CN218351037U - 一种自动控制科普装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自动控制科普装置，包括转盘以及展示板，所述转盘下表面安装有四根立柱，转盘上表面安装有展示板，所述展示板正面沿着其圆周方向设置有多个电路图，每个所述电路图一侧上均设置有与该电路图相匹配的电子元件，所述展示板正面的中心处安装有LED灯，所述展示板背面设置有两组电池，且多个与电路图相匹配的电子元件分别并联在串联的电池和LED灯两端，且每个与电路图相匹配的电子元件一侧的展示板上还连接设置有控制该电路连通的开关。本实用新型装置集压力、温度、湿度、红外、光、磁、声等传感器于一体，利用传感器设计、制作电路，实现对LED灯亮暗的自动控制以及展示；该装置可以更好让学生通过实验了解各种元器件的功能及应用。

Description

一种自动控制科普装置

技术领域

本实用新型属于科普教具技术领域，涉及自动控制教具，尤其是一种自动控制科普装置。

背景技术

科普物理知识，只有让学生亲身体验过学习和探究的具体过程，才能真正做到学生科学素养的提升；传感器作为中学物理教学的重要课程，也作为新时代科技发展的重要研究领域，在教学的过程中更需要注重实验的设计与制作。

现有的自动控制科普装置采用单一的传感器电路设定，演示不同的传感器的自动控制功能，需要多个装置，非常不方便且成本高，同时现有的自动控制科普装置各种元器件高度整合在一体，在教学过程中不利于展示各元器件的功能及应用，不利于对电路进行分析、观察，而且当传感装置出现损耗时，不便于自行更换，进而影响整个传感装置的使用。

通过检索发现如下与本申请相关的专利文献，具体公开内容如下：

1、一种展示效果好的电路教具(CN209729230U)，包括固定板，所述固定板的顶部固定安装有数量为两个的固定块，两个所述固定块的相对面均开设有滑槽，两个所述滑槽的内部均活动连接有滑块，两个所述滑块的相对面均开设有连接槽，两个所述连接槽的内部均活动安装有转动杆。该展示效果好的电路教具，解决了现有的电路教具在角度调节上还不够完善，教学者在对电路进行教学时，需要将教具上中的电子器件通过导线进行连接，在连接完成后，往往需要将教具通过手持的方式进行竖起，给教学者带来麻烦，也会降低教具的展示效果，导致受教者不能更好的对教具上的展示内容进行观看，降低了受教者的学习兴趣的问题。

2、电路教具(CN214410463U)，包括充电模组、放电模组、加速模组、指示模组以及控制开关，所述控制开关用于控制充电模组充电以及放电模组放电，所述充电模组与放电模组串联，所述指示模组串联在充电模组与放电模组之间，用于指示充电是否完成。所述放电模组与加速模组串联，所述放电模组给加速模组提供初始大电流，使加速模组产生一个加速度。本申请的电路教具更直观地展示了电磁的加速效果，加深学生对电路原理的进一步理解，帮助学生在获得初步电路知识的同时培养对电路学习的兴趣。

3、一种多功能理科教学教具(CN212624529U)，包括背板、开关模块、灯泡模块、电池模块和导线，背板前面开设有多个插孔，背板底部设有支架，开关模块、灯泡模块和电池模块底部均设有与插孔互相配合的插销，开关模块、灯泡模块和电池模块两端均设有接线桩，采用此种用于多功能理科教学教具，实现了将电路教具固定连接到一个平面上，从而能方便的用于展示。

