单片机应用课程-单片机应用课B组

动追踪太阳能充电站

教学目标：

1、了解能源的知•只（概念及分类）;

2、了解各种充电站；

3、了解光线传感器的原理；

4、认识太阳能电池板，锂电池及电压比较器；

5、了解步进电机及其驱动。

教学内容：

1.各种充电站

电动公交车充电站太阳能充电站

电动汽车充电站太阳能公交车充电站

手机充电站加油站

2.能源

(1)定义

关于能源的定义，目前约有20种。例

如：说：“能源是可从其获得热、光和动

力之类能量的资源"；说："能源是一个

包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语,

人类用适当的转换手段便可让它为自己提

供所需的能量"；《日本大百科全书》说：〃在各种生产活动中，我们利用热能、

机械能、光能、电能等来作功，可利用来作为这些能量源泉的自然界中的各种载

体，称为能源"；我国的《能源百科全书》说："能源是可以直接或经转换提供

人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。"可见，能源是一种呈

多种形式的，且可以相互转换的能量的源泉。确切而简单地说，能源是自然界中

能为人类提供某种形式能量的物质资源。

能源亦称能量资源或能源资源。是指可产生各种能量（如热量、电能、光能

和机械能等）或可作功的物质的统称。是指能够直接取得或者通过加工、转换而

取得有用能的各种资源，包括煤炭、原油、天然气、、水能、核能、风能、太阳

能、地热能、等一次能源和电力、热力、成品油等二次能源，以及其他新能源和

可再生能源.

（2）分类

来源分类

①外部天体的能源（主要是太阳能）0除直接辐射外，并为风能、水能、生

物能和矿物能源等的产生提供基础。人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来

自。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成在植物体内贮存下来。煤炭、石

油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的形成的。它们实

质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、、等也都是由太阳能

转换来的。

②地球本身蕴藏的能量。通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反

应有关的能源，如、地热能等。温泉和喷出的岩浆就是地热的表现。地球可分为

且地球上这些燃料的储量有限。未来铀和社将提供世界所需的大部分能量。一旦

控制核聚变的技术问题得到解决，人类实际上将获得无尽的能源。

污染分类

根据能源消耗后是否造成环境污染可分为和清洁型能源，污染型能源包括煤

炭、石油等，清洁型能源包括水力、电力、太阳能、风能以及核能等。

使用类型

又可分为常规能源和新型能源。

利用技术上成熟，使用比较普遍的能源叫做常规能源。包括一次能源中的可

再生的和不可再生的煤炭、石油、天然气等资源。

新近利用或正在着手开发的能源叫做新型能源。新型能源是相对于常规能源

而言的，包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能、氢能以及用于的等能源。

由于新能源的较小，或品位较低，或有间歇性，按已有的技术条件转换利用的经

济性尚差，还处于研究、发展阶段，只能因地制宜地开发和利用"旦新能源大多

数是再生能源。资源丰富，分布广阔，是未来的主要能源之一。

形态特征

或转换与应用的层次对它进行分类。世界能源委员会推荐的能源类型分

为：、、、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能，其

中，前三个类型统称化石燃料或。已被人类认识的上述能源，在一定条件下可以

转换为人们所需的某种形式的能量。比如薪柴和煤炭，把它们加热到一定温度，

它们能和空气中的氧气化合并放出大量的热能。我们可以用热来取暖、做饭或制

冷，也可以用热来产生蒸汽，用蒸汽推动汽轮机，使热能变成机械能；也可以用

汽轮机带动发电机，使机械能变成电能；如果把电送到工厂、企业、机关、农牧

林区和住户,它又可以转换成机械能、光能或热能。

商品和非商品

凡进入能源市场作为商品销售的如煤、石油、天然气和电等均为商品能源。

国际上的统计数字均限于商品能源。主要指薪柴和农作物残余（秸秆等）。1975

年，世界上的非商品能源约为0.6太瓦年，相当于6亿吨标准煤。据估计，中国

1979年的非商品能源约合2.9亿吨标准煤。

再生和非再生

人们对一次能源又进一步加以分类。凡是可以不断得到补充或能在较短周期

内再产生的能源称为再生能源，反之称为非再生能源。风能、水能、海洋能、潮

汐能、太阳能和生物质能等是可再生能源；煤、石油和天然气等是非再生能源。

地热能基本上是非再生能源，但从地球内部巨大的蕴藏量来看，又具有再生的性

质。核能的新发展将使而具有增殖的性质。核聚变的能比核裂变的能可高出5~

10倍，核聚变最合适的燃料重氢（笊）又大量地存在于海水中，可谓"取之不

尽，用之不竭"。核能是系统的支柱之一。

（3）下面列举一些常见的能源:

A、石油

石油是一种粘稠的、深褐色液体。地壳上层部分地区有石油储存。石油的成

油机理有生物沉积变油和石化油两种学说，前者较广为接受,认为石油是古代海

洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成，属于生物沉积变油，不可再生；后者认

为石油是由地壳内本身的碳生成，与生物无关，可再生。石油主要被用来作为燃

油和汽油，也是许多化学工业产品如溶液、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。〃石

油”这个中文名称是由北宋大科学家沈括第一次命名的。

石油升采石油产品

B.煤炭

煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形

成的固体可燃性矿物。是一种固体可燃有机岩，主要由植物遗体经生物化学作用,

埋藏后再经地质作用转变而成，俗称煤炭。煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的

食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。

煤炭开采煤炭产品

C、太阳能

太阳能一般是指太阳光的辐射能量和热量，在现代一般用作发电或者为热水

器提供能源。自地球上生命诞生以来，就主要以太阳提供的热和光生存，而自古

人类也懂得以阳光晒干物件，并作为制作食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。在化

石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断

得到发展。太阳能的利用有光h枪专换和光电转换两种方式，太阳能发电是一种新

兴的可再生能源。广义上的太阳能也包括地球上的风能、化学能、水能等。

海洋太阳能太阳能

太阳能的优点:

