HOẠT ĐỘNG CỦA GV – HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chia lớp thành 5 nhóm.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm, nghiên cứu SCĐ và hoàn thành nội dung Thảo luận 1 (SCĐ – tr42)

Các hoạt động nào sau đây có thể sử dụng cảm biến? Chỉ ra loại cảm biến có thể sử dụng.

a) Bật đèn khi cường độ sáng của không gian xung quanh đèn giảm đến một giá trị đã được cài đặt trước.

b) Mở cửa sau khi xác nhận người đang đứng trước cửa thuộc danh sách được vào nhà.

c) Thông báo sự xuất hiện cháy nổ, khói, rò rỉ ga trong nhà.

d) Thông báo sự xuất hiện của người lạ trong nhà.

e) Đóng mở cửa giếng trời

f) Mở hệ thống tưới nước cho cây khi độ ẩm của đất giảm đến một giá trị đã được cài đặt trước.

- Sau khi HS trả lời, GV dẫn dắt HS đến vấn đề thực tiễn về cảm biến để HS xác định được mục đích và ý tưởng dự án tìm hiểu cảm biến.

- GV kết luận về kế hoạch thực hiện dự án và chiếu các mẫu tìm hiểu dự án.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SCĐ và trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- HS thảo luận và xây dựng ý tưởng, lấp kế hoạch thực hiện dự án.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện 1 – 2 HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

*Thảo luận 1 (SCĐ – tr42)

a) Cảm biến ánh sáng.

b) Cảm biến vân tay.

c) Cảm biến khí gas và cảm biến khói.

d) Cảm biến hồng ngoại hoặc cảm biến chuyển động.

e) Cảm biến mưa.

f) Cảm biến độ ẩm đất.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

I . DỰ ÁN NGHIÊN CỨU

1. Xây dựng ý tưởng dự án và quyết định chủ đề

- Mục đích: Phân loại một số cảm biến theo nguyên tắc hoạt động, phạm vi sử dụng và hiệu quả kinh tế, tìm hiểu một số tính chất cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng.

- Vấn đề thực tiễn: Với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện nay thì việc sử dụng các cảm biến cho hoạt động diễn ra của ngồi nhà và trong hoạt động cuộc sống là điều tất yếu. Việc lựa chọn phải được nghiên cứu kĩ, vừa đảm bảo hoạt động hiệu quả vừa phù hợp với nhu cầu và hiệu quả kinh tế.

*Lập kế hoạch thực hiện dự án

- Phân tích các hoạt động trong ngôi nhà hoặc trong đời sống có sử dụng cảm biến.

- Tìm hiểu các nguồn tài liệu về các cảm biến được chọn.

- Thiết lập danh mục các cảm biến được chọn.

- Tìm hiểu sơ đồ nguyên lí hoạt động của các loại cảm biến.

- Thực hiện 2 video minh họa về nguyên tắc hoạt động của cảm biến.

- Thống kê ứng dụng của bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng.

- Xử lí thông tin và điền thông tin vào các Bảng 8.1, 8.2 và 8.3.

(được đính kèm phía dưới hoạt động)

Bảng 8.1. Thông tin kết quả tìm hiểu dự án nghiên cứu về cảm biến

Bảng 8.2. Mô tả ngắn gọn nội dung trong các video thực hiện

Bảng 8.3. Thống kê ứng dụng của bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng

HOẠT ĐỘNG CỦA GV – HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm, điền thông tin vào Bảng 8.1 và hoàn thành các nhiệm vụ học tập sau:

Nhóm 1: Tìm hiểu về cảm biến khoảng cách.

Nhóm 2: Tìm hiểu về cảm biến tốc độ.

Nhóm 3: Tìm hiểu về cảm biến gia tốc.

Nhóm 4: Tìm hiểu về cảm biến lực.

Nhóm 5: Tìm hiểu về cảm biến ánh sáng.

- Sau khi trình bày về nội dung các nhóm đã tìm hiểu, GV tiếp tục yêu cầu HS thảo luận theo nhóm và trả lời các nội dung sau:

+ Thảo luận 2 (SCĐ – tr45): Vì sao cảm biến khoảng cách sử dụng siêu âm có thể phát hiện được sản phẩm bị móp, méo hoặc nứt trên băng chuyền?

+ Thảo luận 3 (SCĐ – tr45): Tìm hiểu đặc điểm của máy xác định tốc độ từ xa dùng tia laser và so sánh với máy xác định tốc độ dùng sống radar.

+ Thảo luận 4 (SCĐ – tr47): Tìm hiểu và trình bày cấu tạo của diode quang trong cảm biến ánh sáng.

