闭环控制演示仪

◆山东省临邑第一中学 张秀芹 曹 敏

在《闭环控制系统的组成及工作方式》的教学实践中我们发现，理论讲解难以调动学生的学习积极性，导致学生常常对所学知识一知半解。为此，我们基于土壤湿度检测的自动浇花设备，设计了闭环控制演示仪。

一、设计理念

《闭环控制系统的组成及工作方式》的重难点是如何准确获取其组成框图。基于土壤湿度检测的自动浇花设备是一个典型的闭环控制系统，制作简单，成本可控，使用便捷，所以，我们以此为例对教具进行改进设计。

运用该教具，学生不仅可以动手操作，还能直观地获取闭环控制系统的组成框图，将闭环控制系统的知识点由抽象变得直观。

二、制作材料

土壤湿度传感器1个，土壤湿度比较模块1个，5V一路继电器1个，潜水型小水泵1个，水管1根，若干杜邦线（母），导线若干，1.5V干电池4节，带开关电池盒1个，装满水的水杯1个，花盆1个，支架杆及支架座各1个，绝缘胶布。

三、制作步骤

1.将土壤湿度传感器通过两根杜邦线和土壤湿度比较模块连接，如图1所示。

图1 将土壤湿度传感器与土壤湿度比较模块连接

2.土壤湿度比较模块do端口通过一根杜邦线和继电器in端口连接，继电器的常闭端口通过一根导线与水泵的红色（正极）线连接，如图2所示。

图2 土壤湿度比较模块与继电器、水泵连接

3.将4节1.5V电池放入电池盒，将电池盒的正极通过杜邦线连接土壤湿度比较器的VCC端、继电器的VCC端和土壤湿度比较模块的公共端，电池盒的负极连接土壤湿度比较模块、继电器的接地端和水泵的负极，如图3所示。

图3 电池盒与土壤湿度比较模块、继电器、水泵连接

4.将水泵连接水管，湿度检测传感器插入土壤，将上述装置固定在支架上。整体电路连接布线如图4。

图4 整体电路连接布线

四、使用方法

1.将本教具置于水平桌面，将土壤湿度检测探头插入花盆，把水泵置于装满水的水杯中，水管的一端置于花盆上方。

2.打开电池盒开关，当土壤湿度检测探头检测到土壤湿度较低，发出信号，比较器和继电器的电源指示灯亮，继电器上的常闭开关和公共端连接，水泵抽水为花盆浇水。一旦土壤湿度达到比较器的设定值，比较器上的绿灯开启，将信号传递给继电器，继电器的开关灯开启，停止工作，继电器上的常闭开关与公共端断开，水泵停止为花盆浇水。

需要注意的是，操作过程中电池盒不能沾水，水不能直接浇在探头上，以免影响探头的检测精度。

图5 闭环控制系统组成方框图

图6 闭环控制演示仪实物图