声音和光都不是电信号，必须把这些非电信号转换为电流、电压等电信号后，才能通过电子电路来传输、处理、存储和输出，实现电子控制。,传感器能模拟人的感觉器官，可以更为准确的获取外界的输入信息，以便处理。,第一节 认识常见的传感器,三、常见传感器的类型和作用,传感器的类型很多，常见的有：光敏传感器、热敏传感器、声敏传感器、湿敏传感器、气敏传感器、力敏传感器、位移传感器等。由于它们各自的材料不同和结构上的差异，它们所转换的信息也各不相同。,第一节 认识常见的传感器,热敏传感器,力敏传感器,湿敏传感器,力敏传感器,气敏传感器,观察p25-26页,小试验,按照以下电路图连接元器件，观察光线的变化对LED的影响。,第一节 认识常见的传感器,1.光敏传感器,第一节 认识常见的传感器,有光照时电阻小（几十K以下），电路接通；无光照时电阻大（10M以上），电路断开，由此把光信号转换为电信号。,结果分析,小试验,按照以下电路图连接元器件，观察声音对声控灯泡亮、灭的影响。,声控灯泡,第一节 认识常见的传感器,2.声敏传感器,第一节 认识常见的传感器,能通过声音引起的振动产生微弱的电信号。由此把声音信号转换为电信号。,结果分析,第一节 认识常见的传感器,3.磁敏传感器（干簧管）（p21页）,小试验,按照以下电路图连接元器件，并将磁铁移近、移出干簧管，观察灯泡的亮、灭。,第一节 认识常见的传感器,无磁场时，两个簧片相互分离，干簧管处于“关断”状态；当有磁场时，铁合金簧片被磁化，两个簧片相互吸引，干簧管处于“接通”状态。由此把磁信号转换为电信号。,结果分析,小试验,4.热敏传感器（热敏电阻）,第一节 认识常见的传感器,按照以下电路图连接元器件，接通电源，再用手握住热敏电阻，观察灯泡的亮度的变化。,热敏电阻的阻值随着温度的变化而变化，从而控制电路中电流通断或大小，由此把温度信号转换为电信号。,第一节 认识常见的传感器,马上行动（P22）,第一节 认识常见的传感器,力敏传感器,接受,信息，并转换为电信号,接受声信号，并转换为电信号,位移传感器,接受,并转换为,超声波传感器,接受,并转换为,力,声敏传感器,位移信息,电信号,超声波信息,电信号,第一节 认识常见的传感器,四、传感器的检测,为了确定传感器的质量好坏，必须对它进行检测。在精度要求不高的检测时，通常可以用多用电表。,第一节 认识常见的传感器,分组试验1,按照课本第23页的试验要求和步骤分小组进行试验，并认真记录试验数据。,光敏电阻的检测,第一节 认识常见的传感器,分析总结,请三个小组代表上黑板呈现试验结果。,通过以上试验，总结检测传感器有哪几种方法。,测量电阻和测量电压,第一节 认识常见的传感器,分组试验2,热敏电阻的检测,按照课本第24页的试验要求和步骤，分小组进行试验，并认真记录试验数据。,第一节 认识常见的传感器,试验总结,请三个小组代表上黑板画出在不同温度下，热敏电阻的阻值和两端电压值变化的曲线。,通过以上曲线分析热敏电阻的阻值变化的规律。,能力展示,空调的温度自动控制过程应该选择什么传感器？,第一节 认识常见的传感器,第一节 认识常见的传感器,图为水位自动控制系统，磁环可以随着水位沿着传感器上下移动，将水位信息转换为电信号后送给控制箱，实现闭环控制。你认为选择什么传感器比较合适。,能力展示,第一节 认识常见的传感器,参考答案,空调使用的传感器是热敏传感器。,水位自动控制系统可以采用磁敏传感器（干簧管传感器）。,第一节 认识常见的传感器,小结,自然界中的信息大都是以非电量信息存在，在实现电子控制时，就需要通过传感器将这些非电量信息转换为电量信息，实现电子系统控制。