通过技术特征的对比，上述公开专利文献与本实用新型的技术结构不相同，不会影响本实用新型申请的创造性及新颖性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种自动控制科普装置，该装置简单容易实现，对于传感器应用方面的知识，可以借助复合传感器教具，要求学生自己通过实际的观察、活动学到知识，让学生在观察和实验中直接获得生动的实验事实，体会和感悟实验方法对物理学习的重要性，具有推广使用的价值。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种自动控制科普装置，包括转盘以及展示板，所述转盘下表面安装有四根立柱，转盘上表面安装有展示板，所述展示板为圆形板，所述圆形板正面沿着其圆周方向间隔设置有多个电路图；每个所述电路图一侧的圆形板上均设置有与该电路图相匹配的电子元件，所述圆形板的上表面中心处安装有LED灯，所述圆形板背面设置有两组电池，且多个与电路图相匹配的电子元件分别并联在串联的电池和LED灯两端，且每个与电路图相匹配的电子元件一侧的圆形板上还连接设置有控制该电路连通的开关。

而且，多个电路图包括磁控和水银开关电路图、温控开关电路图、湿度控制开关电路图、红外传感开关电路图、霍尔开关电路图、压力开关电路图、声控开关电路图以及光控开关电路图。

而且，所述电路图通过记号笔绘制在展示板上或通过贴纸的方式贴在展示板上。

而且，两组电池包括6V电池和3V电池。

而且，所述磁控和水银开关电路图与其匹配的电子元件为干簧管和水银开关式碰撞传感器；所述温控开关电路图与其匹配的电子元件为热敏传感器；所述湿度控制开关电路图与其匹配的电子元件为湿度传感器；所述红外传感开关电路图与其匹配的电子元件为红外热释传感器；所述霍尔开关电路图与其匹配的电子元件为霍尔开关；所述压力开关电路图与其相匹配的电子元件为压力传感器；所述声控开关电路图与其相匹配的电子元件为声控传感器；所述光控开关电路图与其相匹配的电子元件为光敏电阻传感器。

而且，所述水银开关式碰撞传感器和干簧管均设置在展示板上，所述干簧管与水银开关式碰撞传感器在电路中为并联设置。

而且，所述温控开关电路图对应的电子元件还包括三极管、电阻一以及电阻二，所述三极管为电流放大器件，且所述电阻一、电阻二与热敏传感器构成分压器。

而且，所述声控传感器是由声光控传感器改装而成，将声光控传感器的光敏电阻用电胶布做遮光处理。

本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型与现有技术相比，科普装置集压力、温度、湿度、红外、光、磁、声等传感器于一体，利用传感器设计、制作电路，实现对LED灯亮暗的自动控制以及展示教具功能；

本实用新型将中学物理所学传感器融为一体，且操作过程简洁明了，不同的传感器对应不同的操作过程，学生可以通过实验了解各种元器件的功能及应用，教师可对电路进行分析，还可以引导学生设计电路，带领学生进行课题研究；

本实用新型将物理教学从纯理论教学转向了实验教学，并通过电路设计及制作让学生了解自动控制其实很简单，提高学生学习科学的兴趣，培养学生动手能力、分析问题的能力等，从而达到较好的教学和科普的效果。

附图说明

图1是本实用新型正面的结构示意图；

图2是本实用新型背面的结构示意图；

图3为本实用新型磁控、水银开关电路图；

图4为本实用新型温控开关电路图；

图5为本实用新型湿度控制开关电路图；

图6为本实用新型红外传感开关电路图；

图7为本实用新型霍尔开关电路图；

图8为本实用新型压力开关电路图；

图9为本实用新型声控开关电路图；

图10为本实用新型光控开关电路图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

一种自动控制科普装置，包括转盘14以及展示板1，所述转盘下表面安装有四根立柱15，转盘上表面安装有展示板，所述展示板为圆形板，所述圆形板正面沿着其圆周方向均布间隔设置有多个电路图12；每个所述电路图一侧的圆形板上均设置有与该电路图相匹配的电子元件，所述圆形板的上表面中心处安装有LED灯2，所述圆形板背面设置有两组电池13，且多个与电路图相匹配的电子元件分别并联在串联的电池和LED灯两端，且每个与电路图相匹配的电子元件一侧的圆形板上还连接设置有控制该电路连通的开关11；

