“实作”设计研究——以制作简易报警器为例

李广志，张明芹

（黑龙江职业学院，哈尔滨150080）

“实作”设计研究
——以制作简易报警器为例

李广志，张明芹

（黑龙江职业学院，哈尔滨150080）

以制作简易报警器教学设计为例，可以看出在高职《电子技术》课程教学中，运用“成果导向教育理念+行动学习”教学模式，采用项目教学、任务驱动、行动学习法，引导学生制作简易实用的电子作品，有助于激发学习兴趣，提高学生动手解决实际问题的能力，也为学生参加各级各类竞赛打下良好的基础，并从中培养学生的职业素养，提升专业技能。

电子技术；简易报警器；电子作品；成果导向

在高职《电子技术》制作电子作品（简称“实作”）教学中，运用“成果导向”教育理念（成果导向教育Outcome based education，简称OBE，亦称能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育）。实施开放式“教学做”一体化，让学生真正参与，动手去感受所学的知识，达到学以致用，真正做到以学生为中心，充分调动学生的主动性与积极性，提升学生的自主学习能力。

在“实作”选题时，以“内容生活化、教学过程情境化、手段情景化”为原则，依据《电子技术》课程成果导向大纲、评量标准，设计学习情境、学习策略、学习引导文、任务单、课业单，准备所用器材、课件PPT、微课、仿真演示电路等学习资料，熟悉学情合理分好活动学习小组。

在实施“实作”时，通过下发学习任务单、设计问题与操作方案、实验探究、制作作品、作品展示等环节来完成学习任务，各小组通过资讯、计划、决策、实施、检查、评估完成作品（项目）的制作。下面以制作简易报警器教学设计为例加以说明。

一、制作带有记忆功能的断线防盗报警器

（一）引导问题

1.认识D触发器，知道复位、置位的作用；2.观看Multisim仿真，熟记D触发器逻辑功能；3.善用三极管知识区分饱和导通、截止状态；4.分析描述R1、R2、R3、二极管在电路中作用；5.说出电磁继电器、蜂鸣器的工作过程；6.展示作品分享体会。

（二）实施过程

本电路制作、调试简单，灵敏度高，电路如图1所示，通过两根短接的引出线连接某一物品，当物品被移动时，导线的短接处被扯断，电路立即发出报警音响。记忆功能是产生报警后，如再将两根导线连接上，报警声音不能被中断。

图1 断线防盗报警器

图1（a）为报警信号处理电路，电源电压为5V，CD4013为双D触发器，高电平有效，本电路只用“直接置0端”和“直接置1端”，设初态为Q=0，Q=1为报警状态。初态Q=0通过上电复位电路来实现，电容C为0.1微法，电阻R1为1kΩ，R2为10kΩ，电容C和电阻R1构成上电复位电路，按键K为手动复位，用于报警后的复位。

触发器S端接收传感器送来的信号，当1导线和2导线连接构成通路时，S端接地，只要1导线和2导线被分开，处于开路，S端则由于上拉电阻R2的作用变为高电平，此时触发器就由原来的0态变为1态，产生触发上升沿，驱动报警电路工作，蜂鸣器发出报警声。

图1(b)为报警驱动电路，KA为5V电磁继电器的线圈，VT为三极管（9013、9014），HA为3V蜂鸣器，电源电压为5V，VD为二极管（IN4001），保护继电器线圈，触发器输出端Q通过电阻R3（10kΩ）接入三极管基极。电路工作时，K处于断开状态。当1导线和2导线被扯断时，S置1，触发器Q端输出1，三极管饱和导通，线圈KA得电，J常开触点动作闭合，蜂鸣器发出报警声，此时盗贼将导线接上，仍然报警，因S端只能“置1”不能“置0”，直到将按钮K按下，R=1，S=0时复位，触发器Q端输出低电平，三极管截止，继电器线圈失电，常开触点复位断开，报警声停止。

