電子自動控制技術的教學實驗演示儀器的製作方法
2023-05-03 15:10:26
專利名稱：電子自動控制技術的教學實驗演示儀器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子自動控制技術的教學實驗演示儀器。
背景技術：
現有技術中有多種電子自動控制裝置，包括電燈可以聲控、光控、觸摸延時控制；報警器可以磁控、人體遠紅外感應控制；電飯煲、空調可以溫控；電視機可以遙控等。由於它們功能的單一性，其控制電路都是針對某一種自然信息和某一種控制對象專門設計的，使得自然信息、控制裝置及控制對象之間不能通用。隨著我國青少年科技創新活動的普及和教師課堂教學的需要，人們迫切希望有一種能採集多種信息，並能控制多種對象的教學實驗演示儀器問世。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服以上現有技術在教學實驗演示方面的不足和缺陷，滿足人們的願望，提供一種電子自動控制技術的教學實驗演示儀器。該儀器能同時使用多種不同的自然信息採集裝置，並用採集獲得的電信號控制多種不同的對象，使多個自然信息與多個控制對象可以隨意進行組合，從而能對多達百餘種的電子自動控制方式進行演示。
本發明解決其技術問題採用的技術方案是一種電子自動控制技術的教學實驗演示儀器，包括多種信息採集裝置、動作時間多檔可調的邏輯控制裝置和多種待控制的電子裝置，其特徵是動作時間多檔可調的邏輯控制裝置以一塊四2輸入與非門的數字集成電路CD4011為核心、構成有輸入端和輸出端的動作時間多檔可調的邏輯控制電路，其輸入端能連接多種信息採集裝置，輸出端的交流繼電器的常開或常閉開關與多種待控制的電子裝置連在一起。在多種信息採集裝置中有各類開關(微動開關、投幣開關、磁控開關、聲控開關、光控開關、遙控開關、溫度傳感器、壓控開關、自製的風控開關、人體遠紅外開關)、裝有水的容器、觸摸片和信號探頭；動作時間多檔可調的邏輯控制裝置由數字集成電路CD4011、時間多檔可調的RC電路、單向可控矽及交流繼電器組成；多種待控制的電子裝置由電鈴、訊響器、音樂片、電動機、水泵、電磁閥組成。整套裝置按信息採集裝置、動作時間多檔可調的邏輯控制裝置、待控制的電子裝置的順序用導線連接在一起。
本發明的有益效果是能對自然界的多種對象的信息進行採集，採集的電信號通過動作時間多檔可調的邏輯控制裝置去控制多種需要控制的電器，並且採集的對象與待控制的電器可隨意地進行組合，從而使多達百餘種的電子自動控制方式的演示，在本裝置中得以實現。全套裝置攜帶方便，使用簡單，成本較低。
圖1為本發明一個實施例的使用結構示意圖。
圖2為本發明一個實施例中的動作時間多檔可調的邏輯控制裝置的結構示意圖。
圖3為本發明一個實施例的原理流程方框圖。
圖4為本發明一個實施例的動作時間多檔可調的邏輯控制裝置的電路原理圖。
圖5為本發明一個實施例的工作流程圖方框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明的原理和結構作進一步說明。
在圖1中，本實施例包括一個或多個信息採集裝置I、動作時間多檔可調的邏輯控制裝置II和一個或多個待控制的電子裝置III。信息採集裝置I中的部件，可以從各類開關(微動開關、投幣開關、磁控開關、聲控開關、光控開關、遙控開關、溫度傳感器、壓控開關、自製的風控開關、人體遠紅外開關等)、投幣器、裝有水的容器、觸摸片和探頭中任意挑選一個或多個，當選用多個開關時，多個開關可選用串聯或並聯的形式接入動作時間多檔可調的邏輯控制裝置II的信號輸入端；在動作時間多檔可調的邏輯控制裝置II中，設計有以一塊四2輸入與非門的數字集成電路CD4001為核心、動作時間多檔可調的控制裝置；待控制的電子裝置III是從燈泡、電鈴、訊響器、音樂片、電動機、水泵、電磁閥等部件中選擇出來的一個、兩個或三個。自然信息通過信息採集裝置I產生的電信號，從動作時間多檔可調的邏輯控制裝置II中的輸入端輸入，通過信號處理和多檔可調的延時電路使交流繼電器動作，從而控制需要控制的一個或多個電器，完成多達百餘種的電子自動控制方式的演示。
在圖2中，本實施例的結構中，A、B、C、D、E、F、G、H、I、J是10個接線柱，K1、K2、K4是3個開關，P是工作指示燈，K3是單刀多擲開關，L是220伏的交流輸出插座。其中A為信號輸入埠，A、C兩埠分別提供高電位1和低電位0；D、E、F在K1的控制下，D、E端提供5伏及D、F端提供12伏穩定的直流電壓；G、H、I、J是交流繼電器中的一個常開和另一個常閉的2組開關；K2為是否延時的選擇開關；K4、P分別是動作時間多檔可調的邏輯控制裝置的工作開關和工作指示燈；L是由交流繼電器控制的可輸出220伏的交流電壓的插座。
