(共49张PPT)
活动二
探究控制过程
的典型三环节
（黔科版）六年级
01
教学目标
02
课堂导入
03
学习目标
04
分析感应水龙头控制过程的典型三环节
05
探究控制过程的输入环节
08
拓展延伸
09
课堂小结
10
板书设计
06
探究控制过程的计算环节
07
探究控制过程的输出环节
01
教学目标
1、信息意识：能够识别和理解控制过程中涉及的各类信息，包括输入信号、处理逻辑和输出结果。
2、计算思维：能够将复杂的控制过程分解为若干可控步骤，如输入检测、逻辑判断和输出执行。
3、数字化学习与创新：能够使用现代控制设备或应用程序来实现自动化控制，体验现代科技带来的便利。
4、信息社会责任：能够使用智能控制设备时注意个人信息安全，避免泄露家庭住址等敏感信息。
在上一节中，我们初步认识了什么是控制，发现在生活中到处都有控制的存在。接下来，我们一起来探索感应水龙头是如何工作的，以便更好地理解控制过程通常包含的三个环节，从而加深对控制的理解。
04
课堂导入
04
课堂导入
你将学到
★控制过程有哪三个典型环节
★控制过程的典型三环节有哪些常见设备
★什么是开关量和连续量
活动向导
1.分析感应水龙头控制过程的典型三环节
2.探究控制过程的输入环节
3.探究控制过程的计算环节
4.探究控制过程的输出环节
知识拓展
04
课堂导入
05
分析感应水龙头控制过程的典型三环节
在医院、机场、旅游景点等公共场所，经常会见到一种能自动出水的感应水龙头，其使用过程如图1-2-2所示。
图 1-2-2
05
分析感应水龙头控制过程的典型三环节
感应水龙头之所以能以无接触方式自动控制出水和关水，是因为其内部具有红外传感器、控制电路和阀门，可以实现输入、计算和输出的功能，如图1-2-3 所示。输入、计算和输出是控制过程的典型三环节。
图 1-2-3
05
分析感应水龙头控制过程的典型三环节
虽然不同的机器和设备有着各自复杂的工作原理，但从控制的角度看，它们通常都包含“输入、计算、输出”这三个典型环节。其中，输入是机器接收外界信息的过程，计算是机器内部分析处理输入信息的过程，输出是机器根据计算结果作出反应的过程。就像我们人类，通过眼睛、耳朵输入信息，大脑计算分析后指挥身体输出反应，输入、计算、输出是控制过程的共同点。
小贴士
05
分析感应水龙头控制过程的典型三环节
感应水龙头的红外传感器、控制电路和阀门是控制过程中的感应、控制和执行装置,可以发挥类似于人的感官、大脑和肢体器官一样的作用,如表 1-2-1所示。
输入 计算 输出
感应水龙头 借助红外传感器感知环境 借助控制电路对传感器传来的信号进行计算、处理，输出控制信号(开、关) 阀门对接收到的控制信号作出反应
●收到“开”信号，阀门打开，水龙头出水
●收到“关”信号，阀门关闭，水龙头关水
人体 利用感觉器官去感受，如用眼睛看，用耳朵听，用舌头尝，用鼻子闻等 利用大脑去计算、比较、判断、分析、决策 肢体器官(手、足、口等)的动作或言语
05
分析感应水龙头控制过程的典型三环节
有些感应水龙头还设有“超时洗涤时间”(如30秒)功能，当手或其他异物在感应区停留超过 30 秒，感应水龙头自动停水，这样可以有效节约用水。
小贴士
05
分析感应水龙头控制过程的典型三环节
想一想
与普通水龙头相比，感应水龙头有哪些优势
一、节水：感应水龙头能够自动检测用户的存在，并在用户接近时自动打开或关闭水龙头，避免了因忘记关水龙头而导致的水资源浪费。
二、卫生：由于在使用过程中不需要人手触摸到龙头，可以有效防止细菌交叉感染，特别适用于公共场所和医院等卫生要求较高的场所。
三、方便：伸手就来水，离开就关闭的功能，使得使用更加方便快捷。
四、美观：感应水龙头的设计通常更大气美观，不会那么繁琐，具有很强的装饰性。
05
分析感应水龙头控制过程的典型三环节
想一想
生活中还有哪些具有感应功能的设备、电器，它们在哪些场所使用，有什么优势
一、感应门
应用场所：商场、酒店、医院、办公楼等公共场所。
优势：自动开关门，方便人员进出，减少接触传播疾病的风险，提高通行效率。
二、感应电梯
应用场所：高端写字楼、商务大厦、高档住宅小区等。
优势：自动感应召唤电梯，减少等待时间，提高电梯使用效率，避免直接接触电梯按钮，降低交叉感染风险。
05
分析感应水龙头控制过程的典型三环节
