通用传感器演示与检测模拟机器人的设计

谢玉胜

普通高中最新版《通用技术》教材中的选择性必修一《电子控制技术》第四章《传感器与继电器》和普通高中最新版《物理》教材中的选择性必修二的第六章《传感器》中，缺少对常用傳感器件进行检测并兼具实用性和趣味性的教具。

为了增强教学趣味性，我设计并制作了一款通用传感器演示与检测模拟机器人。

一、设计思路

该项目采用人形机器人玩具及电子元件设计制作而成。电子线路装置安装在机器人玩具背面，其特点是：采用常见电子元器件制作一块信号放大电路与自适用可调电路板，电路板上设计了传感器件输入插座与灵敏度旋钮，通过调整灵敏度旋钮可检测不同的传感器件。测控电路是模拟电子技术和数字电子技术的进一步扩展与延伸。

二、制作过程

（一）装置的基本制作

根据设计方案，购置制作主控制器电路板和配套的电子元器件。

在焊接时以先焊小元件，再焊大元件，最后焊集成块的原则进行。集成块NE555采用双排8脚直插式结构，脚排列较密集，焊接时需用尖烙铁头快速焊接，并反复检查有无虚、假、错焊，有无拖锡短路造成故障。只有按上述要求焊接组装，才能确保设备正常工作。

先装配功能电路板，后焊接电机、电源部分的引线。打开机器人后盖，取出原有电机，将配好的接线焊在电机上，在机器人头部串连1N4148二极管，将电源与电机接线并从后背的孔引出，最后组装头和摇头杠杆后，盖上后盖即可（注意保证内部有足够活动的空间，避免被卡住）。装入3节5号电池，将电路板固定在电池外边，通过调节W2、W1控制设备前进、后退的时间。

（二）通用传感器件检测部分制作

通用传感器件检测部分采用电阻R1—R5，电容C1、C2，二极管D1—D3，三极管Q1—Q3，可调电位器W以及蜂鸣器BZ制作一块信号放大电路与自适用可调电路板，将传感器件探头C、D输入分别接红、黑接线夹安装在前面板上，电源指示灯（二极管D1）和工作指示灯（二极管D3）安装在前面板上，可调电位器W外接灵敏度调整旋钮。

最后将整块电路板安装在机器人背面，在电路板上设计一个传感器件插座，将灵敏度旋钮、工作指示灯装在电路板上。

三、使用注意事项

（一）本装置需搭配3节5号蓄电池使用。

（二）将要检测的传感器（如光敏电阻、热敏元件、红外传感器、压力传感器、磁力传感器等）插入插座，适当调整灵敏度旋钮，本装置接收信号后开始工作行走。行走距离与传感器接收的信号大小、灵敏度以及延时时间有关。

（三）调整灵敏度旋钮和兑换传感器件引脚，机器人不行走，表明所检测的传感器开路损坏；机器人一直不停地走，表明所检测的传感器短路或漏电损坏。

四、创新点

本教具既能演示具有各种感觉功能的第二代机器人的基本工作原理，又能检测多种通用传感器件性能的好坏、极性的判别。通过调整灵敏度旋钮，还能增强本教具的通用性。

五、进一步设想

装置简化输出模块暂未使用显示单元，能对多种通用传感器进行教学演示与检测，但不能对传感器进行精细检测和定量分析，也无法按照程序对机器人进行控制。后续将对此进一步开展研究改进。