进一步，多个电路图包括磁控和水银开关电路图、温控开关电路图、湿度控制开关电路图、红外传感开关电路图、霍尔开关电路图、压力开关电路图、声控开关电路图以及光控开关电路图；

上述电路图可以通过记号笔绘制在展示板上，也可以通过贴纸的方式贴在展示板上；且在对应不同的电路图安装相对应的电子元件；

所述展示板由亚克力材质制成；所述转盘为现有的餐桌转盘结构，这边就不多阐述；

上述两组电池分别为6V电池和3V电池；

本装置上的各个电路图对应的电路设计及实验操作具体内容如下：

1)、所述磁控和水银开关电路图，如图3所示，与其匹配的电子元件为干簧管和水银开关式碰撞传感器3，且所述水银开关式碰撞传感器一侧的展示板上设置有干簧管，所述干簧管与水银开关式碰撞传感器并联设置，且与控制干簧管或者水银开关式碰撞传感器连通开闭的开关串联；

具体实验操作：闭合开关，当用磁铁靠近干簧管时，LED灯亮，磁铁移开，LED灯灭；当倾斜本装置时，水银开关闭合，LED灯亮，当本装置水平放置时，水银开关断开，LED灯灭；可重复多次实验，实验完毕，断开开关；

2)、所述温控开关电路图，如图4所示，与其匹配的电子元件为热敏传感器4，该温控开关电路采用的是NTC热敏电阻作为元件，所述NTC热敏电阻其性质是常温时电阻约为11KΩ，当温度大于70℃时，电阻急速减小为1.5KΩ左右。如果将热敏直接与二极管和电源串联，当温度大于70℃时，二极管会发光，但是亮度太低。为使实验现象更加明显，实验电路使用NPN型三极管S9014作为电流放大器件，通过NTC阻值的变化控制LED亮度变化；R₁、R₂与NTC构成分压器，调节R₁的阻值可使得常温状态下三极管基极电压处于阈值电压附近，使得三极管基极的电流为零，此时三极管恰好处于截止状态，LED灯不发光。当NTC受热阻值减小时，流入三极管的基极电流Ib增大。由于三极管的电流放大效应，集电极-发射极电流(Ice)将急剧增大，理论变化量为β倍(Ice≈βIb，S9014的电流放大倍数β约为300)，LED灯迅速点亮；且该温控开关电路上还串联设置有用于控制整个电路连通开闭的开关；

具体实验操作：闭合开关，调节可变电阻R₁，使得二极管处于刚好熄灭的状态，实测此时R₁的阻值约为3.3KΩ；将热敏电阻放入热水中，电阻变小，三极管导通，LED灯发光。温度降低时，LED灯熄灭。可重复多次实验，实验完毕，断开开关。

3)、所述湿度控制开关电路图，如图5所示，与其匹配的电子元件为湿度传感器5，湿度检测模块的端口D0为弱上拉输出，内部通过一个10KΩ左右的电阻连接到电源正极，同时并联一个接到地的受控电子开关；当湿度大于传感器设定的阈值时，D0内部的电子开关处于导通状态，小于该阈值时，电子开关断开。电子开关导通时，电流从电源正极流经发光二极管进入D0，D0通过电子开关接地，发光二极管点亮。电子开关断开时，D0内部只剩下连接到电源正极的电阻，发光二极管两端等电位，LED灯熄灭，且控制该电路开闭的开关具体设置在电池和LED灯之间；

具体实验操作：闭合开关，调节湿度检测模块的阈值设定电位器，使得湿度探头插入湿润物体时，LED灯亮，脱离湿润物体时LED灯灭。可重复多次实验。实验完毕，断开开关。

4)、所述红外传感开关电路图，如图6所示，与其匹配的电子元件为红外热释传感器6，红外热释传感器自动控制电路是由人体红外热释电传感器改装而成，电路图其工作电压是5V，本电路采用两组电池，一组为3V电池、一组为6V电池,在6V电池后加一个N4007二极管降压获得约5V电压给传感器供电，当传感器感应到周围红外信号时，蓝线输出高电压，使得三极管导通，LED灯发光；且在6V电池与N4007二极管之间的线路上串联保护二极管用的开关，且控制该电路中传感器工作的开关设置在3V电池和LED灯之间；

