电子控制系统的设计及其应用

解题要领： a．针对驱动电路，掌握NPN、PNP三极管的共射极接法。 b．针对执行机构，掌握继电器线圈的电路结构及连接方式，常 开、常闭触点的灵活运用。 c．针对控制电路，掌握门电路、运放比较电路、555电路、音乐 集成等IC电路的连接法和分析方法。 ③特殊值法 ④模块化繁为简 ⑤应变自如法(变换电子元器件)
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考点题组——精品典例篇 一、开环电子控制系统的设计和应用 二、闭环电子控制系统的设计和应用 例1. [2017温州模拟]如图a所示为小明设计的一款视力保护提醒 器的电路图，该装置在学习环境光线亮度高于(或低于)设定的亮 度上限(或下限)时，发出警报声提醒注意保护视力，Rg1和Rg2 为相同特性的光敏电阻，通过可调电阻Rp1和Rp2可以调节光线 亮度范围的下限和上限，集成芯片JN6201的引脚图如图b所示。 小明组装好电路后发现，光线暗时能正常报警，光线很亮时扬声 器不报警。关于该故障的可能原因，下列分析中正确的是( )
(3)运算放大器不能直接驱动蜂鸣器报警，请根据电路的逻辑关 系选择合适的三极管(NPN型或PNP型，采用共发射极接法)，在 虚线框中画出蜂鸣器驱动电路。 【答案】 （3）
例6.[2016.10浙江选考]如图所示是小明设计的水位控制系统，当 水位低于b点时水泵M抽水，水位达到a点时停止抽水。555集成 电路6脚电位升至2/3Vcc时，3脚输出低电平，2脚电位降至 1/3Vcc时3脚输出高电平。请完成以下任务：
② (1)555集成电路管脚识别正确的是________( 在下列选项中选择正 确的选项，将序号填写在“________”处)。
(2)常见的实用电路 不同的实用电路可以实现不同的功能，常见的实用电路很多，如多 谐振荡器、触发器、存储器和计数器等。 ①多谐振荡器是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器C和电阻器R确定。 ②计数器是能统计时钟脉冲数的部件，在电子控制系统中可用来实 现顺序控制、定量或延迟等。 ③存储器是由触发器或其它存储元件构成的存储阵列，用来存放 数据 和________ 指令 。 ________ (3)JN6201音乐集成电路 JN6201音乐集成电路的内部有微处理器和很多个多谐振荡器，共 ________ 个输入端口和________ 个输出端口。 4 4
《电子控制技术》
第五章 电子控制系统的设计及其应用
考点基础——精品梳理篇
一、开环电子控制系统的设计和应用(加试) 1．简单开环电子控制系统的工作原理 开环电子控制系统是以电子技术为控制手段的开环控制系统。一 般的开环电子控制系统工作原理为：由相应的________ 传感器 检测输入 信息并转换成________ 电信号 ，控制电路 ________对传来的电信号进行分析并发 送指令，控制执行器(继电器等)形成控制量，________ 被控对象在控制量 的作用下产生相应的输出量。❶
图a
1脚 0 0 1 1
4脚 0 1 0 1 图b
14脚
无音乐脉冲信号 有音乐脉冲信号 有音乐脉冲信号 有音乐脉冲信号
JN6201引脚图
A．三极管V被击穿 B．Rp1阻值过大 C．引脚1虚焊 D．Rp2阻值过大
【答案】C
例2. [2016浙江联考]如图所示 是热带鱼鱼缸温度电子控制 电路图，当水缸内的热敏电阻(负温度系数)检测出水温低于最低设 定水温时，水缸内的加热丝就加热，当水缸内的热敏电阻检测出水 温高于最高设定水温时，水缸内的加热丝就停止加热，使水温稳定 在一定范围内。(注：水温低时，集成芯片555 输入端2、6 脚电位 很低，输出端 3 脚为高电平，继电器 J 吸合，电热丝通电加热。) 将热敏传感器Rt放入设定水温的水中，不管怎么调电位器R1和R2， 电热丝都不通电加热，下列可能的原因是( D ) ①二极管V接反了 ②输出端3脚与继电器线圈虚焊 ③热敏电阻Rt断路 ④继电器J线圈内部断路 A．①②③④ B．①②③ C．②③④ D．①②④