(1)普遍：普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿,

都处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。

(2)无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境

污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。

(3)巨大：每年到达上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤,其总量属现

今世界上可以开发的最大能源。

(4)长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿

年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是的。

3、太阳能的应用

太阳能发电广泛用于太阳能路灯、太阳能杀虫灯、太阳能便携式系统，太阳

能移动电源，太阳能应用产品，通讯电源，太阳能灯具，太阳能建筑等领域。

通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用

(<200℃).中温利用(200~800℃)和高温利用(>800℃)。目前低温利

用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸储器、太阳房、太阳能温室、

太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等,

高温利用主要有高温太阳炉等。

太阳能热水器太阳能电池板

太阳能房太阳能路灯

太阳能冷柜太阳能杀虫灯

太阳能充电宝太阳灶

太阳能计算器太阳能报警器

4、光线传感器

光线传感器是由光敏电阻和相关电路组成，主要用来检测周围环境的光线的

亮度，并将其处理成单片机可以识别的信号，在环境光线亮度达不到设定阈值时,

光线传感器则输出高电平，当外界环境光线亮度超

过设定阈值时，光线传感器则输出低电平，进而达

到由光线传感器来控制电路的目的。

使用方法：

光敏电阻：感受光线强弱的关键器件。

数据接口：将当前光敏电阻感受的光线强度转化成电压值输出。

根据下图可以看出这个传感器输出信号和光线强度的关系是光线越强输出

电压越高。

1002003001005006007008009001000

秘科(1UX)

5.电压比较器

(⑺与。叱［比较结果输它压值大小的器件’如果我们无法理解电压值大小

自出，如果IN1XN2则。UT1输各两个电压值看做是两个数字，而电压比较器则

出YES信号，反之则OUT2

输出YES信号，如果INEN2

则OUT1与OUT1都输出YES

局0电压采集

IN2

IN1«IN2:OUT1-YESOUT2-*YES4

IN1>IN2:0UT1-YES0UT2-*NO;：

IN1<IN2:OUT1-NOOUT2-YES--

电压比较器

二e

nm

boo出

•=

小试牛刀1

利用光线传感器，电压比较器,CPU,直流马达等制作一个强光寻找装置。

将光线传感器装到小车的两侧，让小车向朝光线比较强的一侧转弯，直到两则光

线一样强时就停止运动，这时车头所指的方向就是光线最强的方向。参考搭建图

如左图图所示，参考程序如右图所示：

小试牛刀2

利用光线传感器、电压比较器、CPU、LED板、蜂鸣器等光控声光报警器。

要求：CPU左右两侧各安装一个光线传感器，再各安装一个LED板,然后再安

装上蜂鸣器及电压比较器。当左边的光线传感器感应到光时左边的LED板亮，

当右边的光线传感器感应到光时右边的LED板亮，当两边同时感应到光时蜂鸣

器响。参考搭建图如左图所示，参考程序如右图所示：

6.步进电机驱动与步进电机

有一定基础的同学都知道单片机要想控制电机必须得有电机驱动，那么步进

电机也不例外，但步进电机与以往的直流电机相比控制方法更为复杂，为了同学

们使用方便我们利用一块特殊的步进电棚区动来驱动步进电机，这使得步进电机

与你以往使用的直流电机毫无区别，这样我们就轻松的获得了步进电机速度恒

定，运动精准，惯性小等诸多优点。

7.太阳能电池板

定义

太阳能电池板(Solarpanel)是由一个或多个太阳能电池片组成成为太阳

能电池板。太阳能电池是具有把光转换成电特性的一种半导体器件，它可以把照

射在其表面的太阳能辐射能转换成直流电，太阳能电池板是光伏发电系统/产品

中的最基本的组件，也是太阳能光伏发电系统中的核心部分。它的最大作用是将

太阳能转化为电能贮存到蓄电池中。

分类

电池板：、太阳能电池。

电池板：、。

化学染料电池板：。

(1)

单晶硅太阳能电池的为15%左右，最高的达到24%,这是所有种类的太阳

能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大以致于它还不能被普遍地使用。

由于单晶硅一般采用以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一股可

达15年，最高可达25年。

(2)太阳能电池

的制作工艺与差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不

少，其光电转换效率约12%左右(2004年7月1日日本夏普上市效率为14.8%

的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池

要便宜一些，制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此

外，多晶硅太阳能电池的使用也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，

单晶硅太阳能电池还略好。

(3)

是1976年出现的新型式，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不

同，工艺过程大大简化，消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能

发电。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，国际先进水平为

10%左右，且不够稳定，随着时间的延长，其衰减。

(4)多元化合物太阳电池

多元化合物太阳电池指不是用单一制成的太阳电池。各国研究的品种繁多，

大多数尚未工业化生产，主要有以下几种：a)太阳能电池b)。铜锢硒太阳能电

池(新型多元带隙悌度Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳能电池)

是一种性能优良太阳光吸收材料,具有梯度能带间隙(与价

Cu(InzGa)Se2

带之间的能级差)多元的，可以扩大太阳能范围，进而提高。以它为基础可以设

计出光电转换效率比硅薄膜太阳能电池明显提高的薄膜太阳能电池。可以达到的

为18%,而且，此类薄膜太阳能电池到目前为止，未发现有光辐射引致性能衰

退()，其光电转化效率比商用的薄膜太阳能电池板提高约50~75%,在薄膜

太阳能电池中属于世界的最高水平的光电转化效率。

结构组成

(1)钢化玻璃其作用为保护发电主体(如)，透光其选用是有要求的，1.