具体实验操作：闭合开关；传感器感应到周围人体红外信号时，三极管处于导通状态，LED灯发光。用盒子将传感器罩住，10秒左右，LED灯熄灭。可重复多次实验。实验完毕，断开开关。

5)、所述霍尔开关电路图，如图7所示，与其匹配的电子元件为霍尔开关7；该电路的霍尔开关棕、蓝两根线需提供5～30V电压，黑、蓝两线为传感器输出端，当有磁铁靠近时，黑、蓝两极间通过三极管导通；且控制该电路开闭的开关串联至LED灯；

具体实验操作：闭合开关，将磁铁靠近霍尔开关，LED灯发光，将磁铁远离霍尔开关，LED灯熄灭；可重复多次实验。实验完毕，断开开关。

6)、所述压力开关电路图，如图8所示，与其相匹配的电子元件为压力传感器8，该压力传感器自动控制装置是由薄膜压力传感器(FSR)设计制作而成；正常无压力情况下，薄膜压力传感器两端的电阻约为20KΩ，当用力大于0.2N按压传感器黑色部分时，传感器两端的电阻急剧减小，当力大于2N时，电阻变为10KΩ以下，当力大于10N时，电阻变为5KΩ以下。如果直接将FSR与电源、LED灯串联接入电路，也可控制LED的亮度，但总体亮度较暗，且随力的变化，LED灯亮度变化不明显。为使实验现象更加明显，本实验电路使用NPN型三极管S9014作为电流放大器件，通过FSR阻值的变化控制LED电流产生亮度变化。FSR与R₁的上臂并联作为可调分压器，调节三极管基极电压。调节电位器R₁改变基极分压比，可使FSR不受压力作用时三极管恰好处于截止状态，LED不发光。当FSR受压力时，阻值减小，FSR与R₁构成的分压器分压比增大，流入三极管基极的电流Ib增大。由于三极管的电流放大效应，LED迅速点亮且亮度较接入三极管前明显提高；且控制该电路开闭的开关串联至LED灯；

实验操作：闭合开关。调节R₁可变电阻，使得二极管刚好熄灭的状态，按压薄膜压力传感器黑色部分，可发现当用力按时，LED灯发光，力气越大，亮度越大。不按压时，LED灯熄灭。可重复多次实验。实验完毕，断开开关。

7)、所述声控开关电路图，如图9所示，与其相匹配的电子元件为声控传感器9，该声控传感器自动控制装置是由声光控控制模块改装而成，其声控传感器模块的工作原理为，输入电压范围为3～30V，当无光，声音大于20分贝时有电压输出，输出电压等于输入电压。本实验采用6V电池作为输入电压，将光敏电阻用电胶布做遮光处理；在声控传感器模块输出端接一个2.7KΩ定值电阻R₁和一个S9014三极管Q1搭建通断控制电路，定值电阻的作用是限制三极管基极电流Ib，防止过流烧毁三极管。当声控传感器输出6V电压时，通过R₁流入三极管基极的电流Ib约为(6-0.7)/2.7KΩ＝1.96mA(0.7V为三极管基极-发射极电压降)。根据S9014三极管的数据手册，此时三极管进入饱和工作区，集电极-发射极(CE)间有固定电压降约0.7V。此时三极管处于导通状态，LED灯亮。当声传感器输出0V电压时，流入三极管的基极电流Ib此时为零。三极管处于截止工作状态，CE间流过的电流为零，等效为断开状态，LED灯灭，且控制该电路开闭的开关串联至LED灯；

实验操作：闭合开关。拍手，声传感器模块输出电压6V，三极管导通，显示电路部分回路导通，LED灯发光。40秒左右LED灯自动熄灭。可重复多次实验。实验完毕，断开开关。

