设计与应用科技进阶：核心概念深化
进阶产品可以看成一个系统：输入接收外界讯息，处理作出判断，输出产生动作。开环控制按预设程序行事，闭环控制则靠传感器回馈不断修正输出。掌握系统框图的分析方法，就能读懂自动门、恒温电器等智能产品的运作原理。
- 系统模型三环节：输入接收讯息、处理作出判断、输出产生动作。
- 传感器是输入的灵魂，把光、温度、距离、声音等转成电讯号。
- 开环控制按预设程序行事，简单便宜；闭环控制靠回馈自我修正，稳定精准。
文体小知识：科技知识说明文——剖析「输入—处理—输出」的系统模型，比较开环与闭环控制，并说明传感器与回馈在自动化产品中的角色。
§课文原文 Passage
1进阶的设计思考，是把产品看成一个系统。系统模型由三个环节组成：输入负责接收外界讯息或指令，处理负责按规则作出判断，输出负责产生实际动作。以电风扇为例，按键是输入，调速电路是处理，摩打带动扇叶是输出，三个环节环环相扣，缺一不可。
2输入环节的核心是传感器，即把光、温度、声音、距离等物理量转换成电讯号的元件。光敏电阻感应光度，热敏电阻感应温度，超声波传感器量度距离，麦克风收集声音。处理环节多由控制电路或微控制器担当，它比较讯号与设定值，决定输出策略；输出环节则有摩打、发光二极管、蜂鸣器与电热元件等。
3控制方式分开环与闭环两大类。开环控制按预设程序直接输出，不理会实际结果，结构简单、成本低，例如普通电风扇的调速档，按下某档便输出固定风速。闭环控制则加入回馈：传感器不断量度实际输出，控制器据此修正动作，令输出稳定贴近目标。
4恒温电熨斗是闭环的典型：设定温度是目标值，热敏元件量度实际温度，一旦低于目标便接通电热，高于目标便断电，温度因此保持在窄幅之内。自动门亦然：红外线或超声波传感器侦测有人接近，控制器指挥摩打开门，人通过后自动关上。回馈令产品懂得应变。
5分析系统题宜画系统框图：以方块代表输入、处理、输出，用箭嘴表示讯息流向，再标明回馈路径。框图能把复杂产品化繁为简，也是答题的骨架：先辨认传感器与输出装置，再判断有无回馈，便能说出产品属开环还是闭环，以及如此设计的理由。
1重点摘要 Summary
产品可以看成一个系统：输入接收外界讯息，处理作出判断，输出产生动作。开环控制按预设程序行事，闭环控制则靠传感器回馈不断修正输出。掌握系统框图的分析方法，就能读懂自动门、恒温电器等智能产品的运作原理。
2生字卡 Vocabulary
由输入、处理、输出三个环节组成、互相配合的整体。
系统接收外界讯息或指令的环节。
比较讯号与设定值并作出判断的环节。
系统产生动作或效果的环节。
把光、温度、距离等物理量转换成电讯号的元件。
把输出的实际结果送回输入端、供控制器修正动作的机制。
按预设程序输出、不检查实际结果的控制方式。
依靠传感器回馈不断修正输出的控制方式。
以方块与箭嘴表示系统环节与讯息流向的图示。
3逐步讲解 Steps
- 第一步：以系统眼光看产品进阶分析把产品拆成输入、处理、输出三个环节：输入接收讯息，处理按规则判断，输出产生动作。这个模型适用于由电风扇到自动门的各种产品，是分析与设计智能产品的共同语言。举个例子：声控夜明灯中，麦克风收音是输入，电路判断声音是否足够是处理，发光二极管亮起是输出，用系统语言描述便一目了然。
- 第二步：认识常用传感器传感器是系统的感官，把物理世界转译成电讯号。光敏电阻感应光度变化，热敏电阻感应温度，超声波传感器以回声量度距离，麦克风嗓音音转成讯号，湿度传感器监测水汽。选用传感器要考虑感应范围、灵敏度与安装位置。举个例子：设计自动晚间照明，便选光敏电阻侦测天黑；设计防撞小车，便选超声波传感器量度障碍物距离。