必须高(一般91%以上)；2.超白钢化处理。

(2)EVA用来粘结固定钢化玻璃和发电主体(如电池片)以及粘结封装发

电主体和背板，透明EVA材质的优劣直接影响到组件的寿命。

(3)电池片主要作用就是发电，发电主体市场上主流的是太阳电池片、薄

膜太阳能电池片。

(4)背板作用，密封、绝缘、防水。

(5)铝合金保护房压件，起一定的密封、支撑作用。

8.电池板

电池板的作用是充电和放电。电池板上有一个开关，它的作用是后序的放电

系统的开关。在开关没有开的时候，电池板的主要作用是将太阳能电池板转换来

的电能存储在锂电池中，此时该机器人不能自动追光。打开开关时，电池板会放

电，一方面供给步进电机，使机器人动作，并自动追光，另外一方面可以供给外

部电源供电，比如给手机等设备充电。

9、锂电池

电池是一种与的装置它通过反应将或转化为c电池即一种，它由两种不同成

分的活性分别组成正负极，两电极浸泡在能提供媒体传导作用的中，当连接在某

一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供能。

电池的种类很多，主要是、，以及体积小的。止匕外，还有金属-、燃料电池

以及其他电池如太阳电池、、等。

电池型号一般分为：1、2、3、5、7号，其中5号和7号尤为常用,所谓

的AA电池就是，而AAA电池就是。还有一种型号表示方法，是五位数字，例

如，14500,17490,26500,前两位数字是指池体直径，后三位数字是指池体

高,例如14500就是指AA电池，即大约14mm直径，50mm高。

锂电池（Lithiumbattery）是指电化学体系中含有锂（包括金属锂、锂合金和

锂离子、锂聚合物）的电池。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。

锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。

锂电池通常有两种外型：型和方型。电池内部采用螺旋绕制结构，用一种非

常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由

钻酸锂（或银钻镒酸锂、镒酸锂、磷酸亚铁锂等）及铝箔组成的电流收集极。负极

由石墨化碳材料和铜箔组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。

单节锂电池的电压为3.7V（磷酸亚铁锂正极的为3.2V）,电池容量也不可能

无限大，因此，常常将单节锂电池进行串、并联处理，以满足不同场合的要求。

锂电池工作原理

锂金属电池：

锂金属电池一般是使用二氧化镒为正极材料、或其合金金属为负极材料、使

用非水电解质溶液的电池。

放电反应：Li+MnO2=LiMnO2

锂离子电池：

锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使

用非水电解质的电池。

充电电池总反应：LiCoO2+6C=Li(l-x)CoO2+LixC6

18650锂电池

18650的意思是，直径18毫米，长65毫米。因其在工作中的稳定性能非

常好，广泛应用于各大电子领域:常用于高档、，无线数据传输器，电热保暖衣、

鞋，便携式仪器仪表，便携式照明设备一工业仪器,医疗仪器等。

10.充放电系统

充放电系统由太阳能电池板、电池板、电池盒以及锂电池等组成。它们究竟

是什么关系呢，见下匿。太阳能电池板是整个系统能量的来源，锂电池则是用来

储存能量的，那么电池板是负责充电和放电的。在整个系统中，太阳能电池板的

电压时12V,锂电池充电所需的电压时8.4V,而电池板给控制系统供的的是

5V,这里涉及到三种不同的电压,那么这之间的转换与控制都是由电池板来

完成的。

11.整体系统

自动追踪太阳能充电站可以分为充电部分（见左图），和自动追踪部分（见

右图）。

0电压采集

5：04

•帅IN2

TN1=«C-WT1-YES0UT2-YES,

IN1>WWT1-YES0UT2^W•

IN1X即1-N0omits.