二、制作光控报警器

（一）引导问题

1.测试光敏电阻阻值，定性描述光照度和阻值关系；2.分析电阻在电路中所起的作用；3.测试分析静态工作点；4.调试电路使蜂鸣器发声；5.说明电路工作过程；6.作品展示交流体会。

（二）实施过程

1.在白天时，光强变暗，报警

在白天光强不变化时，不报警，当有外人闯入，接近光敏电阻时，导致光强稍微变暗，蜂鸣器发出报警声，提醒主人注意。参考电路如图2所示，R1为10kΩ的定值电阻，R2为光敏电阻，三极管可用9014、9013等，放大倍数为100～200倍，电源电压为4.5～6V，电流为10～15mA，电路不用调试，灵敏度高，当有人在光敏电阻附近来回走动时，稍微挡下光，光敏电阻感受到光强的变化，蜂鸣器就发出报警声，人若离开，报警声马上停止。

工作过程分析：光敏电阻R2与电阻R1构成了一个分压器，当光线强时，光敏电阻R2的阻值相对电阻R1较小（如1kΩ），则A点电位小于0.7V，从而偏置电压UBE也小于0.7V，三极管截止，蜂鸣器（B）不发声。当光线渐暗，光敏电阻R2的阻值相对R1变大，则A点电位升高，当偏置电压UBE大于0.7V时，三极管导通，蜂鸣器发出报警声。

2.在夜晚时，有光报警

图2 光控报警器

工作电路在图2的基础上，将电阻R1和光敏电阻R2互换位置，其他所有参数都不变，当有外人到来时，用打火机、或手机的光接近光敏电阻时，蜂鸣器发出报警声，提醒主人注意，只要在光控报警器所在的空间内，打开白炽灯或日光灯，有光时，蜂鸣器就发出报警声。

三、制作温度报警器

本电路制作、调试简单，灵敏度高，如发生火灾时，环境温度升高到50℃以上时，蜂鸣器发声报警，参考电路如图3所示，74LS04非门，Rp为10kΩ电位器或电阻箱，Rt负温度系数热敏电阻，标称值为4kΩ。首先按图将元件插接在面包板上，接上5V电压，常温下，调试电位器Rp，蜂鸣器不发声，将Rt置入50℃温控加热炉中，调试电位器Rp，当阻值在6～7 kΩ时，蜂鸣器发声报警，再将元件焊接在万能板上，热敏电阻用导线固定在万能板上。热敏电阻可放在厨房或老年人的房间内。其工作过程：当温度升高，Rt阻值减小，非门输入端A电势升高达到高电平，Y输出端为低电平，蜂鸣器通电发出报警声，Rp阻值不同报警温度不同。如果在环境温度越高时报警，应将电位器Rp阻值调小，因非门输入端A达到高电平，热敏电阻端电压越小，其阻值就越小，环境温度就越高；如果变成了低温报警，是热敏电阻Rt和电位器Rp互换了，因为温度降低时，Rt阻值增大，非门输入端A达到高电平，Y输出端为低电平，蜂鸣器通电发出报警声。

图3 温度报警器

通过设计项目方案，引导学生制作，作品展示，反馈评价，培养了学生动手操作能力，创新思维能力。学生在实施项目制作过程中，主动积极、参与度高，学生将作品用于家中，作为家用报警器，通过“实作”，学生能用所学的理论知识分析、解决实际问题，为后续课程的学习奠定基础，形成初步的操作技能，收到良好的效果。

[1] 汤光华，宋 涛.电子技术[M].北京：化学工业出版社，2005：14.

[2] 杨 欣，王玉凤，刘湘黔.电子设计从零开始[M].北京：清华大学出版社，2010：42-44.

[3] 刘佳鲁.电子产品原理安装与调试[M].北京：中国水利水电出版社，2014：45.

［责任编辑：马 欣］

G712

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1005-913X（2016）11-0158-02

2016-09-18

李广志(1966-)，男，哈尔滨人，副教授，研究方向：电子电路、电气控制；张明芹(1968-)，女，哈尔滨人，副教授，研究方向：自动控制。