二、闭环电子控制系统的设计和应用(加试) 1．简单闭环电子控制系统的基本工作原理 闭环电子控制系统是在开环电子控制系统的基础上增加______ 反馈 环 节而构成的。 2．简单的闭环电子控制系统设计、安装与调试 (1)设计和安装闭环电子控制系统的一般步骤 ①按照设计要求，确定被控量和被控对象。 ②如果对控制量控制的精确度要求较高，应利用有反馈的闭环电 子控制系统对被控对象实施控制。
JN6201的输入端口和输出端口对应的引脚如下图所示❸。
JN6201集成电路的组成方框图
3．安装过程中常见问题的分析和解决❹ (1)看懂、理解电子控制系统的原理图与装配图。 (2)检查电路中焊接质量，防止出现假焊、虚焊、错连等问题。 (3)检查各部件安装的位置、牢固性，特别是要检查传感器是否 安装正确。 (4)用示波器、万用表检测输入部分关键点的电压、波形等电子 参数。 (5)改变输入部分(传感器)的状态，用示波器、万用表检测输出部 分关键点的电压、波形等电子参数。 (6)若有异常，根据(4)、(5)两步骤的检测，判断问题所在。
如图所示为某简易高温报警装置的电路图。已知电压比较器IC的 3脚电位大于2脚电位时，1脚输出高电平；反之，1脚输出低电 平。请完成第3－4题。
例3. [2017衢丽湖舟联考]电路图中热敏电阻Rt应选用下图中的类 型是( A )
例4. [2017衢丽湖舟联考]以下对该电路的分析中不正确的是( B ) A．Rt是负温度系数的热敏电阻 B．将Rp1调大，报警温度被调高 C．将Rp2调小，报警温度被调低 D．温度升高，到达报警温度时，V1导通
例7.[2016.4浙江选考]如图所示是小明设计的温度报警装置部分 电路，其中IC是运算放大器，输入输出逻辑关系见图中表格，Rt 是负温度系数热敏电阻。当温度达到或超过40℃时，要求该报警 装置发出声、光报警信号。请完成以下任务：
② (1)当温度升高时，Rt的电阻值将________( 在①增大；②减小中 选择一项，将序号填写在“________”处)。 (2)当温度达到或超过40℃时，要求发光二极管V1发光，请根据 电路的逻辑关系在a、b、c三点中选择合适的点连接V1和R4。 【答案】 （2）
(2)调试电路时发现，当555集成电路的3脚输出高电平时，继电 ④ 器J不工作，合理的调节措施是________( 在①减小R1和R2的阻 值；②减小R3的阻值；③减小R4的阻值；④减小R5的阻值中选 择合适的选项，将序号填写在“________”处)。
(3)小明设计的控制电路中忘 记设置水泵工作状态指示灯， 请你在虚线框内选择合适的端 子连接发光二极管V3和电阻 R6，使得水泵M抽水时V3发光 ，不抽水时V3不发光。
传感器 ， ②水箱水位控制系统中，由三根水位探头组成一个_________ 对水箱水位随时进行检测，并将水位信号反馈至________ 比较器 。 水箱水位电子控制系统的输出部分由电磁继电器、电动机、水泵、 水箱等组成。 3．安装过程中常见问题的分析和解决❼ (1)电路连接题方法 ①功能分析法：a.顺推法；b.逆推法；c.黑箱方法(对集成电路内 部结构不清楚的情况下，通常可分析电路的输入和输出关系推断 其内部结构和功能，即黑箱方法)。 ②原理分析法：模块划分、建立功能表(逆推)。分析电路时，按 功能将电路划分为四大模块，即输入、控制、执行和输出模块。
(4)系统工作一段时间后，三极管V1损坏，小明准备用手头仅有 的PNP型三极管替代原来的三极管，请你在虚线框内选择合适的 端子重新连接电路。要求保持系统原有的功能，继电器线圈接在 集电极上。
