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1、LOGO 普通高中通用技术课程 电子控制技术 22199240 海宁市南苑中学 吴海江 第四章 闭环电子控制系统的 设计和应用解读 Company Logo 对本节内容的学科教学指导要求 二二 能设计安装简单的闭环电子控制系统并进行调试 三三会分析和解决安装过程中出现的常见问题。 一一 简单闭环电子控制系统的基本工作原理理解 三点教学要求 Company Logo 开环控制电子控制系统 v特点：电子控制输入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开环电 子控制系统，例如上节课电子门铃的设计及其 应用。 输入输出控制(处理) 信息被控对
2、象 Company Logo 闭环控制电子控制系统 闭环电子控制系统是在开环电子控制系统基 础上增加反馈环节而构成的。它具有较高的 控制精度，能实现自动控制。冰箱、空调、 恒温箱、智能洗衣机、水位监控设备等大都 采用闭环电子控制系统。 输 入控制（处理 ） 输 出被控对象 检 测 X Company Logo 开环与闭环电子控制系统的比较 闭环电子控制系统与开环电子 控制系统不同，它能对输出结果进 行检测，并将检测信号反馈到控制 处理部分，从而对系统的控制产生 影响。 Company Logo 设计要求：（1）设计一个鸡蛋孵化温度控制系统 （2）要求孵化温度控制在3739范围内 案例分析：鸡蛋
3、孵化温度控制器的设计和应用 设计分析（1）根据设计要求，确定温度是被控量，孵化室是被 控对象； （2）由于对孵化室的温度控制严格地规定了温度允许变化的范 围，所以必须使用闭环电子控制系统。通过对被控量的检测和反 馈，可以实现较高精度的温度控制； （3）按照闭环电子控制系统的方框图，确定预置温度范围，选 择控制电路的元器件、输出部件和检测温度的传感器，通过查找 资料将各部分用接口电路连接起来，组成一个闭环电子温度控制 系统； （4）分析本系统受到的干扰因素，并考虑减少干扰影响的措施 。 Company Logo 设计A：JN6201鸡蛋温度控制器电路图 Company Logo 核心芯片IC J
4、N6201管脚介绍 v1、2、3、4输出高电平有效 v6、接地 v7、接电源（3V）（5V） v9、输出高电平。音频中出高电平，结束后低电 平 v10、指示灯 。音频输出中闪烁，结束后低电平 v11、14音频输出 v其余管脚一般不用。置空 Company Logo 闭环控制框图定量电路分析(联系到对应电路模块) v开关S闭合，电路通入直流3V电压Vcc，为电路 提供电源。假设温度传感器为负温度系数温敏电 阻(大部分温敏电阻都是负温度系数的) v输入量部分：温度设定值温度的变化引起Rt1 、Rt2阻值的变化芯片JN6201的2、4管脚 电位变化 v控制部分：JN6201芯片电路+指示电路+延时
5、电路 v指示电路说明：t下37 时，Rt1增大2管 脚电位升高10管脚输出高电平三极管V1导 通发光二极管V4亮，指示温度低于下限温度 时加热(电热丝开始工作)。 Company Logo 闭环控制框图定量电路分析(联系到对应电路模块) v延时电路说明：当温度低于37 时加热 ，加热过程中，温度在升高，Rt1在减小 2管脚电位也在减小9管脚低电平在增 大由于没有增达到一定值，三极管V2依 然导通三极管V3依然导通继电器线圈 J通电继电器触点J-2闭合电热丝继续 加热，从而保证将低于37 加热至高于或 等于37 时，三极管V2没有立即停止， 而是延时导通，直到温度达到39 时才截 止。 Comp
6、any Logo 闭环控制框图定量电路分析(联系到对应电路模块) v 输出部分：继电器电路+电热丝电路 v 继电器电路+电热丝电路说明：t下37时，Rt1增大 2管脚电位升高9管脚输出低电平三极管V2导通 三极管V3导通继电器线圈J通电继电器触点J-2闭合 电热丝电路接通，开始加热； v t上39时，Rt2减小4管脚电位降低9管脚输出 高电平三极管V2截止三极管V3截止继电器线圈J 断电继电器触点J-2断开电热丝电路断开，停止加热 。 v 被控对象部分：放置于孵化室的电热丝 v 反馈部分：Rt1与Rt2温度传感器采集温度信息，一旦温 度达到某一值，阻值变化引起2、4管脚电位的变化(输入 量的变
