通用傳感器演示與檢測模擬機(jī)器人的設(shè)計(jì)

謝玉勝

普通高中最新版《通用技術(shù)》教材中的選擇性必修一《電子控制技術(shù)》第四章《傳感器與繼電器》和普通高中最新版《物理》教材中的選擇性必修二的第六章《傳感器》中，缺少對(duì)常用傳感器件進(jìn)行檢測并兼具實(shí)用性和趣味性的教具。

為了增強(qiáng)教學(xué)趣味性，我設(shè)計(jì)并制作了一款通用傳感器演示與檢測模擬機(jī)器人。

一、設(shè)計(jì)思路

該項(xiàng)目采用人形機(jī)器人玩具及電子元件設(shè)計(jì)制作而成。電子線路裝置安裝在機(jī)器人玩具背面，其特點(diǎn)是：采用常見電子元器件制作一塊信號(hào)放大電路與自適用可調(diào)電路板，電路板上設(shè)計(jì)了傳感器件輸入插座與靈敏度旋鈕，通過調(diào)整靈敏度旋鈕可檢測不同的傳感器件。測控電路是模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的進(jìn)一步擴(kuò)展與延伸。

二、制作過程

（一）裝置的基本制作

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，購置制作主控制器電路板和配套的電子元器件。

在焊接時(shí)以先焊小元件，再焊大元件，最后焊集成塊的原則進(jìn)行。集成塊NE555采用雙排8腳直插式結(jié)構(gòu)，腳排列較密集，焊接時(shí)需用尖烙鐵頭快速焊接，并反復(fù)檢查有無虛、假、錯(cuò)焊，有無拖錫短路造成故障。只有按上述要求焊接組裝，才能確保設(shè)備正常工作。

先裝配功能電路板，后焊接電機(jī)、電源部分的引線。打開機(jī)器人后蓋，取出原有電機(jī)，將配好的接線焊在電機(jī)上，在機(jī)器人頭部串連1N4148二極管，將電源與電機(jī)接線并從后背的孔引出，最后組裝頭和搖頭杠桿后，蓋上后蓋即可（注意保證內(nèi)部有足夠活動(dòng)的空間，避免被卡住）。裝入3節(jié)5號(hào)電池，將電路板固定在電池外邊，通過調(diào)節(jié)W2、W1控制設(shè)備前進(jìn)、后退的時(shí)間。

（二）通用傳感器件檢測部分制作

通用傳感器件檢測部分采用電阻R1—R5，電容C1、C2，二極管D1—D3，三極管Q1—Q3，可調(diào)電位器W以及蜂鳴器BZ制作一塊信號(hào)放大電路與自適用可調(diào)電路板，將傳感器件探頭C、D輸入分別接紅、黑接線夾安裝在前面板上，電源指示燈（二極管D1）和工作指示燈（二極管D3）安裝在前面板上，可調(diào)電位器W外接靈敏度調(diào)整旋鈕。

最后將整塊電路板安裝在機(jī)器人背面，在電路板上設(shè)計(jì)一個(gè)傳感器件插座，將靈敏度旋鈕、工作指示燈裝在電路板上。

三、使用注意事項(xiàng)

（一）本裝置需搭配3節(jié)5號(hào)蓄電池使用。

（二）將要檢測的傳感器（如光敏電阻、熱敏元件、紅外傳感器、壓力傳感器、磁力傳感器等）插入插座，適當(dāng)調(diào)整靈敏度旋鈕，本裝置接收信號(hào)后開始工作行走。行走距離與傳感器接收的信號(hào)大小、靈敏度以及延時(shí)時(shí)間有關(guān)。

（三）調(diào)整靈敏度旋鈕和兌換傳感器件引腳，機(jī)器人不行走，表明所檢測的傳感器開路損壞；機(jī)器人一直不停地走，表明所檢測的傳感器短路或漏電損壞。

四、創(chuàng)新點(diǎn)

本教具既能演示具有各種感覺功能的第二代機(jī)器人的基本工作原理，又能檢測多種通用傳感器件性能的好壞、極性的判別。通過調(diào)整靈敏度旋鈕，還能增強(qiáng)本教具的通用性。

五、進(jìn)一步設(shè)想

裝置簡化輸出模塊暫未使用顯示單元，能對(duì)多種通用傳感器進(jìn)行教學(xué)演示與檢測，但不能對(duì)傳感器進(jìn)行精細(xì)檢測和定量分析，也無法按照程序?qū)C(jī)器人進(jìn)行控制。后續(xù)將對(duì)此進(jìn)一步開展研究改進(jìn)。