电米比较器

•外接电源•接到电池板上的.5V输出•上

系统功能讲解：

自动追踪太阳能充电站的整体工作流程是这样的，太阳能电池板把太阳能转

化成12V的直流电，电池板控制这个12V的直流电给8.4V的锂电池组充电,

同时把充好的电转化成5V给自动追踪系统供电。自动追踪系统的工作原理是比

较分布在太阳能电池板两侧的光线强度，让比较结果控制步进电机转动，一直转

到两边的光线强度相等，这时我们就认为太阳能电池板是正对着太阳的。此时即

可达到最佳的充电效率。

12.故障处理

1、不自动追光，检查插线，插线正确的话有可能是电池电量不足，此时可

以关闭电源开关，并且手动调节至合适角度，只对电池充电。

2、绿灯闪，代表没有电池或是电池接触不良。

3、步进电棚区动发烫，检查运动机构是否卡住，如果没有可能是步进电机

驱动坏了。

4、写下你遇到的实际问题，以及解决方案。

13.课后拓展

1、利用步进电机及其驱动还可以创意出哪些好玩的机器人？

可以将沿线走机器人进行改装，把两个红外线传感器连接到电压比较器上，

然后再通过步进电机驱动带动步进电机旋转，步进电机下部和沿线走机器人相

连。

2、利用太阳能电池板、步进电机及其驱动及光线传感器还可以创意出那些

机器人？

可以制作太阳能坦克。

参考搭建图如下：

迷你冰箱

教学目标：

1、了解冰箱的历史；

2、了解冰箱的分类；

3、了解半导体制冷片；

4、认识半导体制泠片、温度传感器及电源管理板等；

5、了解各种迷你设备。

教学内容：

1.各种迷你设备

车载冰箱迷你洗衣机

迷你电视迷你电磁炉

2、冰箱的历史

冰箱，又称冰桶，由古时的“冰鉴"发展而来，功能明确，既能保存食品，

又可散发冷气，使室内凉爽。它是古代人的发明创造，向我们揭示了古代生活的

一个侧面。冰鉴，是古代盛冰的容器。《周礼・天官・凌人》："祭祀共（供）冰

鉴。"可见周代当时已有原始的冰箱，只是冰并不是一年里时时都有，特别是在

炎热的夏季，冰可谓弥足珍贵。

冰鉴冰鉴的组成

现在，传世的有不少清朝时期的这种木胎冰箱，它们多用红木、花梨、柏木

等较为细腻的木料制成，箱桶和底座均有华美装饰，只有当时的大户人家才能用

得起。

清乾隆时期的皇家御用冰箱（如右图

所示），冰箱外框由掐丝法琅制成，为夔

龙纹和回纹图案；四面开光处为镂空鎏金

宝相花花卉纹饰，左右两侧为衔环狮头铺

首。盖为木制，中间为金漆盘龙纹。这件

小型冰箱是皇帝贮藏食物之用，是清宫御

用器物。

1923年，在遥远的北欧瑞典，

BaltzarvonPlaten和CarlMunters,这

两位来自斯德哥尔摩皇家技术学院的年轻

工程师，在毕业时提交了个举世瞩目的选

题------^^用热量制冷的制冷机，伴随着

这个作品的完成，世界上第一台单压吸收式冰箱诞

生了。

在冰箱的发展历史上，有一个人的名字不得不

提，维尔纳・冯・西门子，由他一手创办的西门子股份

公司创建于1847年。在世界制冷技术的发

展进程中，几乎每一个具有里程碑意义的

进步，都有来自西门子的突破性贡献。

1930年，西门子生产出了第一台家用电冰箱，也让普通的家庭用户意识到，

冰箱并非是食品制造商的专利，普通人也能用它来储存食物。

1956年，北京的雪花冰箱厂自主研发了中国的第一台冰箱。

3.能量守恒定律

能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一，能量既不会凭空产生，也不会

凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物

体，而能量的总量保持不变。

冰箱制冷也是遵循能量守恒定律的，通俗点就是，〃有的地方冷，必定有的

地方热"。

思考一下你们家里的冰箱哪些地方凉，哪些地方热？

空调制冷的时候哪里凉，哪里热？

4、冰箱的分类

电冰箱按功能和用途不同，可分为冷藏箱、冷

冻箱和冷藏冷冻箱。

g・港试®HOBIKMIL"

37L大容量

温・防：

好为防爆区装了UH

600Ml■泅.阻区装了

3Si3OMlgiitR-iE

500MI易拉，水电内蒙E

按箱门数量和布置形式不同，电冰箱可分为单门电冰箱、双门电冰箱和各门

电水本自寺。

按制冷原理的不同，电冰箱可分为蒸气压缩式电冰箱、吸收式电冰箱和半导

体式电冰箱等。

蒸气压缩式电冰箱是在消耗电能的条件下，利用制冷剂在系统内蒸发时吸

收箱内的热量，实现制冷的目的。这类电冰箱按压缩机的驱动方式不同，可分为

以电动棚区动的电动机压缩式电冰箱和以电磁振动棚区动的电磁压缩式电冰箱。

目前，国内市场上大多数电冰箱都为电动机压缩式电冰箱。

压缩式电冰箱的工作原理

网11一2单开式旭810站仲H

吸收式电冰箱的制冷系统是由制冷剂、吸收剂和扩散剂等组成的连续吸收一

扩散式制冷系统。该系统没有运动部件，无噪声，使用寿命长，可利用各种热源

（如太阳能、电、天然气等）使其工作。但这种电冰箱的降温速度慢，在用电能加

热时，能耗大于蒸气压缩式制冷系统。目前，这类电冰箱在国内仍处于试生产阶

段。

半导体式电冰箱是利用半导体制冷器件的拍耳帖电效应制成的一种制冷装

置。这种电冰箱无机械运动部件、结构简单、质量轻、制造方便、无噪声、无振

动、无污染、维修方便，使用寿命长，但制造成本高、制冷效率低,而且必须用

直流电源，仅适于科研需要的小容量制冷的一些电子仪器、生物研究仪器和汽车

电冰箱等特定场合。

半导体电冰箱的工作原理

5.半导体制冷片

家用的电冰箱大多都是压缩机式制冷，除此之外还有一种制冷方式，在一些

小型设备上匕匕较流行，比如车载冰箱，饮水机等।它的核心装置就是半导体制冷

片，这种制冷片比较神奇，在给它通直流电后，它的两端会产生温差，利用这个

温差实现制冷的效果。

半导体制冷片也叫热电制冷片，是一种热泵，它的优点是没有滑动部件，应

用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。是利用半导体材

料的帕尔贴效应。当直流电通过两种不同半导体材料时两端即可分别吸收热量和

放出热量，可以实现制冷的目的。

芯片型号:FEC1-12706

外形尺寸：40*40*3.8mm元件对数127

导线规格：引线氏3OO±5mmRV标准导线单头5mm镀锡

内部阻值:2.C2.5Q（环境温度23±1匕,lkHZAc测试）

最大温差：△Tmax(Qc=0)60c以上.

