閉環控制演示儀

◆山東省臨邑第一中學 張秀芹 曹 敏

在《閉環控制系統的組成及工作方式》的教學實踐中我們發現，理論講解難以調動學生的學習積極性，導致學生常常對所學知識一知半解。為此，我們基于土壤濕度檢測的自動澆花設備，設計了閉環控制演示儀。

一、設計理念

《閉環控制系統的組成及工作方式》的重難點是如何準確獲取其組成框圖。基于土壤濕度檢測的自動澆花設備是一個典型的閉環控制系統，制作簡單，成本可控，使用便捷，所以，我們以此為例對教具進行改進設計。

運用該教具，學生不僅可以動手操作，還能直觀地獲取閉環控制系統的組成框圖，將閉環控制系統的知識點由抽象變得直觀。

二、制作材料

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

圖1 將土壤濕度傳感器與土壤濕度比較模塊連接

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線與水泵的紅色（正極）線連接，如圖2所示。

圖2 土壤濕度比較模塊與繼電器、水泵連接

3.將4節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，電池盒的負極連接土壤濕度比較模塊、繼電器的接地端和水泵的負極，如圖3所示。

圖3 電池盒與土壤濕度比較模塊、繼電器、水泵連接

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。

圖4 整體電路連接布線

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，當土壤濕度檢測探頭檢測到土壤濕度較低，發出信號，比較器和繼電器的電源指示燈亮，繼電器上的常閉開關和公共端連接，水泵抽水為花盆澆水。一旦土壤濕度達到比較器的設定值，比較器上的綠燈開啟，將信號傳遞給繼電器，繼電器的開關燈開啟，停止工作，繼電器上的常閉開關與公共端斷開，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。

圖5 閉環控制系統組成方框圖

圖6 閉環控制演示儀實物圖