5．电子控制技术

电子控制技术是以控制系统的思想和方法为基础，运用电子电路实现信号采集、处理和驱动执行的技术。本模块为学生提供了学习设计和制作电子控制系统的知识与技能，以及接触和尝试解决更为有趣、更为丰富的技术与工程问题的机会，为其适应未来生活和高校专业学习奠定基础。

本模块由“电子控制概述”“模拟电路与数字电路”“传感器与继电器”“电子控制系统”四个单元组成。内容结构如图：

电子控制技术

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电子控制概述  模拟电路与数字电路  传感器与继电器  电子控制系统

【内容要求】

（1）感知生产和生活中电子控制产品应用的广泛性，形成对电子控制技术应用价值的认识，理解电子控制技术对人类和社会生活的影响。

（2）安装简单的电子控制装置；掌握识读电子电路图的基本方法。辨别和检测常用电子元器件。说明电子电路焊接技术的发展趋势，熟悉常见焊接工具及辅助材料的特点，掌握一种焊接方法。

（3）尝试测量电子控制装置中的信号。了解模拟信号和数字信号的特性，知道数字信号中“1”和“0”的含义。阐述模拟信号和数字信号各自的优点和局限性，了解模拟信号和数字信号相互转换的原理。

（4）知道晶体二极管和晶体三极管的结构和类型；分析晶体二极管基本应用电路。知道简单的晶体三极管共发射极放大电路的组成和工作原理，识读晶体三极管的特性曲线，掌握晶体三极管在模拟电路中的运用。

（5）举例说明晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用；了解常见的数字集成电路的类型，用数字集成电路安装简单的实用电路。

（6）阐述与门、或门、非门、与非门和或非门等基本逻辑门的逻辑关系。分析简单的组合逻辑电路，会填写真值表，画出波形图，并使用软件对电路进行仿真试验。

（7）举例说明传感器的发展趋势，知道传感器的作用及其应用；认识常见的传感器，用万用表检测传感器。

（8）知道继电器的作用和分类，了解常见的直流电磁继电器的构造、规格和工作原理，学会直流电磁继电器的使用方法。

（9）描述电子控制系统的基本组成，用方框图分析常见的电子控制系统的工作过程。

（10）应用功能电路设计开环电子控制系统和简单的闭环电子控制系统，并进行安装、调试和改进。

【教学提示】

教学策略提示

可通过实地观察、调查、咨询、查阅产品说明书或有关技术资料等多种形式，了解电子控制技术在生活、生产、国防等方面的应用；可通过安装电子控制装置的操作体验，理解电子控制系统的工作过程，感受电子电路中信号的变化，加深对电子元器件的认识，提高工艺水平和工程意识；可借助“功能电路示教板”探讨晶体三极管电流放大作用和开关特性，强化运用技术图样交流设计构想的能力；以2—3人组成一个学习小组，在教师指导下利用电子试验板或电路试验箱搭建简单的电子功能电路，通过组内协作和组间交流，排除搭建电路可能出现的问题，强化系统分析的能力和交流合作的意识；可使用电子电路计算机辅助分析和设计软件，对三极管放大电路、组合逻辑电路等进行试验，加深对电子电路工作原理的理解，体会硬件设计软件化的发展趋势。

项目任务提示

可选择安装“延时灯”“无线话筒”“光控变调音响器”“稳压电源”等简单的电子控制装置；可在电子试验板上搭建“电子门铃电路”“旋转彩灯电路”“定时电路”“密码锁电路”等简易、有趣的电路；可分组开展“家用电器自动控制功能解密”“教室的安全报警器”“水族箱自动投食装置”“住宅公用走道路灯控制”等与家庭生活、校园生活密切相关的电子控制技术调查任务；可根据城市、乡镇不同的特点，选择“农村恒温大棚”“病虫害声光报警系统”“超温报警系统”“水位自动控制系统”等电子控制系统的设计项目。

教学装备提示

（1）本模块的教学应在专用教室开展，通过配置挂图、电子产品演示模型、电子示教板等方式营造专用教室技术氛围。

（2）专用教室应配备符合安全规范的电子操作台、焊接工作台和必要的电子元器件等材料，配置常见继电器认知与应用套件、晶体三极管开关特性试验套件等，配置典型电子控制技术案例演示模型，配置一定数量的电子电路搭接实验箱，配置符合安全规范的电源和电子电工工具箱，配置展示不同信号处理功能的挂图和模型示教板。

（3）专用教室可配备导电胶带、导电橡胶、导电黏合剂、导电墨水笔等新型导电材料，让学生进行体验和探究。

（4）配置常用医护急救箱，注意操作实践安全，加强学生安全与健康的防护。

【学业要求】

通过本模块的学习，学生对电子控制系统有初步的理解，能说明电子控制系统中输入环节、控制环节、输出执行环节的作用与联系，能用方框图描述系统的组成和工作过程；能识读简单的电路原理图，选择和检测电路所需的电子元器件，并安装和调试电子电路；能判断晶体二极管和晶体三极管简单工作电路的类型，根据电路图或模型说明电路实现的功能，并分析其工作特点；能举例说明传感器的作用，并根据外界物理信号的特点选择合适的传感器；能用万用表检测常见的传感器和直流继电器；能用真值表和波形图解释简单组合逻辑门电路的功能；能用数字集成电路搭建和调试简单的实用电路装置；能根据设计要求，应用功能电路设计、安装和调试电子控制系统。

