单元二 · 数据运算有逻辑

第5课 连续变化的数据

任务场景
任务场景:连续变化的数据

一、学习目标

  • 了解控制系统工作时产生的数据。
  • 了解连续量的表现形式及应用。
  • 能说出阈值在控制系统中的作用。

二、情境导入

这是一个居民小区的广场旁边安装的噪声监测器,它由声音采集装置、数据处理器、显示器、报警器等部分组成。请你说说它是怎么工作的呢?

安装噪声监测器,目的是提醒人们不要过于喧哗,以免给居民造成干扰。当检测到音量超过标准,就会通过报警器给管理部门发出提示。

噪声监测也是「输入—计算—输出」:输入(声音)→ 计算(处理声音数据,判断是否超标,生成指令)→ 输出(报警器发或不发提示)。

想一想:流动在控制系统每个环节中的一个要素是什么?

三、核心讲解

本课学习路径:

1分析噪声监测系统获取的数据及其特点
2感受生活中的连续量
3找出案例中的阈值

1.分析噪声监测系统获取的数据及其特点

我们已经知道数据是控制系统中的要素,接下来分析噪声监测系统中的数据。

想一想:噪声监测系统工作时,首先需要采集周围环境中的哪些数据?

观察声音变化时会发现:声音大小会连续起伏。声音数据属于连续量。

连续量:在一定范围内连续变化的数据。例如温度 1~100℃、水位 1~5 m、声音 35~45 dB、每天的气温等。
  • 可用声音波形图、气温变化图等表示连续变化。
  • 找找与噪声数据类型相同的数据:热水器温度、不断变化的身高、水龙头流出的水量……
  • 你们还知道生活中哪些数据是连续量?都来说说吧!

下方「看见声音演示」可用点阵把声音大小「画」出来,亲身体验连续量。

2.感受生活中的连续量

观察思考:

  • (1)慢慢拉上教室的窗帘,感受屋内光照强度逐渐变弱;慢慢拉开窗帘,感受光照逐渐变强。
  • (2)手拿一张薄纸片,嘴对着纸片吹气,观察纸片晃动与吹气力度强弱的关系。——吹气越强,纸片晃动越厉害,连续量就是这样「一点点变」的。
  • (3)观察校园生活中还有哪些连续量:铃声强弱、逐渐升高的液面、幼苗高度等。
  • (4)观察测量连续量的仪表:水表、温度计、车速表等。

3.找出案例中的阈值

想一想:在噪声监测系统中,采集噪声数据后,如何判断它是否超标呢?

要给系统设置一个参考值,再把噪声数据与它比较,才能判断是否超标。这个参考值在控制系统中叫作阈值。

阈值:用来比较、判断的参考数值(也可以是一个区间)。
  • 案例 1:某小区噪声监测器,夜间声音超过 55 dB 就提示管理部门。——阈值是 55 dB。
  • 案例 2:电热水壶水温达到 100℃ 自动断电。——阈值是 100℃。
  • 案例 3:冰箱冷藏室维持在 4℃。——阈值是 4℃。
  • 案例 4:健康手环心率超过 100 次/min 提醒。——阈值是 100 次/min。
  • 案例 5:高速公路某车道限速 100~120 km/h。——阈值是一个区间:最低 100 km/h,最高 120 km/h。

下方「声控灯阈值体验」可改阈值大小,观察声音超过阈值时灯如何变化。

弄清以上要点后,再进入下方动手体验,用实际操作验证。

四、动手体验 · MixGo MINI

本课共 2 个编程示例,请用下拉切换后分别载入体验。

看见声音演示

五、课堂总结

  • 数据是流动在系统中的“生命”要素,只要系统在工作,就会形成数据。
  • 连续量是在一定范围内连续变化的数据。
  • 要给系统设置一个参考数值,然后把噪声数据与它进行比较,才能判断是否超标,这个参考数值在控制系统中可以叫作阈值。

六、拓展提升

  • 阈值一般可以根据实际情况自行设置,但很多阈值也可参考公认标准。
  • (1)搜索资料,了解居民区、学校等环境的噪声标准。
  • (2)在下方动手体验中载入「声控灯阈值体验」:把接近拍手音量的数值设为阈值,当检测到的音量超过阈值就点亮灯。

测评

对照本课学习目标作答(客观题练习);选出后点「检查」。答错会显示简短说明。

  1. 根据本课学习目标,关于「控制系统工作时产生的数据」,下列哪项认识正确?

  2. 本课学习目标要求掌握与「连续量的表现形式及应用」相关的内容,下列哪项说法正确?

  3. 判断(对照学习目标):与「连续变化的数据」学习目标相反:相关概念可以任意理解

本节小结

回顾本课要点,完成动手体验与测评。记住:连续变化的数据。