不同的非电量信息在实现电子系统控制时，就需要通过不同的传感器实现电量信息的转换。,思考,为什么传感器比人的感觉系统精确性、可靠性更好？（28页思考）传感器在生活、生产中有哪些应用？（30页马上行动）,第一节 认识常见的传感器,知识回顾,光敏传感器,声敏传感器,气敏传感器,味敏传感器,压敏、热敏、湿敏、传感器,眼睛,耳朵,鼻子,舌头,皮肤,传感器,控制器,执行器,五官,大脑,肢体,第二节 传感器的应用,为什么传感器比人的感觉系统精确性、可靠性更好？,思考,3.传感器转换的信号与它获取的信息有严格的一一对应关系。,4.传感器产品都是经过精确测试、检验和校正的。,5.传感器测量数据重复性好。,1.人的感觉系统容易受到内外各种因素的影响，从而产生不稳定性。,2.同时感觉的信息也难以准确表达。,第二节 传感器的应用,车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或等于20毫克/100毫升、小于80毫克/100毫升为饮酒驾车；血液中的酒精含量大于或者等于80毫克/100毫升为醉酒驾车。,中华人民共和国道路交通安全法规定：严禁酒后驾车。为了防止酒后驾车，交通警察使用酒精浓度测试仪检测可疑驾驶员是否酒后驾驶。酒精浓度测试仪中就使用了对酒精敏感的气敏传感器。,第二节 传感器的应用,气敏传感器可以将获取的气体信息转换为电信号。利用不同的半导体材料对不同气体敏感的特性，可以制造出检测不同气体的气敏传感器。气敏传感器的电阻值随被检测气体的浓度和成分而变化。气敏传感器的灵敏度很高即使空气中待测气体的含量不到千分之一，气敏传感器的电阻值也会产生很大变化。,一、气敏传感器的应用,第二节 传感器的应用,思考,这样称重准确吗？什么秤能够提高准确性呢？,第二节 传感器的应用,二、力敏传感器的应用,当电阻应变片（力敏传感器）受到力的作用时，它的电阻值就会发生变。电子秤就是货物重量的变化转换为电阻的变化、电压的变化，再经过电压放大器、模数转换器后把模拟量转换为数字量，最后送到液晶显示器显示出被称物体重量，实现快速、准确称重目的。,第二节 传感器的应用,马上行动(P29),在学习曹冲称象的故事时，你一定很佩服他的睿智。现在，你能不能用一种更方便、更快捷、更准确的方法来称象呢？并简要说明原理。,第二节 传感器的应用,轨道衡是称量大宗货物的计量器具，能够准确而高效地称量铁路车辆装载的货物重量。它的工作原理就是通过力敏传感器把车和货物的重量信息转换为电信号，经过电压放大器、模数转换器后把模拟量转换为 数字量最后送到液晶显示器显示出被称物体重量，实现快速、准确称重目的。,举例,还有哪些通过力敏传感器称量大宗货物的计量器具？,第二节 传感器的应用,思考,如何对生产线上高速流动的啤酒进行快速、准确地计数呢？,第二节 传感器的应用,三、光敏传感器的应用,在传送带的两侧分别安装光源和光敏传感器，当被测瓶子位于光源和传感器之间时，传感器无光照；被测瓶子不在光源和传感器之间时，传感器有光照，这样，通过它输出的电信号发生的变化便可以计数。,第二节 传感器的应用,在自动检测的传送带上，若利用光的反射原理检测瓶子上是否有瓶盖，应如何安装传感器？,第二节 传感器的应用,对于一些简单的重复性工作，时间一长，人们容易疲劳，甚至导致工作失误。传感器可以在减轻工作强度的同时，做出更精确、快捷的判断。,就你的经验而言，日常生活和工作中哪些重复性工作可以采用光敏传感器做帮手？,1.,2.,3.,进入场、馆人数的统计。,对生产和工作环境的安全监控和报警。,对轧制钢板或纸张厚度的检验。,第二节 传感器的应用,观察思考,人走近自动门时，门为什么能自动打开？