6．机器人设计与制作

机器人是当今发展迅速、应用广泛且技术高度综合的现代技术产品。本模块旨在帮助学生深化对人机关系的认识，体会机器人设计与制作中软硬件协调、系统控制及路径规划的思想及方法，增强机械技术、电子技术、控制技术、计算机技术等的综合运用能力。

本模块由“机器人结构与传动机械”“机器人感知与传感器”“机器人控制器”“机器人控制策略”四个单元组成。内容结构如图：

机器人设计与制作

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机器人结构与传动机械  机器人感知与传感器  机器人控制器  机器人控制策略

【内容要求】

（1）阐述机器人的产生过程、应用现状与发展历史，理解机器人三定律的内容和含义，并结合实例分析机器人与人类及环境的关系。

（2）理解机器人的基本构成、典型结构和应用背景，说明自由度的内涵，区分机器人的感知、控制、驱动等环节，学会拆卸、组装机器人的基本方法。

（3）正确分析常见连杆传动装置的结构及其应用，并根据需求设计和制作简单的连杆装置。计算简单的齿轮传动比，按照装配图样安装和调试简单的齿轮装置。学会机器人机械结构的初步设计方法。

（4）理解机器人的基本感知功能，掌握传感器感知外部环境信息的基本原理和方法，通过比较和分析了解机器人常用传感器的种类和特点。

（5）根据机器人的功能要求选择、安装与调试传感器。

（6）结合实际案例说明机器人路径规划与运动控制开发的常用控制器种类，了解控制器软硬件开发过程，理解一种控制器的基本组成及工作过程。

（7）设计一种机器人控制器的最小系统硬件，掌握控制器与传感器接口电路、执行装置驱动电路的设计方法。

（8）理解机器人路径规划和运动控制的概念和功能，掌握机器人常用路径规划和运动控制的设计方法。

（9）熟悉一种用于机器人路径规划和运动控制的计算机编程语言及其调试环境，掌握编制计算机程序实现机器人路径规划和运动控制的方法，并完成程序调试和程序下载。

【教学提示】

教学策略提示

可采取组织学生实地参观或观看视频等方式，了解机器人的工作过程，体会机器人与人、机器的关系；可提供几种不同类型的机器人平台，指导学生进行拆卸和组装，在拆装过程中，让学生分析机器人的机械结构特点和动作协调性要求，理解机器人机械结构的设计方法；可采用观察日常生活中常见的传感器，分析其工作原理，借助认识人类自身的感觉器官获取外部环境信息的方法，加深学生对传感器在机器人设计中重要性的认识；可通过为机器人设置不同的功能要求，指导学生选择合适的传感器；可通过机器人运动实例说明机器人路径规划和运动控制的含义、必要性和实用性；从简单到复杂地讲解机器人实例，说明路径规划和运动控制的程序设计方法，通过机器人运动程序例程，指导学生从简单模仿例程、修改例程到编制新的例程，强化学生理解路径规划和运动控制的计算机程序的编制、调试和下载等基本技能；可借助控制芯片及外围电路设计最小控制系统，利用控制器的A/D（模拟/数字信号转换模块）、D/A（数字/模拟信号转换模块）、DIO（开关量输入、输出模块）等接口通道，完成传感器信息采集、处理和执行装置的驱动设计；学会采用仿真软件对控制系统进行仿真；可借助硬件设计案例和软件例程分析，指导学生从简单到复杂、从模仿设计到自主设计，完成机器人控制系统硬件和软件设计。

项目任务提示

可对轮式、双足、多足等不同类型机器人进行拆卸、组装、改进设计和运行，也可以开展灭火、取球、竞速、搬运等不同功能机器人的设计和调试项目。

教学装备提示

（1）本模块的教学活动应在专用教室开展，专用教室可规划为若干个技术实践工作区域，例如，拆卸组装区、硬件设计调试区、软件设计调试区、竞赛区、讨论交流区等。

（2）专用教室应配备网络学习环境、计算机以及机器人设计软件、机器人平台、简单机械结构零件、常用传感器、控制器开发装置、常用电子元器件、电源、手工工具箱等。

【学业要求】

通过本模块的学习，学生能理解机器人三定律的内涵，了解机器人对人类生活的影响，体会机器人与人、机器的关系；能理解机器人基本组成和典型结构，掌握轮式机器人、足型机器人基本工作原理；能拆卸、组装机器人；能根据机器人的感知需求合理选择传感器，至少能实现机器人的避障、寻迹、光控、声控、加速、减速、匀速等功能中的任意四项；能结合案例分析，理解机器人路径规划和运动控制的典型任务，掌握机器人路径规划和运动控制的计算机程序设计、调试、下载方法，实现至少一种机器人的路径规划和运动控制任务；能结合案例分析，完成最小控制系统软硬件设计，利用控制器的A/D、D/A、DIO设计完整的机器人的传感器信息采集、处理和执行驱动；能撰写机器人设计书。