基于港珠澳大桥的控制系统教具.doc

基于港珠澳大桥的控制系统教具
设计背景
在普通高中《通用技术2》第四章“控制与设计”中,课标要求学生熟悉开环控制系统的基本组成、工作过程,理解传感器、控制器、执行器的作用,根据控制系统的控制要求,确定被控量、控制量,进基于港珠澳大桥的控制系统教具
设计背景
在普通高中《通用技术2》第四章“控制与设计”中,课标要求学生熟悉开环控制系统的基本组成、工作过程,理解传感器、控制器、执行器的作用,根据控制系统的控制要求,确定被控量、控制量,进行简单控制系统的设计。由于学生首次学习控制系统的理论,教学内容抽象,学习难度大,展示教具少,学生难以理解,教学效率低下。
针对以上情况,我设计了基于港珠澳大桥的控制系统教具。教具来源于我国北斗导航和港珠澳大桥两大前沿科技。学生对新鲜事物兴趣很大,可以了解北斗卫星导航系统是我国自主研发的卫星导航系统,已广泛应用于地理测绘、环境监测、交通运输、智慧农业、气象预报和移动通讯等各行业,深刻改变了人类生产和生活方式;港珠澳大桥是国家工程、国之重器,其建设创下多项世界之最,体现了我国综合国力和自主创新能力,体现了勇创世界一流的民族志气。
设计思路
教具设计要力求新颖,能够有效提高学生的学习热情;能够说明控制系统的理论知识,帮助学生理解传感器、控制器、执行器的作用,掌握控制系统的工作过程;能够为后续的控制系统设计提供设计思路,一个教具达到多重效果。
教具利用风力、温湿度、震動、碰撞等传感器感应外部信号,将信号通过有线或无线传递给大桥控制器或汽车内控制器(北斗系统开发板)进行分别处理,处理结果传递给大桥执行器或汽车内执行器,再将执行信号传递给大桥控制对象(红灯、舵机)或汽车内控制对象(红灯、音响),控制对象分别输出灯光和语音提示。控制器工作示意图如图1所示,控制系统框图如图2所示。
研究过程
了解北斗导航定位系统和港珠澳大桥系统
◇北斗导航定位系统中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统,是继美国全球定位系统(GPS)、饿罗斯格洛纳斯卫星导航系统( GLONASS)之后第3个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统(BDS)和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO,是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段3部分组成,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具短报文通信能力,定位精度10米,,授时精度10纳秒。
◇港珠澳大桥系统港珠澳大桥针对跨海工程低阻水率、水陆空立体交通线互不干扰、环境保护及行车安全等苛刻要求,采用了“桥、岛、隧三位一体”的建筑形式;大桥全路段呈S型曲线,桥墩的轴线方向和水流的流向大致取平,既能缓解司机驾驶疲劳,又能减少桥墩阻水率,还能提升建筑美观度。
确定教具设计方案
以北斗导航技术、港珠澳大桥两大前沿技术为依托,运用北斗系统开发板、北斗定位模块、Arduino开发板、显示屏、各种传感器等设备,对道路、车辆进行实时监控,并将道路信号、汽车导航等信息进行实时共享互动。当有桥梁主要构件出现形变,风力超过桥