感应灯是日常生活中常见的一种设备，在许多住房、楼道、街道都能看到它的身影，如图1-2-4所示。这种灯可以感应到人经过，然后自动点亮，又自动熄灭，方便实用，且节能环保。我们可以思考它是如何工作的。试试搜集关于感应灯的相关信息，然后运用学过的知识，分析这种灯的输入、计算、输出三个环节。
做一做
图1-2-4
05
分析感应水龙头控制过程的典型三环节
知识拓展
控制过程有哪三个典型环节
一、即输入、计算和输出：
输入：在控制过程中，首先需要明确控制的目标和标准。
在确立了标准之后，接下来需要通过收集和分析数据来衡量实际工作绩效与控制标准的符合程度。这个过程需要使用具体的、可衡量的指标来评估工作绩效。
在衡量了工作绩效之后，如果发现实际工作绩效与控制标准存在偏差，就需要采取措施进行纠正。纠正偏差的目的是使实际工作重新回到控制标准所规定的范围之内，以确保组织目标的实现
06
探究控制过程的输入环节
在感应水龙头控制过程的输入环节，水龙头可以借助红外传感器，检测是否有手或物体靠近。
06
探究控制过程的输入环节
具体来说，当手放在水龙头的感应区域时，红外传感器会检测到并生成相应的输入信号。当手离开红外感应区域时，红外传感器也会检测到这一变化，并相应产生另一个输入信号。这些输入信号会即时传送到与之连接的控制电路中，如图1-2-5所示。这样，通过红外传感器的检测，感应水龙头可以实时获取外界变化的输入信息。
图1-2-5
05
探究控制过程的输入环节
红外传感器是利用红外线易反射这一特点制成的一种传感器。当它发出的红外线被物体反射回来时,传感器能检测到并作出响应。这就像蝙蝠发出超声波探测周围环境一样,通过发出人肉眼看不见的红外线来“看”周围的环境变化。
红外传感器常被用于控制过程的输入环节。
小贴士
05
探究控制过程的输入环节
传感器与开关量、连续量
传感器就像人体的“眼睛”和“耳朵”等感觉器官，可以感知周围环境的亮度、温度、湿度、速度等信息，然后把这些信息转化成信号传输出去。
科学园地
05
探究控制过程的输入环节
有一种传感器，输出的信号只有两种状态，如开和关，通电和断电等。这种信号称为开关量，如图1-2-6所示。
科学园地
图1-2-6
05
探究控制过程的输入环节
还有一种传感器，输出的信号是一组连续变化的数据(具有两种以上的状态)，如我们的耳朵能感受不同音量的声音，这种信号称为连续量，如图1-2-7所示。另外，有的传感器集成了上述两种传感器的功能，既能输出开关量也能输出连续量。
科学园地
图1-2-7
05
探究控制过程的输入环节
除了红外传感器，还有其他各种类型的传感器，如温湿度传感器光敏传感器、压力传感器、烟雾报警器(火灾)等，它们能帮助设备感知各种不同的环境信息，它们中的一些既能输出连续量也能输出开关量。
科学园地
06
探究控制过程的输入环节
除了传感器，控制过程的输入还可以来自其他一些输入设备，这些设备需要通过人工操作输入各种数据或者控制指令。比如按钮开关，按一下相当于输入一个信号;旋钮可以调整水流量，就像游戏手柄控制速度一样;键盘可以输入文字和数字;鼠标可以点按来选择操作;触摸屏可以感应手指的移动输入信息(图1-2-8)。这些设备和传感器不同，需要人为参与，它们常常和传感器一起使用，丰富了控制过程的输入方式。
图1-2-8
05
探究控制过程的输入环节
数字化学习
上网查阅相关资料，了解各种传感器及其他输入设备的作用。
一、传感器的作用：
信息收集：传感器能够探测并收集环境中的各种信息，如光、热、湿度、压力等，这些信息对于科学研究和工业控制至关重要。
二、其他输入设备的作用：
数据输入：输入设备允许用户或外部系统向计算机输入数据和指令，是人机交互的基础。
信息转换：输入设备将用户的操作转换为计算机能够理解和处理的信号，如键盘输入的文字和鼠标的点击。
05
探究控制过程的输入环节
分小组，每组选择下表中的一个项目，搜集相关资料，分析其输入环节是如何工作的，总结出关键点，汇总后填写表1-2-2，并制作演示文稿在全班交流。
做一做
常见设备或电器 输入装置或设备 输入方式(自动采集/人工操作) 输入的数据、指令 产生的信号(连续量/开关量)台灯
台灯
电子温度计
手机
电热毯
八音盒
开关按钮、光敏传感器
手动操作（开关按钮）
开关状态
开灯、关灯、调节亮度
温度传感器