7、化) Company Logo 重点提醒 vV6(2CP1A)的作用： 当V3突然截止时 线 圈中储存的能量通过V6产生回路放掉， 如果不接V6， 就会瞬间产生高电压将V3 击穿。从而起到保护V3的作用。 Company Logo 设计方案B电路图 Company Logo 设计方案B分析思考 v1、由于硅三极管饱和导通时be电压在0.7V左 右、基极电流在50A左右 ；发光二极管发光时 电压在1.8V左右、发光电流30mA左右，（ 1.8V一0.7V）50A 20K。如果R2是 1K那么CF741的6脚电压必须达到 1KX30mA30V，供电电压是9V，显然无 法达到，所以只有将R2减小很多
8、，如果R2用 10，那么6脚电压只要1.8V十10X30mA 2.1V，就能使V1发光 V3饱和导通。 v根据电路分析，书本工作过程V1和V2应该分析 有误。 Company Logo 设计方案B模拟试验 模拟演示工作过程 Company Logo 设计方案C Company Logo 核心芯片IC CB7555管脚介绍 6脚阈值的解释：又叫临界值，是指一个效 应能够产生的最低值或最高值。 Company Logo 案例分析2：水箱水位闭环电子控制系统的设计和应用 v设计要求（1）设计与制作一个水箱水位闭环电 子控制系统的模型。（2）能模拟水塔水箱中水 位的自动控制。 v设计分析（1）根据设计
9、要求的分析，被控量是 水箱中水位的高度，被控对象时水箱中的水。（ 2）由于对水箱中水位的高度变化有较严格的要 求，即要求水箱中储存的水不能超过某一个水位 ，也不能低于某一个水位，因此必须对被控量进 行检测，并反馈所测得的结果。（3）根据闭环 电子控制系统方框图，选择合适的输入、控制（ 处理），输出，检测部分的元器件、设备。 Company Logo 设计A系统方框图 Company Logo JN6201水箱闭环电子控制系统电路图 Company Logo 分析工作过程 v工作过程：当水位低于b点时， ab间断开 ，B点高电 位， lC的3脚高电位， 经IC内部触发 ，使IC9脚时续 输出低电
10、位 ，使V2的b极低电位， V2饱和导通，V2 的c极产生高电位， V3的b极高电位，V3饱和导通， 、J继电器产生磁性 J一1和J一2均接通右边，V8发出 绿光，同时电动机带动水泵加水。当水位满到C时，ca 通过水接通 IC4脚拉到低电位，经IC内部触发，IC9 脚输出高电位，使V2截止，V3的b极低电位，V3截止 ，J线圈中没有电流失去磁性 ，一1和一2 均接通左 边，V7发红光，同时电动机断电水泵停止加水。V6的 作用是：当V3突然截止时，线圈中储存的能量通过 V6产生回路放掉，如果不装V6 就会瞬间产生高电压 将V3击穿。V4发绿光表示检测到水位低于b ，IC正 常运行。 Compan
11、y Logo 水箱水位闭环电子控制设计方案B Company Logo 设计方案B的电路分析 v1、本电路不采用集成块和功率放大器，将大大 减少控制的精度和灵敏度。采用本电路进行水位 控制的可靠性相对较差，能耗高，故障率高。 v2、V4的作用：在V1导通的时候，保证V2有效 的截止，起到稳定电路的作用。 Company Logo 设计方案C Company Logo 核心芯片IC CB7555管脚介绍 6脚关于阈值解释：在自动控制系统中能产 生一个校正动作的最小输入值刺激引起应激 组织反应的最低值。 Company Logo 分析其工作过程 v a-高水位传感器 v b-低水位传感器 v c-
12、零水位传感器 v开关S闭合1、 水箱实际水位低于零水位传感器c 或低水位传感器b时，CB7555的脚2、脚4输入 条件满足，脚7输出高电平，有水指示灯发光二极 管V2灭，脚3输出高电平，打水指示灯发光二极 管V1点亮，三极管V4饱和导通，继电器J线圈电 路导通，常开触头J闭合，水泵电机M工作抽水;2 、 水箱实际水位达到高水位传感器a时， CB7555脚6输入条件满足，脚7输出低电平，有 水指示灯发光二极管V2点亮，脚3输出低电平， 三极管V4截止，呈高阻态，打水指示灯发光二极 管V1灭，继电器线圈J电路截止，常开触头J复原 ，水泵电机M失电停止抽水。继电器线圈J失电时 产生的反向电动势通过二极管V3导通吸收，以免 三极管V4被反向电动势击穿。 高阻态态 v高阻态这态这 是一个数字电电路里常见见的术语术语 。指的 是电电路的一种输输出状态态，既不是高电电平，也不是 低电电平，如果高阻态态再输输入下一级电级电 路的话话， 对对下级电级电 路无任何影响，和没接一样样，如果万用 表测测的话话有可能是高电电平，也有可能是低电电平， 随它后面接的东东西而定。 v高阻态态的实质实质 ：电电路分析时时高阻态态可用开路理 解。 LOGO haining6260 不足之处请大家批评指正！ QQ:22199240