- 第三步：处理与输出环节处理环节像系统的脑袋，由控制电路或微控制器担当，工作是把输入讯号与设定值比较，再决定输出策略；输出环节则像手脚，常见有摩打产生转动、发光二极管发出灯光、蜂鸣器发声、电热元件发热。举个例子：电饭煲中，微控制器按温度与时间判断米饭是否煮熟，然后指挥电热盘加热或停止，处理与输出环环相扣。
- 第四步：开环控制的特点开环控制按预设程序行事，输出之后不再理会实际结果，结构简单、成本低、反应直接，适合结果容易预期的场合；弱点是无法自行修正偏差，一旦外界条件改变，输出便可能失准。举个例子：普通风扇调速档属于开环，按下中档便输出固定风速，但房间愈挤迫、气流愈受阻，实际凉感便愈差，风扇本身不会察觉。
- 第五步：闭环控制与回馈闭环控制把输出的实际结果经传感器送回输入端，控制器比较实际值与目标值，按差距不断修正动作，这个机制称为回馈。回馈令系统能自我修正，输出稳定、抗干扰，但结构与成本较高。以恒温电熨斗为例：热敏元件持续量温，低于目标即通电加热，达标即断电，温度因而锁定在窄幅之内。
- 第六步：开环与闭环的选择两类控制各有舞台：结果可预期、要求不高时用开环，省钱省事；环境多变、要求精准时用闭环，以回馈换稳定。判断关键在于产品需不需要「知道」自己的输出结果。举个例子：交通灯按既定时间转灯，属开环已足够；冷气机要维持室温，必须量度室温并调节压缩机与风速，便非闭环不可。
- 第七步：系统框图分析与答题系统框图以方块代表输入、处理、输出，以箭嘴表示讯号流向，回馈路径则由输出绕回输入。答系统题时，先认出传感器与输出装置，再追踪讯号流向，判断有无回馈路径，便能确定控制类型并解释理由。举个例子：画自动门框图，红外线传感器指向控制电路，电路指向摩打；若图上没有由门的位置返回电路的路径，便属开环描述，与实际的闭环设计不符。
5例题示范 Example
例题：某停车场出入口使用自动栏杆，车辆驶近时栏杆自动升起，车辆通过后自动降下。试指出系统的输入、处理与输出环节，并判断属开环还是闭环控制。
- 找输入：地面感应线圈或红外线传感器侦测车辆驶近与离开，把情况转成讯号。
- 找处理：控制电路比较讯号与设定条件，决定升杆、保持或降杆。
- 找输出：摩打带动栏杆升起与降下，另有指示灯显示状态。
- 判断控制类型：传感器持续回报车辆位置，系统按实际情况修正动作，存在回馈路径。
- 答案：输入是侦测车辆的传感器，处理是判断升降的控制电路，输出是带动栏杆的摩打；由于传感器不断把实际情况回馈给控制器修正动作，此系统属闭环控制。答题时宜画出含回馈路径的框图，并说明回馈如何令栏杆在车辆未离开前保持升起，避免误降。
6常见错误 Mistakes
75 题快测 Quick check
Q1系统模型的三个基本环节是什么？
Q2传感器的作用是什么？试举一例。
Q3开环与闭环控制的根本分别是什么？
Q4恒温电熨斗靠什么保持温度稳定？
Q5画系统框图时，回馈路径应如何表示？
8重点回顾 Recap
- 系统模型三环节：输入接收讯息、处理作出判断、输出产生动作。
- 传感器是输入的灵魂，把光、温度、距离、声音等转成电讯号。
- 开环控制按预设程序行事，简单便宜；闭环控制靠回馈自我修正，稳定精准。
- 恒温电熨斗与自动门是闭环典型：传感器量度实际情况，控制器不断修正。
- 答系统题先画框图：认传感器与输出装置、追讯号流向、判断回馈有无。