自动采集
温度数值
通过读取温度数据进行处理
触摸屏
手动操作（触摸屏、按键）
触摸位置
用户操作指令（如打开应用
温度传感器
自动采集（温度传感器）
温度数值
加热、停止加热
机械结构
人工操作
无具体数据
上紧发条启动
05
探究控制过程的输入环节
知识拓展
控制过程的典型三环节有哪些常见设备
一、输入：控制器：控制器是自动控制系统的核心部分，负责根据检测环节提供的输入信号，通过一定的控制算法计算出控制信号，并将其发送给执行器。
二、计算：变送器：变送器将传感器输出的电信号转换为标准信号，以便控制器能够正确识别和处理。
三、输出：执行器：执行器是自动控制系统的输出部分，其主要作用是接收控制器输出的控制信号。
06
探究控制过程的计算环节
当感应水龙头的红外传感器检测到我们的手，会把信息传给控制器，控制器就像水龙头的“大脑”，马上会进行计算和判断。具体来说，控制器可以接收红外传感器输入的信号，然后判断这是打开水龙头的信号还是关闭水龙头的信号。如果红外传感器告诉控制器“有手在这里”，控制器会判断这是打开水龙头的信号。
06
探究控制过程的计算环节
如果红外传感器告诉“手离开了”，控制器会判断这是关闭水龙头的信号。控制器根据判断结果，输出相应的控制信号来开启或关闭水路的阀门，如图1-2-9所示。计算环节像我们的大脑一样，可以分析输入的信息，作出判断和决策。
图1-2-9
06
探究控制过程的计算环节
感应水龙头的控制电路实际上是一种微控制器，它将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上。目前它的成本越来越低，而性能越来越强大，因而被广泛应用于各种数字化设备中，如游戏机、手机、电子玩具、电视机、空调等。
小贴士
06
探究控制过程的计算环节
多种多样的控制器
控制过程的计算环节除了可以使用微控制器外，还可以使用其他类型的控制器，如机械控制器、气动控制器等。
平时使用的抽水马桶，水箱里的水位控制就是典型的机械控制应用。即通过浮球和连杆等机械结构，实现放水、进水及停止进水的控制，如图 1-2-10 所示。
科学园地
图 1-2-10
06
探究控制过程的计算环节
公交车的车门使用了气动控制器(图1-2-11)，它利用气压和气流来驱动车门的打开和关闭，因此在使用时会产生喷气声，
不同类型的控制器各有特点，分别适用于不同的场景。按需选用合适的控制器，可以实现对设备或生产过程等的精确控制。
科学园地
图 1-2-11
06
探究控制过程的计算环节
延续上一个“做一做”活动，继续分析选定电器或设备的计算环节。总结关键信息后填写表 1-2-3，并制作演示文稿在全班交流。
做一做
常见设备或电器 输入装置或设备 输入方式(自动采集/人工操作)
台灯
电子温度计
手机
电热毯
八音盒
台灯通常通过手动
操作开关来控制
人工操作
DS18B20温度传感器
自动采集
触摸屏进行输入
人工操作
电热毯通常通过控制器进行操作
人工操作
八音盒一般通过发条驱动
人工操作
05
探究控制过程的计算环节
知识拓展
什么是开关量和连续量
一、信号形式
开关量：只有两种状态，通常用0和1表示。
连续量：在一定范围内连续变化，可以取无数个值
二、数据表示
开关量：数据通常以二进制形式表示，例如通过接触器的触点、空气开关等产生信号。
连续量：数据通常以连续的电压或电流形式表示，例如通过传感器和变送器产生的信号。
06
探究控制过程的输出环节
感应水龙头有一个很重要的部件，叫作“阀门”(电磁阀)，它就像水龙头的“手”，根据控制器的指令来开关水流。这个阀门是控制过程中输出环节的设备，是一种执行装置，可以接收控制器发出的电信号。
06
探究控制过程的输出环节
当控制器判断需要出水时，会向阀门输出“打开”信号，阀门会被打开，水就流出来了。如果控制器判断要关闭水流，就会向阀门输出“关闭”信号，阀门会切断水流，水就停了，如图 1-2-12所示。可以看出，阀门是负责执行控制器指令的“小伙伴”它把计算环节的结果转化成实际的水流开关动作。
图1-2-12
06
探究控制过程的输出环节
执行装置也称为执行器，是一种输出设备，它可以产生旋转、关闭、打开、推或拉等动作。
小贴士
06
探究控制过程的输出环节
多种多样的输出