在圖3中，對於自然界諸多事物的量的變化，通過不同的信號採集裝置將其變化轉化為電信號，從動作時間多檔可調的邏輯控制裝置的輸入端輸入，經信號處理、可調延時之後驅動交流繼電器動作，從而使受控電器進行相應的動作。
在圖4中，220V交流電經交流繼電器J的線圈限流、二極體D2-D5整流，電阻R10與R9分壓，電容C2濾波，獲得約10V的直流電壓，供CD4011集成塊工作使用。將CD4011內部的四個2輸入的與非門的輸入端都兩兩相連起來，既成為四個非門電路，這裡分別用F1～F4表示。由於平時的F1的輸入端經電阻R2與地相接，F1便輸出高電平1，於是F2就輸出低電平0；同時F3的輸入也經電阻R4接地而輸出高電平1，F4則輸出低電平0，單向可控矽SCR因此而截止，交流繼電器J中的線圈因流過的電流則很小，交流繼電器不足以動作。當我們通過多種觸發方式中的某一種方式，使得F1輸入變成高電平1，從而F1輸出低電平0，F2隨之輸出高電平1，並經隔離二極體D1給電容C1充電，當電壓上升到一定程度後，F3翻轉使輸出變為低電平0，F4輸出高電平1，SCR導通，交流繼電器J的線圈中流過的電流急劇增大，開始動作。當觸發方式停止後，F2輸出又恢復為低電平0，電容C1將通過電阻R4(或R3、或R5、或R6、或R7)緩慢放電，電壓逐漸降低，低到一定程度時，F3翻轉輸出高電平1，F4則輸出低電平0，導致單向可控矽SCR在交流電壓過零時再次截止，交流繼電器J的線圈因流過的電流減小而使交流繼電器J復位。圖4的自動延時功能，是通過開關K2接通RC電路並利用RC電路的放電延時功能實現的，其延時的時間的長短，可通過單刀多擲開關K3切換不同阻值的電阻，獲得不同的延時時間，圖中的R3至R7的阻值可根據實際需要進行選擇，電阻越大，延時的時間就越長。
在圖5中，本實施例的工作流程是①針對不同的客觀對象，選擇一種(或多種)適當的信號採集裝置，並將信號輸入到邏輯延時控制部分的輸入端(選擇多個信號採集裝置時，開關可採用串聯或並聯的方式接入)。②將待控制的電器接入動作時間多檔可調的邏輯控制裝置的交流繼電器。③通過圖2中的開關K2選擇是否延時，並通過單刀多擲開關K3進行延時選擇。④打開圖2中的開關K4，此時圖2中的工作指示燈發光，電子自動控制技術的教學實驗演示儀器開始演示。以下是四個教學實驗演示實例①多種信號採集裝置取水和探頭，圖2中的開關K2取關閉，多種待控制的電子裝置取水泵。其組合便構成水控水泵裝置，既可成為水位自動控制裝置。
②多種信號採集裝置採用觸摸片、探頭，圖2中的開關K2取打開，多種待控制的電子裝置取訊響器。其組合便構成觸摸式電子報警器。
③多種信號採集裝置取用風控開關，圖2中的開關K2取打開，多種待控制的電子裝置取電動機。其組合便構成風控延時電動機裝置，若用於高層建築的房間，便可構成大風窗戶自動關閉裝置。
④、多種信號採集裝置取投幣開關、圖2中的開關K2取打開，待控制的電器取音樂片。其組合便構成投幣式自動唱歌的裝置，以鼓勵小孩往積攢箱裡投錢。
由於多種信號採集裝置現已超過11種，待控制的電器有6種，是否延時選擇方式有2種，則取一種信號採集裝置、取一種待控制的電子裝置，其組合方式就達11×6×2＝132種。所以，本發明能演示的電子自動控制的方式達百餘種，在教學實驗中，可讓學生自由進行組合併進行演示，對啟發學生的創新思維、培養學生的動手能力有很好的作用。
權利要求
1.一種電子自動控制技術的教學實驗演示儀器，包括多種信息採集裝置、動作時間多檔可調的邏輯控制裝置和多種待控制的電子裝置，其特徵是動作時間多檔可調的邏輯控制裝置以一塊四2輸入與非門的數字集成電路CD4011為核心、構成有輸入端和輸出端的動作時間多檔可調的邏輯控制電路，其輸入端能連接多種信息採集裝置，輸出端的交流繼電器的常開或常閉開關與多種待控制的電子裝置連在一起。
全文摘要
電子自動控制技術的教學實驗演示儀器，屬於教學儀器領域。現有技術中有多種電子自動控制裝置，由於它們功能的單一性，其控制電路都是針對某一種自然信息和某一個控制對象專門設計的，使得自然信息、控制裝置及控制對象之間不能通用。本儀器包括多種信息採集裝置、動作時間多檔可調的邏輯控制裝置和多種待控制的電子裝置，動作時間多檔可調的邏輯控制裝置以一塊四2輸入與非門的數字集成電路CD4011為核心、構成有輸入端和輸出端的動作時間多檔可調的邏輯控制電路，其輸入端能連接多種信息採集裝置，輸出端的交流繼電器的常開或常閉開關與多種待控制的電子裝置連在一起。本儀器能演示的電子自動控制方式多達百餘種，是教學中一種難得的演示儀器。
文檔編號G09B25/00GK101059918SQ200710034989
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月24日 優先權日2007年5月24日
發明者吳昌雲, 楊麗惠 申請人:吳昌雲