8)、所述光控开关电路图，如图10所示，与其相匹配的电子元件为光敏电阻传感器10，在光照情况下，光敏电阻的阻值约为2KΩ，当遮光时，电阻增大为0.2-0.5MΩ。因此当光敏电阻被遮光时，电阻的阻值增大，三极管处于导通状态，LED灯发光，且控制该电路中传感器工作的开关设置在3V电池和LED灯之间；

实验操作：闭合开关。将光敏电阻遮光，三极管导通，LED灯发光。不遮光，LED灯熄灭。可重复多次实验。实验完毕，断开开关。

本实用新型与现有技术相比，科普装置集压力、温度、湿度、红外、光、磁、声等传感器于一体，利用传感器设计、制作电路，实现对LED灯亮暗的自动控制以及展示教具功能；

本实用新型将中学物理所学传感器融为一体，且操作过程简洁明了，不同的传感器对应不同的操作过程，学生可以通过实验了解各种元器件的功能及应用，教师可对电路进行分析，还可以引导学生设计电路，带领学生进行课题研究；

本实用新型将物理教学从纯理论教学转向了实验教学，并通过电路设计及制作让学生了解自动控制其实很简单，提高学生学习科学的兴趣，培养学生动手能力、分析问题的能力等，从而达到较好的教学和科普的效果。

尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (8)

1.一种自动控制科普装置，其特征在于：包括转盘以及展示板，所述转盘下表面安装有四根立柱，转盘上表面安装有展示板，所述展示板为圆形板，所述圆形板正面沿着其圆周方向间隔设置有多个电路图，每个所述电路图一侧的圆形板上均设置有与该电路图相匹配的电子元件，所述圆形板的上表面中心处安装有LED灯，所述圆形板背面设置有两组电池，且多个与电路图相匹配的电子元件分别并联在串联的电池和LED灯两端，且每个与电路图相匹配的电子元件一侧的圆形板上还连接设置有控制该电路连通的开关。

2.根据权利要求1所述的自动控制科普装置，其特征在于：多个电路图包括磁控和水银开关电路图、温控开关电路图、湿度控制开关电路图、红外传感开关电路图、霍尔开关电路图、压力开关电路图、声控开关电路图以及光控开关电路图。

3.根据权利要求1所述的自动控制科普装置，其特征在于：所述电路图通过记号笔绘制在展示板上或通过贴纸的方式贴在展示板上。

4.根据权利要求1所述的自动控制科普装置，其特征在于：两组电池包括6V电池和3V电池。

5.根据权利要求2所述的自动控制科普装置，其特征在于：所述磁控和水银开关电路图与其匹配的电子元件为干簧管和水银开关式碰撞传感器；所述温控开关电路图与其匹配的电子元件为热敏传感器；所述湿度控制开关电路图与其匹配的电子元件为湿度传感器；所述红外传感开关电路图与其匹配的电子元件为红外热释传感器；所述霍尔开关电路图与其匹配的电子元件为霍尔开关；所述压力开关电路图与其相匹配的电子元件为压力传感器；所述声控开关电路图与其相匹配的电子元件为声控传感器；所述光控开关电路图与其相匹配的电子元件为光敏电阻传感器。

6.根据权利要求5所述的自动控制科普装置，其特征在于：所述水银开关式碰撞传感器和干簧管均设置在展示板上，所述干簧管与水银开关式碰撞传感器在电路中为并联设置。

7.根据权利要求5所述的自动控制科普装置，其特征在于：所述温控开关电路图对应的电子元件还包括三极管、电阻一以及电阻二，所述三极管为电流放大器件，且所述电阻一、电阻二与热敏传感器构成分压器。

8.根据权利要求5所述的自动控制科普装置，其特征在于：所述声控传感器是由声光控传感器改装而成，将声光控传感器的光敏电阻用电胶布做遮光处理。

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