主题 6 · 自动化与新兴技术
自动化系统与机器人
传感器、微处理器和执行器如何在自动化系统中协同工作，以及什么样的东西才算机器人。
第 1 课，共 2 课大纲 6.1, 6.2更新于 2026年10月31日
自动化系统
自动化系统使用传感器、微处理器和执行器，在无需人参与的情况下完成工作。它在一个持续的循环中运行：
控制循环
- 1传感器读数例如温度传感器测量房间温度。
- 2转换模拟读数被转换成数字信号。
- 3微处理器比较把读数与预设值（如 21 °C）比较。
- 4执行器动作必要时发出信号打开或关闭加热器。
然后回到第 1 步
例子：温室
湿度传感器测量土壤。微处理器把读数与目标湿度比较。如果土壤太干，它就向执行器发送信号打开水阀。它会持续检查，当土壤足够湿润时关闭水阀。
同样的模式出现在工业（生产线）、交通（红绿灯、无人驾驶列车）、农业（灌溉）、气象站、游戏、照明和科学实验中。
- 优点：比人更快、更准确；可以全天候不间断工作；在危险场所更安全；运行成本更低。
- 缺点：安装和维护昂贵；传感器坏了就可能失灵；会减少部分工作岗位；无法应对程序没有考虑到的情况。
机器人
机器人学是计算机科学中设计、制造和操作机器人的分支。机器人有三个特征：
- 机械结构或框架，使它能移动或与外界互动。
- 电子元件，例如传感器、微处理器和执行器。
- 可编程，因此可以给它下达指令来完成任务。
| 领域 | 机器人的用途 |
|---|---|
| 工业 | 焊接、喷漆和组装汽车 |
| 交通 | 自动驾驶汽车、仓库机器人 |
| 农业 | 采摘水果、除草、喷洒农药的无人机 |
| 医疗 | 手术机器人、在医院中运送药品 |
| 家用 | 扫地机器人和割草机器人 |
| 娱乐 | 电子动画、摄像机器人 |
关键术语
- 自动化系统
- 无需人干预即可完成任务的软硬件组合。
- 微处理器
- 处理传感器数据并做出决定的集成电路。
- 执行器
- 产生运动的部件，例如电机或阀门。
- 机器人
- 具有机械结构和电子元件的可编程机器。
自我检测
描述自动化系统如何让房间保持在 21 °C。查看答案
温度传感器发出读数，转换成数字信号后送到微处理器。微处理器把每个读数与 21 °C 比较：低于就让执行器打开加热器，高于就关闭。这一过程持续重复。
说出机器人的三个特征。查看答案
机械结构、电子元件（传感器、微处理器、执行器），以及可编程。