+ Luyện tập (SCĐ – tr47): Trong nhà máy sản xuất nước giải khát có ga, để đảm bảo quy tắc an toàn, ta phải kiểm soát được nhiệt độ máy trong quá trình pha chế nguyên liệu, theo dõi lưu lượng và áp suất khí CO₂ do máy pha chế đồ uống tạo ra và mực nước giải khát được bơm vào trong chai. Hãy thảo luận nhóm để phân loại các cảm biến đo nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và mức chất lỏng hay rắn trong bình chứa được sử dụng trong công nghiệp theo nguyên tắc hoạt động, phạm vi sử dụng và hiệu quả kinh tế.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SCĐ và trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện 1 – 2 HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

*Thảo luận 2 (SCĐ – tr45)

Với các sản phẩm bị lỗi này thì đường đi của sóng phản xạ sẽ khác, các khoảng cách mà cảm biến đi được không thuộc bộ dữ liệu đã được ghi nhận với sản phẩm bình thường, lúc này cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến bộ phận khác có nhiệm vụ loại sản phẩm này ra.

*Thảo luận 3 (SCĐ – tr45)

- Máy đo tốc độ từ xa dùng tia laser: Thông qua đo khoảng thời gian kể từ lúc phát ra tia laser đến khi tia laser quay lại máy sau khi đã phản xạ trên phương tiện giao thông để tính ra tốc độ.

- Máy dùng sóng radar: trên máy có một radar phát sóng vô tuyến có tần số xác định. Khi một phương tiện giao thông tiến vào vùng sóng này sẽ ngay lập tức tạo ra một sóng vô tuyến phản xạ quay trở lại máy. Sóng phản xạ này có tần số khác sóng tới do khoảng cách tương đối giữa phương tiện và radar thay đổi. Mức tăng hay giảm phụ thuộc vào tốc độ của phương tiện nên có thể xác định tốc độ từ độ biến thiên của tần số..

*Thảo luận 4 (SCĐ – tr47)

Cũng như diode chỉnh lưu, diode quang có cấu tạo là lớp chuyển tiếp p - n. Lớp này được tạo thành khi người ta pha các tạp chất một cách thích hợp vào các phần khác nhau của một mẫu bán dẫn, kết quả là tạo ra trong mẫu hai phần bán dẫn loại p (lỗ trống là hạt tải điện đa số) và loại n (electron là hạt tải điện đa số) tiếp xúc với nhau. Lớp này có điện trở lớn vì hầu như không có hạt tải điện tự do.

Diode chỉnh lưu dùng để chuyển dòng điện xoay chiều thành một chiều vì lớp chuyển tiếp chỉ dẫn điện tốt theo một chiều từ p sang n. Diode quang dùng làm cảm biến ánh sáng vì lớp chuyển tiếp có thể dẫn điện theo chiều từ n sang p khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào (do các cặp electron – lỗ trống được tạo thêm).

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

II. CẢM BIẾN (SENSOR)

- Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay quá trình vật lí và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó.

1. Cảm biến khoảng cách

- Là thiết bị cảm nhận và biến đổi khoảng cách từ vị trí đặt cảm biến đến vật thể thành tín hiệu điện.

- Cảm biến khoảng cách có thể hoạt động dựa vào nhiều nguyên lí: phát – thu tia laser hoặc sóng siêu âm.

- Cảm biến khoảng cách sử dụng tia laser giúp xác định khoảng cách tới một điểm,…

- Ứng dụng: sử dụng ở cảng biển hoặc khu công nghiệm giúp bốc vác container chính xác, không va chạm,…

- Có giá thành khoảng vài chục nghìn đồng.

2. Cảm biến tốc độ

- Là thiết bị cảm nhận và biến đổi tốc độ của một vật chuyển đổi thành tín hiệu điện.

- Cảm biến tốc độ có thể hoạt động dựa vào một số nguyên lí sau: hiện tượng cảm ứng điện từ, hiệu ứng Doppler.

- Ứng dụng: Kiểm soát tốc độ xe, máy xác định tốc độ từ xa.

- Có giá thành khoảng vài trăm nghìn đồng.

3. Cảm biến gia tốc

- Là thiết bị cảm nhận và biến đổi gia tốc của một vật chuyển động thành tín hiệu điện.

- Có ba loại: áp điện, áp suất và điện dung.

- Ứng dụng:

+ Sử dụng trong xe hơi để phát hiện tai nạn và điều khiển bung túi khí khi gia tốc vượt giới hạn an toàn.

+ Giúp điện thoại nhận biết hướng của gia tốc trong trường để điều khiển xoay màn hình.

+…

- Giá từ vài trăm nghìn đến vài triệu đồng.

4. Cảm biến lực

- Là thiết bị cảm nhận và biến đổi lực thành tín hiệu điện.

- Có nhiều loại cảm biến đo lực, trong đó có cấu tạo dạng tấm mỏng chế tạo từ vật liệu áp điện.

- Ứng dụng: Cân tải trọng ô tô, cân điện tử băng tải.

- Giá từ vài chục nghìn đến vài triệu đồng.

5. Cảm biến ánh sáng

- Là thiết bị cảm nhận và biến đổi cường độ ánh sáng thành tín hiệu điện.

- Cảm biến ánh sáng có nhiều loại như cảm biến ánh sáng sử dụng điện trở phụ thuộc ánh sáng, cảm biến ánh sáng sử dụng diode quang,…

- Ứng dụng: sử dụng trong các thiết bị điều khiển từ xa, thiết bị điện tử, thiết bị y tế,…

- Giá từ vài chục nghìn đến vài triệu đồng.