工作电流:Imax=5.8A（恒定12V后根据散热能力大约4.5A）

额定电压：DC12V(Vmax：15V启动电流5.8A)

致冷功率：Qcmax58-65W

装配压力：85N/cn>2

工作环境：温度范围-55C〜83C（过高的环境温度降直接影响制冷效率）

注意:

制冷片会制冷，但是也会放出大量的热量，在不装散热片的情况下12V电

压通电3秒就会烧毁制冷片，所以我们要非常小心。

当然也可以使用1.5v的电池来简单的试一试制冷效果。

用1.5v电池连接制冷片两端，红线接正极，黑线接负极，用手摸一摸，它

变冷了吗？

6、散热片

散热片是一种给电器中的易发热散热的装置，多由铝合金，黄铜或青铜做成

板状，片状，多片状等。常用的是铜和铝合金，二者各有其优缺点。铜的好，但

价格较贵，加工难度较高，重量过大（很多纯铜都超过了CPU对重量的限制），

较小，而且容易氧化。而纯铝太软，不能直接使用。

我们用到的散热片有两个，它们的功能都是把热量更快的传递出去。

体积大的是用来散热的，体积小的是用来〃散冷〃的，为了区分名字，把小

号的散热片取名字叫“导冷块"。

7.散热风扇

风扇可以大大增强散热的效果。

风扇分类

轴流风扇的叶片推动空气以与轴相同的方向流

动。轴流风扇的和有点类似，它在工作时，绝大部

分气流的流向与轴平行，换句话说就是沿轴线方向。

工作时，叶片推动空气以与轴相垂直的方向（即

径向）流动，进气是沿轴线方向，而出气却垂直于轴线方向。

混流风扇又称流向风扇，初一看，混流风扇和轴流风扇没什么不同，其实，

混流风扇的进气是沿轴线的，然而出气却是沿轴线和垂轴线的对角线方向。这种

风扇由于叶片?口外罩称形，因此致使风压较高，在相同尺寸和其他可比性能下，

与轴流风扇相比，离心风扇的噪声更低。

贯流式风机能产生大面积的，通常用于冷却设备的大表面。这种风扇的进气

和出气均垂直于轴线。是使用一个比较长的圆桶状扇叶轮进行工作，这个圆桶状

扇叶的口径都比较大，因为口径大，才能在保证整体空气循环量的基础上使用比

较低的转速，从而，降低由于高速运转带来的噪音。

风扇应用

广泛运用于计算机、通讯产品、光电产品、、设备、，，加热器，冷气机、、

柜员机、汽车冷柜、焊接机、、、、等传统或现代仪器设备上。

8.导热硅脂

在散热与导热应用中，即使是表面非常

光洁的两个平面在相互接触时都会有空隙

出现，这些空隙中的空气是热的不良导体，

会阻碍热量向散热片的传导。而导热硅脂

就是一种可以填充这些空隙，使热量的传

导更加顺畅迅速的材料。

导热硅脂是用来填充制冷片与散热片之间的空隙的材料的一种，其作用是向

散热片传导制冷片散发出来的热量，使制冷片温度保持在一个可以稳定工作的水

平，防止它因散热不良而损毁，并延长使用寿命。

使用方法：

在固定制冷片和散热片之前，把导热硅脂涂抹到制冷片或散热片上，切记不

要使用过多，因为最终制冷片和散热片之间的缝隙非常小，所以只需要很少的量

就可以。

小试牛刀1

制作制冷部分，参考如下图片，箭头所指部分需要涂抹导热硅脂。

9、温度传感器

温度传感器分两部分，一部分是电路板的显示部分，另一部分是传感器探头,

它可以测试环境温度，范围是・55。（：〜+125C,足

够我们的使用，探头是防水的，可以放到液体中测

使用方法：

按设定按钮可以设定温度阈值，即输出信号时的温度值。

当实际温度低于设定温度时输出低电平信号（即VES信号），状态灯灭。

当实际温度高于设定温度时输出高电平信号（即N。信号），状态灯亮。

温度传感器也可以单独使用，比如我们可以使

用USB供电，让它直接工作，当做一个数字温度计

使用。

小试牛刀2

1、单片机连接温度传感器，测试一下教室的温

度，你身体的温度，用手握住传感器探头，看看温度有没有变化？

2、设计高温报警器，当温度高于30度时，蜂鸣器报警。

3、设计低温报警器，当温度低于20度时，蜂鸣器报警。

10.电源管理板

电源管理板有1路12V电源输入,两

路输出，分别是12V和5V,12V输出给

制冷片供电，5V输出给单片机供电，这样

就省去了电池供电，比较节能环保。

它的控制端是一个三排针接口，是接

OUT口，使用单片机ON模块可以打开制冷片，OFF模块关闭制冷片。

11、整体系统

系统功能讲解

12V电源给整体系统供电,电源管理板分出两路电压，12V给风扇和制冷

片供电，5V给CPU供电，CPU通过温度传感器采集温度，高于预设值时打开

制冷片和风扇，开始制冷，制冷到温度低于预设值时，关闭制冷片和风扇，停止

制冷。实现智能控制的效果。

整体系苑1简版

温度传感器可以给cpu信号，那可不可以直接给电源管理板信号呢？这样可

以节省一个cpu,降低电路发杂程度,减小出故障的概率。

12.故障处理

1、制冷片不制冷，检查连线，看是否电路连接不良。

2、风扇不转，检查连线，看是否正负极接反了。

3、温度传感器不显示，检查温度探头是否接反。

4、制冷效果不好，检查风扇是否工作正常，导热硅脂是否涂抹均匀，装散

看你的小冰箱能制冷到多少度？

2、小冰箱的保温哪些地方还可以改善？把它优化一下，你有什么好方法？

3、我们的冰箱虽然能制冷，但是空间较小，能不能用同样的原理，制作一

个大一点的冰箱，利用身边的保温材料，制作一个体积更大的冰箱吧！

参考搭建图：

智能小台灯

教学目标：

1、了解光的知识（概念及分类）；

2、了解照明光源的定义及分类；