,第二节 传感器的应用,以上探讨的光敏传感器，是对可见光敏感的普通光敏传感器。还有一种传感器是对红外线敏感的，称为红外光传感器。当红外光传感器接受到红外光（线）时，电阻值产生变化，如果接在电路则会产生电压或电流的变化，从而将红外光信息转换为电信号，自动门就是利用红外光传感器实现自动开关的。,红外光传感器还有哪些应用？,四、红外光传感器的应用,第二节 传感器的应用,应用夜视仪能够帮助人们在漆黑的夜里看到周围的景物。,第二节 传感器的应用,五、超声波传感器的应用,超声波有两个重要特性。一是它的方向性好，它的频率比音频高，遇到物体后超声波会反射，物体的密度不同，反射程度也不同，通过接收和处理反射波就可以知道物体的方位和距离。二是它在水里可以传播很远的距离，因此可用超声波检测人体内部的病变。,你知道超声波传感器还有哪些应用？,第二节 传感器的应用,举例,声呐的应用,超声波测距,超声波清洗,超声波检测焊缝,超声波测海底,超声波测鱼群,第二节 传感器的应用,思考（P32）,1.阅读以下材料，分析声呐的工作原理：,第一次世界大战时，法国科学家朗之万发明了能探测水下目标的仪器，叫声呐。它不仅能够确定目标的方位、距离，甚至还能分析潜水艇的许多性能。另外，它也可用于港口导航、探测暗礁和鱼群等。,2.火星探测器已登上了火星，并对火星进行了探测。你认为火星探测器上需要使用哪些传感器？请填写下表。,第二节 传感器的应用,参考答案,第1题答：声呐根据超声波在水下发射至目标物和反射回来所用的时间及在超声波水中的传播速度，就可以计算目标的距离。,第2题答：,第二节 传感器的应用,想一想,在这里，热敏电阻随着室内温度的变化而变化，并把温度信息转换为电信号，从而控制空调的自动调温过程。,六、热敏传感器的应用,热敏传感器还有哪些应用,热敏电阻,第二节 传感器的应用,讨论（P33）,炼钢炉中，钢水的温度可达1000以上。要检测灼热的钢水的温度，能否使用热敏传感器直接测量？,第二节 传感器的应用,热敏电阻的温度计测量的温度范围为0 400，故不能用热敏电阻测量。可用铂锗-铂热电偶，其使用温度可达1400；也可使用光学高温系统与标准温度想比较，测定温度。因为任何物质都辐射出其波长与所处温度相对应的电磁波，当温度超过700时，物体将辐射可见光，用肉眼即可观察到发光。,参考答案,第二节 传感器的应用,声音放大的原理是声敏传感器（话筒）的膜片在声波下产生振动使得处于磁场中的与膜片相连的线圈中产生变化的感应电流。从而把声音信息转换为电信号，再经过功率放大器，把声音放大。,七、声敏传感器的应用,第二节 传感器的应用,综合实践,1.在下面的电路中有四个输入端，在和之间连接一只自制的湿敏传感器上滴几滴水，调节可变电阻RP，使发光二极管发光。那么，这个工作系统有哪些用途？如果不滴水而是干燥的，电路处于什么状态？,2.在下图中，若用导线连接和，用一根细裸导线接在和之间，当裸导线断裂时，发光管发光。想一想，这个控制系统有什么用途？,第二节 传感器的应用,电路图,第二节 传感器的应用,参考答案,第1题答：可用做婴儿尿湿指示。干燥时，电路处于截止状态，发光二极管不发光。,第2题答：导线可放在门或窗户上，打开门或窗户时，发光二极管发光报警。,第二节 传感器的应用,课堂小结,作为电阻控制系统中唯一的信号源，传感器是必不可少的，它将外界信息转换为电信号以便处理、存储、输出。工农业生产、日常生活都离不开传感器。用它进行科学测量可以提高测量的精确度、可靠性；用它代替人做一些简单、重复的工作，不但可以降低人的工作强度，而且更准确快捷；在一些恶劣的或者人无法达到的环境中，传感器更是人类的好帮手。,