【解析】(1)本小题考查数字集成电路—管脚的排列及读法。根 据小圆点或缺口，字体正面朝自己，逆时针方向数管脚，故选②。 (2)本小题考查晶体三极管的放大与开关作用、直流继电器驱动 及555的工作原理。由于3脚为高电平，说明555正常，继电器没 工作，说明加在继电器线圈上的电压不够，Ic太小，即三极管 Vce的电压太高。因此可减小R5的阻值，增大Ib，使三极管进入 或接近饱和区，减小Vce，增大Ic，选④。 (3)本小题考查串联 电路、晶体二极管中的发光二极管。由于3脚为高电平，利用3脚 的高电平控制指示灯，电阻起到降压限流的作用，连接时只要注 意发光管的极性即可。 (4)本小题考查晶体三极管的放大与开 关作用、直流继电器驱动、线圈接在集电极。3脚为高电平时， NPN三极管导通，继电器工作，开始抽水。现换成PNP后，3脚 为高电平时三极管截止，继电器不工作，不符合题意抽水的要求。 因此需要设计继电器得电时水泵不工作，失电时水泵工作。在继 电器触点上改变，即3脚为高时，继电器失电，其常闭触点接在 水泵回路。
例5. [2017.4浙江选考]在电子控制技术实践课上，小明准备设计 一个遮光、通风控制系统，选择光敏电阻和正温度系数的热敏电 阻作为传感器。请完成以下各题： B (1)光敏电阻值随光照强度变化的规律与________ 相似(从A；B； C中选择合适的选项，将序号填在“________”处)；
(2)小明提出的控制要求和设计的控制电路如图所示，其中X点输 入光照强度信号，Y点输入温度信号。根据控制要求分析电路， A J1、J2的作用是________( 从A.J1用作遮光控制、J2用作通风控 制；B.J1用作通风控制、J2用作遮光控制中选择合适的选项，将 序号填入“________”处)； 控制要求
2．常见的实用电路 简单的开环电子控制系统设计、安装与调试 (1)设计和安装开环电子控制系统的一般步骤 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分析方框图，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❷。 ⑥调试电路，检查触发电压的大小。
(2)电路连接题技巧 ①输出电路中存在继电器时，通常使用二极管保护继电器，继电 器一般接在集电极上； ②正确分析输入部分的电位高低：集成电路连线时，先根据电阻 分压判断输入的高低电平，然后再根据输入判断输出的高低电平； ③判断电路中用不用继电器时，一看负载，二看控制需求； ④看芯片定输出和找触发； ⑤记住RS基本触发器、比较器的功能。
输入 光照 弱 强 温度 ≤26℃ ≤26℃ 释放 释放 输出 遮光继电器 通风继电器 释放 释放
弱
强
＞26℃
＞26℃
释放
吸合
吸合
吸合
(3)小明在测试电路时，发现R3和R4的阻值不符合电路要求，导 B 致J1和J2始终都不能吸合，合理的调整措施是________ 、 D ________( 在A.增大R3；B.减小R3；C.增大R4；D.减小R4中选择合 适的选项，将序号填入“________”处)； (4)请你根据控制要求， 在虚线框内将传感器和 电阻正确地连接到电路 中。
③根据闭环电子控制系统的方框图，选择控制(处理)部分的电子 电路、输出部分的执行器、检测部分中的传感器，并参照有关资 料，通过接口电路将各个部分紧密地连接成一个完整的控制系统。 ④按照电路图安装电路。 ⑤将系统各部分进行整体安装和调试。在调试过程中，输入预置 控制量，根据被控量的变化进行监控。认真分析干扰因素对被控 量的干扰，并通过调整预置控制量等各种方法把干扰的影响减少 至最低。 ⑥通过制作、试验，发现设计存在的问题，对方案进行改进或优 化。
(2)常见的闭环电子控制系统 闭环电子控制系统具有较高的控制精度，能实现自动控制。如冰 箱、空调、恒温箱、智能洗衣机、水位监控设备等大多采用 ________ 闭 环电子控制系统。 JN6201集成电路是常用的控制处理部分的电子元器件，如果缺 失，可用555电路替换，也可用741运算放大器等替代❺。 ①孵化室应选用___________ 温度传感器 进行检测，并将检测到的_________ 温度信息 反馈到比较器。❻