3、了解光线传感器及超声波传感器；

4、认识LED灯板，调速板及智能电压比较器；

5、认识miniCPU板及下载板。

教学内容：

1.光

是人（眼睛）看见（）

的一系列，可以在、、等透

明的物质中传播。对于可见

的范围没有一个明确的界

限，一般人的眼睛所能接受

的的在380〜760nm之间。人们看到的来自于宇宙中的发物质（例如）或借助

于产生的设备，包括白炽灯泡、荧光灯管、器、萤火虫等。

2、光的分类

光按照不同的分类标准有不同的结果。这里我们按照人眼是否可见将光分为

以下两种。

可见光

可见光是中人眼可以感知的部分，可见没有精确的范围；一般人的眼睛可以

感知的电磁波的在400到800纳米之间，但还有一些人能够感知到波长大约在

380到780纳米之间的电磁波。正常的人眼对约为555纳米的最为敏感,这种

电磁波处于光学的绿光区域。人眼可以看见的光的范围受影响。对于大部分的来

讲都是不透明的，只有可见段和其他少数如无线电通讯波段等例外。不少其他看

见的光波范围跟人类不一样。

不可见光

不顾名思义就是人类肉眼看不到的光，其中包括我们熟悉的紫外线、红外线、

远红外线等。

电磁波

不可见光线可见光线不可见光线

T射线谢线紫外线■1红外线微波无线电波

单位：微米0.20.4米粒兰绿黄经红0.751000

近红外中间红外线血外^

0.75L51.0

生命光线

8.014.0

3、照明光源

照明光源指用于建筑物内外照明的人工光源。近代照明光源主要采用电光

源，一般分为热辐射光源、气体放电光源和半导体光源三大类。

热辐射光源：热辐射光源是一种使用比较早的光源，是发光物体在热平衡状

态下，使热能转变为光能的光源，如白炽灯，等。一切炽热的光源都属于热辐射

光源。一切炽热的光源都属于热辐射光源。包括太阳，等。其特点是产生连续的

光谱。

灯，又称，是一种透过通电，利用电阻把幼细丝线(现代通常为)加热至白

炽，用来发光的灯。白炽灯外围由玻璃制造，把保持在真空，或低压的惰性气体

之下，作用是防止灯丝在高温之下氧化。不同用途和要求的白炽灯，其结构和部

件不尽相同，白炽灯的光效虽低，但光色和集光性能很好，是产量最大，应用最

广泛的。

(halogen)是填充气体内含有部分或的充气。在普通白炽灯中，灯丝的

高温造成铝的蒸发，蒸发的铝沉淀在玻壳上，产生玻壳发黑的现象。

白炽灯卤铝灯

气体放电光源：源是由气体、金属蒸气或几种气体与金属蒸气的混合放电而

发光的灯.通过气体放电将电能转换为光的一种电光源.气体放电的种类很多，

用得较多的是和弧光放电。辉光放电一般用于霓虹灯和指示灯。弧光放电可有很

强的光输出，照明光源都采用弧光放电。荧光灯、高压汞灯、钠灯和金属卤化物

灯是应用最多的照明用气体放电灯。

荧光灯金卤灯

荧光灯(fluorescent),分为传统型荧光灯和，传统型荧光灯即，是利用

低的汞在放电过程中，从而使发出的原理发光，因此它属于。无极荧光灯即，它

取消了对传统荧光灯的和电极，利用的原理，使友原子从原始状态激发成，其发

光原理和传统荧光灯相似，有寿命长、高、好等优点。

金卤灯(MetalHalideLamp)是交流电源工作的，在汞和的混合蒸气中产

生发光的，金属卤化物灯是在基础上添加各种金属卤化物制成的第三代。照明采

用抗钠型金属卤化物灯，该有高、显色性能好、长等特点，是一种接近日光色的

节能新光源，广泛应用于、展览中心、大型商场、、街道广场、车站、码头等场

所的室内照明。金属直化物灯的分类方法很多,按可分为钠沱锢类、铳钠类、铺

钛类、卤化锡类四类。

半导体光源：通常是指LED一类的光源，制作过程中利用到了半导体的特

性，是现在使用很普遍的一种光源。

LED灯泡LED灯

LED灯带LED灯箱

4、LED灯的特点

发光效率高

LED经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大的提升。白炽灯、卤铝灯光效

为12-24流明/瓦，荧光灯50〜70流明/瓦，钠灯90〜140流明/瓦，大部

分的耗电变成热量损耗。LED光效经改良后将达到达50〜200流明/瓦，而且

其光的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光。目前，世界各国均

加紧提高LED光效方面的研究，在不远的将来其发光效率将有更大的提高。

耗电量少

LED单管功率0.03〜0.06瓦，采用直流驱动，单管驱动电压1.5〜3.5伏,

电流15〜18毫安，反应速度快，可在高频操作。同样照明效果的情况下，耗电

量是白炽灯泡的八分之一，荧光灯管的二分之一。

使用寿命长

采用电子光场辐射发光，灯丝发光易烧、热沉积、光哀减等缺点。而采用LED

灯体积小、重量轻，环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎。

平均寿命达10万小时。LED灯具使用寿命可达5〜10年，可以大大降低灯具的

维护费用，避免经常换灯之苦。

安全可靠性强

发热量低，无热辐射，冷光源，可以安全抵摸：能精确控制光型及发光角度,

光色柔和，无眩光；不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。内置微处理系统可

以控制发光强度，调整发光方式，实现光与艺术结合。

有利于环保

LED为全固体发光体，耐震、耐冲击不易破碎，废弃物可回收，没有污染。