控制过程的输出环节主要借助各类输出设备来实现结果的输出，输出形式多种多样,如声音、光线、电流、热量、开关状态、机械运动(旋转、改变位置或角度)等，它们既可以是连续量，也可以是开关量。
科学园地
06
探究控制过程的输出环节
具体来说，IED灯可以用于光的输出;蜂鸣器可以输出警报声:显示屏可以输出文字、图像、视频等;音箱可以输出各种声音;电机可以驱动轮子、轴承进行旋转运动。这些都是常见的输出设备，如图1-2-13 所示。
科学园地
图1-2-13
06
探究控制过程的输出环节
延续前两次“做一做”活动，继续分析选定的电器或设备的输出环节。请汇总关键信息后填写表1-2-4，并制作演示文稿在全班交流。
做一做
常见设备或电器 输入装置或设备 输入方式(自动采集/人工操作)
台灯
电子温度计
手机
电热毯
八音盒
台灯的输出装置通常是灯泡
连续量
电子温度计的输出装置是显示屏或数据接口
连续量或开关量
手机的输出装置包括屏幕、扬声器、振动器等
连续量或开关量
电热毯的输出装置是加热元件
连续量
八音盒的输出装置是音响系统
连续量
06
探究控制过程的输出环节
上网查阅资料，尝试分析微波炉控制过程的典型三环节及对应的装置，填写表 1-2-5，并尝试画出示意图。
挑战时刻
输入 计算 输出
磁控管（产生微波的关键部件）、继电器（控制磁控管的电源）、显示屏（显示当前状态和设置信息）。
微处理器或微控制器，负责处理输入信号并做出决策。
用户界面（按钮、触摸屏、旋钮等）、传感器（如温度传感器、门开关传感器）。
06
探究控制过程的输出环节
上网查阅资料，尝试分析微波炉控制过程的典型三环节及对应的装置，填写表 1-2-5，并尝试画出示意图。
挑战时刻
07
拓展延伸
1、微波炉工作原理
07
拓展延伸
2、生活中还有哪些常见智能设备呢？
(1) 智能穿戴设备：如智能手表、智能手环、智能眼镜等。这些设备能够监测用户的健康数据（如心率、步数、睡眠质量），并提供运动追踪、消息提醒等功能。
（2）智能厨房设备：如智能冰箱、智能烤箱、智能咖啡机等。这些设备可以自动调节温度、时间和其他参数，以优化烹饪效果。
（3）智能安防系统：包括智能摄像头、智能报警器、智能门铃等。这些设备能够实时监控家庭安全状况，并在检测到异常情况时发出警报或通知用户。智能摄像头可以录制视频并存储在云端。
07
拓展延伸
3、智能控制给我们生活带来了哪些好处？
(1) 提高生活质量：智能控制设备可以根据用户的生活习惯和需求自动调节家居环境，如温度、湿度、照明等，从而提高居住舒适度。例如，智能温控器可以根据室内外温差自动调节空调温度，智能照明系统可以根据光线强度自动开关灯光。
（2）节约能源：智能控制设备可以精确地控制能源的使用，避免浪费。例如，智能插座可以在不使用时自动切断电源，智能恒温器可以根据实际需要调节供暖和制冷系统的运行时间和功率。
07
拓展延伸
4、我们如何学好智能控制？
(1) 基础知识学习：首先需要掌握电子技术、计算机科学等相关领域的基础知识，这是理解和应用智能控制的前提。可以通过阅读教材、参加在线课程等方式进行学习。
（2）实践操作：理论知识需要通过实践来巩固和应用。可以尝试搭建一些简单的控制系统，如基于Arduino或Raspberry Pi的小型项目，通过实际操作来加深理解。
（3）编程技能：学习至少一种编程语言，如Python、C++等，这对于开发智能控制系统非常重要。可以通过在线教程、编程书籍等方式学习编程基础。
08
课堂小结
《探究控制过程的典型三环节》课程小结： 我们了解了控制过程的典型三环节——输入、计算和输出。这三个环节在各种控制系统中都非常重要，无论是工业生产还是日常生活中的自动化设备，都离不开这些基本步骤。通过今天的课程，我们对控制过程有了更深的理解。我们知道了每个环节都有其特定的功能和作用，而且它们之间是相互关联、相辅相成的。希望以后能在实践中更好地应用这些知识！
09
板书设计
探究控制过程的典型三环节
一、分析感应水龙头控制过程的典型三环节
二、探究控制过程的输入环节
三、探究控制过程的计算环节
四、探究控制过程的输出环节
课后作业
1、在父母的陪同下，网络上搜索有哪些常见的智能控制系统，选择一个智能控制系统的电器并画出系统控制框图。
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