閉環(huán)控制演示儀

張秀芹 曹敏

在《閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成及工作方式》的教學(xué)實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，理論講解難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，導(dǎo)致學(xué)生常常對(duì)所學(xué)知識(shí)一知半解。為此，我們基于土壤濕度檢測的自動(dòng)澆花設(shè)備，設(shè)計(jì)了閉環(huán)控制演示儀。

一、設(shè)計(jì)理念

《閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成及工作方式》的重難點(diǎn)是如何準(zhǔn)確獲取其組成框圖。基于土壤濕度檢測的自動(dòng)澆花設(shè)備是一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)，制作簡單，成本可控，使用便捷，所以，我們以此為例對(duì)教具進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

運(yùn)用該教具，學(xué)生不僅可以動(dòng)手操作，還能直觀地獲取閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成框圖，將閉環(huán)控制系統(tǒng)的知識(shí)點(diǎn)由抽象變得直觀。

二、制作材料

土壤濕度傳感器1個(gè)，土壤濕度比較模塊1個(gè)，5V一路繼電器1個(gè)，潛水型小水泵1個(gè)，水管1根，若干杜邦線（母），導(dǎo)線若干，1.5V干電池4節(jié)，帶開關(guān)電池盒1個(gè)，裝滿水的水杯1個(gè)，花盆1個(gè)，支架桿及支架座各1個(gè)，絕緣膠布。

三、制作步驟

1.將土壤濕度傳感器通過兩根杜邦線和土壤濕度比較模塊連接，如圖1所示。

2.土壤濕度比較模塊do端口通過一根杜邦線和繼電器in端口連接，繼電器的常閉端口通過一根導(dǎo)線與水泵的紅色（正極）線連接，如圖2所示。

3.將4節(jié)1.5V電池放入電池盒，將電池盒的正極通過杜邦線連接土壤濕度比較器的VCC端、繼電器的VCC端和土壤濕度比較模塊的公共端，電池盒的負(fù)極連接土壤濕度比較模塊、繼電器的接地端和水泵的負(fù)極， 如圖3所示。

4.將水泵連接水管，濕度檢測傳感器插入土壤，將上述裝置固定在支架上。整體電路連接布線如圖4。

四、使用方法

1.將本教具置于水平桌面，將土壤濕度檢測探頭插入花盆，把水泵置于裝滿水的水杯中，水管的一端置于花盆上方。

2.打開電池盒開關(guān)，當(dāng)土壤濕度檢測探頭檢測到土壤濕度較低，發(fā)出信號(hào)，比較器和繼電器的電源指示燈亮，繼電器上的常閉開關(guān)和公共端連接，水泵抽水為花盆澆水。一旦土壤濕度達(dá)到比較器的設(shè)定值，比較器上的綠燈開啟，將信號(hào)傳遞給繼電器，繼電器的開關(guān)燈開啟，停止工作，繼電器上的常閉開關(guān)與公共端斷開，水泵停止為花盆澆水。

需要注意的是，操作過程中電池盒不能沾水，水不能直接澆在探頭上，以免影響探頭的檢測精度。