光源体积小，可以随意组合，易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和维

护。当然，节能是我们考虑使用LED光源的最主要原因，也许LED光源要比传

统光源昂贵，但是用一年时间的节能收回光源的投资，从而获得4〜9年中每年

几倍的节能净收益期。

5.各种各样的台灯

荧光台灯白炽台灯

LED台灯LED折叠台灯

6.LED灯板

LED灯板需要同学们自己动手组装，把零散的LED的组合到一张电路板上,

构成我们智能小台灯的发光部分。

使用方法：将电阻和LED灯按照标识所指的孔位将它们插在LED灯板上。

并用螺丝固定好。一定要将一个孔上的所有元件都插上后才能将螺丝拧上。

(1)LED灯(发光二极管)

发光二极管的电流是从正极流向负极的。

>7环氧轲脂(皎)

^OS一晶片

一边为负

/­金线

支架

您栗小虢一边为用

244*。，

J

息新巴脚长的码电

(2)电阻

电阻是一个限流元件，将电阻接在电路中后，电阻器的阻值是固定的一般是

两个引脚，它可限制通过它所连支路的电流大小。阻值不能改变的称为固定电阻

器。阻值可变的称为电位器或可变电阻器。

水泥电阻光敏电阻

水泥是用水泥（其实不是水泥而是，这是俗称）灌封的，即将电阻线绕在无

碱性耐热瓷件上，外面加上耐热、耐湿及耐腐蚀材料保护固定，并把体放入方形

瓷器框内,用特殊无燃性耐热水泥充填密封而成。水泥电阻器有普通水泥电阻器

和水泥两类。水泥电阻器是的一种，它属于较大的电阻，能够允许较大的通过。

它的作用和一般电阻一样，只是可以用在大的场合，比如和电动机串联，限制电

动机的启动，阻值一般不大。水泥电阻器具有外形尺寸较大、耐震、耐湿、耐热

及良好散热、低价格等特性，广泛应用于电源适配器、音响设备、音响分频器、

仪器、仪表、电视机、汽车等设备中。

是利用的制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为；入射

光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。还有另一种入射光弱，电阻减小，入射

光强，电阻增大。

压敏电阻贴片电阻

压敏电阻器简称VSR,是一种对电压敏感的非线性过电压保护半导体。压

敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的“UN”时，流过它的电流极小,

相当于一只关死的阀门，当电压超过UN时，它的阻值变小，这样就使得流过它

的电流激增而对其他电路的影响变化不大从而减小过电压对后续敏感电路的影

响。

例如：我们家用的彩电的中就使用了氧化锌压敏电阻，这里使用的压敏电阻

压敏电压为470V,当瞬态的最大值(非)超过470V时，压敏电阻就是体现他

的钳位特性，把过高的电压拉低，让后级电路工作在一个安全的范围内。

贴片电阻(SMDResistor)是铀中的一种，是将金属粉和玻璃铀粉混合,

采用在基板上制成的电阻器。

贴片元件具有体积小、重量轻、安装密度高，抗震性强.抗干扰能力强，高

频特性好等优点，广泛应用于计算机、手机、、医疗电子产品、摄录机、电子电

度表及VCD机等。

金属膜电阻电位器

金属膜电阻器是膜式电阻器(FilmResistors)中的一种。它是采用高温将操

铭或类似的合金紧密附在瓷棒表面形成皮膜，经过切割调试阻值，以达到最终要

求的精密阻值，然后加适当接头切割，并在其表面涂上密封保护而成的。由于它

是引线式电阻，方便手工安装及维修，用在大部分家电、通讯、仪器仪表上。

电位器(Potentiometer)是具有三个引出端、可按某种变化规律调节的，

通常是由电阻体与转动或组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分输出。

根据电位器与电阻体之间结构形式和是否带有开关，电位器可分为线绕、合成碳

膜、釉、有机实芯和等类型。

组装好的灯板如下图所示

外接电源

调节旋钮：

（一般不用）

顺时针变亮,反之变

调速开思义是调节马达的转速用的按操作方式出响迷升天，

按键调速开关—调速插座开关。

电源开关

输出端口

旋钮式调节开关

摩托车的加速器微波炉的调节开关

对讲机收音机

中央空调调节开关洗衣机

按钮式调速开关

8.MiniCPU控制板

新版的MiniCPU在和老版的CPU功能基本一致,使用方法略有区别，它

体积更小，可以做在一些小巧的应用上，另外MiniCPU可以接外部供电，免去

经常更换电池的烦恼，更加的环保。MiniCPU把下载电路放在了外部，要使用

下载板才可以下载程序。由于体积限制IN端口和OUT端口减小至4个。

9、下载板

下载板是配合MiniCPU使用的模块,它一端连接USB数据线到计算机,

一端使用4排线连接MiniCPU,用电脑编程，下载程序。

10.光线传感器

光线传感器是由光敏电阻和相关电路组成，丰

要用来检测周围环境的光线的亮度，并将其处理成

单片机可以识别的信号，在环境光线亮度达不到设

定阈值时，光线传感器则输出高电平，当外界环境

光线亮度超过设定阈值时，光线传感器则输出低电平，进而达到由光线传感器来

控制电路的目的。

小试牛刀1

利用LED灯板，调速板,MINI控制板，光线传感器等制作一个定时开关的

LED灯。参考搭建图如下：

参考程序如下:

11.超声波传感器

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频

率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率

高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好，能够成为射线而定向传播等特点。

超声波传感器的组成

由发送传感器（或称波发送器）、接收传感器（或称波接收器）、控制

部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷

振子换能器组成片奂能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中

辐射；而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接收波产生机械

振动，将其变换成电能量，作为传感器接收器的输出,从而对发送的超进行检测

超声波测量距离的基本原理

由超声探头发出的超声脉冲信号，在气体中传播，遇到空气与物体的界面后

被反射，接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间，即可换算出距离或液

位高度。超声波测量方法有很多其它方法不可比拟的优点：（1）无任何机械传

动部件，也不接触被测液体，属于非接触式测量，不怕电磁干扰，不怕酸碱等强

腐蚀性液体等，因此性能稳定、可靠性高、寿命长；（2）其响应时间短可以方

便的实现无滞后的实时测量。

KS103超声波测距模块（距离，温度，光强三合一）

正面图背面图

12.智能电压比较器

智能电压比较器上有两个输入的端口，一个对应连接到距离传感器，另外一

个是接光线传感器，还有三个输出端口，在输入满足不同状态时输出会随之变化。

使用方法:

将距离传感器和光线传感器接到电压比较器上，将电压比较器上的0UT1,

0UT2,0UT3用三排线链接到MINI控制板的INI,IN2,IN3上。

当按下K1按键时显示的是距离传感器的数值，按下K2时显示的是A1的

数值，依次类推。

当你座到台灯前,距离传感器的数值是"a"那么就将A1的数值调节到略

大于〃a”的一个值。当你靠近台灯时，距离传感器的数值是"b"时，那么就

将A2的数值调节到略大于〃b〃的一个值。当光线比较暗时，光线传感器的数

值是七,那么就将A3的数值调节到略大于七’的一个值。

小试牛刀2

用智能电压比较器、CPU、超声波传感器、直流马达等制作一个距离控制的

小车。参考搭建图如下：

在小车离墙比较远是快速前进，较近时减慢速度,靠近时左转。参考程序如

下：

13.故障处理

1、用打开模块无法开启LED灯，此时需要检直调速板的旋钮，是否是凋到

最大（顺时针）。

2、LED可以量当时亮度比较低，此时可能是电压过低或是调速板的调速旋

钮调的匕摩小。

3、写下你遇到的实际问题，以及解决方案。

14.课后拓展

1、利用台灯上的距离传感器你还能创意出哪些好玩的应用？

2、利用台灯上的光线传感器你还能创意出哪些好玩的应用？

参考搭建图如下：

报警器

教学目标：

1、了解报警器的知识；

2、了解扬声器的原理及结构；

3、了解人体红外传感器的原理及应用；

4、认识录音板、报警板及信号转接板；

教学内容：

1.什么是报警器？

报警器是一种为防止或预防某事件发生所造成的后果，以声音、光、气压等

形式来提醒或警示我们应当采取某种行动的电子产品。报警器（alarm）,分为机

械式报警器和电子报警器。随着科技的进步，机械式报警器越来越多地被先进的

电子报警器代替，经常应用于系统故障、安全防范、交通运输、医疗救护、应急

救灾、感应检测等领域，与社会生产密不可分。如：感应器和煤气感应报警器。

报警器的分类

1、传感器种类分类，分为开关报警器、震动报警器、红外报警器、微波报

警器、激光报警器、视频运动报警器、烟感报警器、温感报警器等.

2、工作方式分类，分为主动（如红外对射探测器）和被动报警器（如室内

红外探测器）。

3、警戒范围分类，分为点、线、面和空间探测报警器

点一门磁、卷闸磁吸等。

线一红外对射探测器等。

面一幕帘式探测器、感应电缆等。

空间—红外/微波双鉴探测器等。

2.各式各样的报警器

声光报警器防盗报警器

煤气报警器烟雾报警器

地震报警器火灾报警器

警车报警器防空报警器

防空报警器家用燃气报警器

3、信号

信号是运载消息的工具，是消息的载体。从广义上讲，它包含光信号、声信

号和电信号

等。按照实际用途区分，信号包括电视信号、广播信号、雷达信号，通信信

号等。那么我们

单片机和传感器之间用的是什么信号呢？

单片机和传感器之间是电信号在传输，通常情况下，我们的传感器可以给单

片机一个Yes或No的信号。Yes和No又是什么呢？

在数字电路中信号只有两种即0和1,0是低电平信号,1是高电平信号,

我们的传感器给单片机的其实也是这两种信号，为方便编程我们把它们界定为

和是低电平信号，是高电平信号。

YesNooYesNo

比如说红外线传感器，当其前方有障碍物的时候它会亮红灯，我们通常说它