Reka Bentuk dan Teknologi soalan, bab 1

NamaKelasTarikh

Aplikasi teknologi: Reka bentuk mekatronik

44 markah. Guna mod Latihan untuk menyemak setiap jawapan, atau mod Peperiksaan untuk menjawab semua soalan dahulu. Sediakan sehelai kertas kosong dan pensel untuk soalan C1 dan C2.

Bahagian A: soalan objektif

10 markah

Jawab semua soalan. Pilih satu jawapan yang betul bagi setiap soalan.

Soalan 1

Apakah maksud reka bentuk mekatronik?

Reka bentuk produk yang hanya menggunakan komponen mekanikal dan elektrik
Reka bentuk produk atau sistem yang menggabungkan disiplin ilmu elektrik, mekanikal, elektronik, kawalan dan pengaturcaraan
Reka bentuk perisian komputer yang dikawal oleh penderia
Pengubahsuaian produk sedia ada supaya lebih mesra pengguna

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Reka bentuk mekatronik menggabungkan lima disiplin: elektrik, mekanikal, elektronik, kawalan dan pengaturcaraan (ms. 3). A tertinggal elektronik, kawalan dan pengaturcaraan; D ialah maksud inovasi.

Untuk guru: Mengingat, aras rendah, standard 1.1.1

Buku teks ms. 3

Soalan 2

Antara berikut, yang manakah elemen asas kejuruteraan dalam mekatronik?
I  Sistem elektrik
II  Sistem mekanikal
III  Sistem hidraulik
IV  Sistem kawalan dan pengaturcaraan

I, II dan III
I, III dan IV
I, II dan IV
II, III dan IV

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Empat elemen asas ialah sistem elektrik, sistem mekanikal, sistem elektronik, serta sistem kawalan dan pengaturcaraan (ms. 7). Sistem hidraulik bukan elemen mekatronik.

Untuk guru: Mengingat, aras rendah, standard 1.1.2

Buku teks ms. 7

Soalan 3

Revolusi Industri 3.0 bermula dengan

penggunaan reka bentuk mekanikal bagi menggantikan tenaga manusia
penemuan tenaga elektrik yang membolehkan pengeluaran dalam kuantiti besar
penggabungan mekatronik dengan Internet benda dan data raya
penggunaan meluas reka bentuk elektronik dan penggabungan reka bentuk bagi menghasilkan reka bentuk mekatronik

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

A ialah Revolusi Industri 1.0, B ialah 2.0 dan C ialah 4.0 (ms. 4–5).

Untuk guru: Memahami, aras rendah, standard 1.1.1

Buku teks ms. 5

Soalan 4

Antara berikut, yang manakah komponen sistem elektronik?

Gear dan tali sawat
Perintang dan kapasitor
Pengubah dan motor AU
Takal dan dram

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Perintang, diod, kapasitor, transistor, suis dan penderia ialah komponen elektronik (ms. 9). A dan D ialah komponen mekanikal; C ialah komponen elektrik.

Untuk guru: Memahami, aras rendah, standard 1.1.2

Buku teks ms. 9

Soalan 5

Pengubah dan motor AU pada mesin basuh automatik membekalkan tenaga elektrik kepada sistem kawalan motor. Komponen ini tergolong dalam sistem

elektrik
mekanikal
elektronik
kawalan dan pengaturcaraan

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Pengubah dan motor AU berfungsi membekalkan tenaga elektrik, maka ia termasuk dalam sistem elektrik (Rajah 1.6, ms. 17).

Untuk guru: Mengaplikasi, aras rendah, standard 1.1.3

Buku teks ms. 17

Soalan 6

Rajah 1 menunjukkan gambar rajah blok sebuah pintu gelangsar automatik. Apakah blok X?

Penderia gerakan, blok X, pemacu motor, motor AT, takal dan tali sawat disambung dengan anak panah — Rajah 1

Mikropengawal
Pembaz
Lampu LED
Bateri

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Isyarat dari penderia gerakan diproses oleh mikropengawal sebelum menggerakkan pemacu motor (Rajah 1.9, ms. 20). Blok X ialah bahagian proses.

Untuk guru: Mengaplikasi, aras rendah, standard 1.1.4

Buku teks ms. 20

Soalan 7

Dalam gambar rajah blok mesin basuh automatik, yang manakah dikelaskan sebagai bahagian output?

Mod pilihan pada panel kawalan
Penderia paras air
Mikropengawal
Motor AU

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Output ialah peranti yang melaksanakan tindakan: pemacu motor, motor AU, takal dan tali sawat, dram (Rajah 1.10, ms. 21). A dan B ialah input; C ialah proses.

Untuk guru: Memahami, aras rendah, standard 1.1.4

Buku teks ms. 21

Soalan 8

Kereta kawalan jauh sukar dikawal di kawasan gelap. Berdasarkan analisis berantai punca-kesan, apakah punca yang paling akhir bagi masalah ini?

Badan kereta mempunyai kekuatan yang rendah
Pengendali bergerak balas dengan perlahan
Kurang pencahayaan pada laluan kereta untuk pengendali mencegah perlanggaran
Kereta tidak mempunyai kawalan kelajuan

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Rantai: sukar dikawal di kawasan gelap, kerana penglihatan pengendali terhad, kerana kurang pencahayaan pada laluan (Rajah 1.13, ms. 23). A dan B ialah rantai bagi masalah mudah rosak apabila berlanggar.

Untuk guru: Menganalisis, aras sederhana, standard 1.1.5

Buku teks ms. 23

Soalan 9

Komponen manakah yang sesuai ditambah untuk mengesan jarak selamat antara kereta kawalan jauh dengan halangan?

Penderia inframerah
Perintang peka cahaya (LDR)
Pembaz
Lampu LED

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Penderia inframerah mengesan jarak dengan halangan dan memberikan isyarat input kepada mikropengawal. LDR mengesan tahap cahaya; pembaz dan lampu LED ialah output (Jadual 1.2, ms. 24).

Untuk guru: Mengaplikasi, aras sederhana, standard 1.1.5

Buku teks ms. 24

Soalan 10

Aiman menguji kereta kawalan jauh yang telah ditambah baik. Apabila ada halangan di hadapan, pembaz berbunyi tetapi motor AT tidak berhenti. Penilaian yang paling wajar ialah

Pembaz rosak dan perlu diganti
LDR tidak mengesan tahap cahaya
Pengaturcaraan mikropengawal perlu dibaiki supaya motor AT berhenti dan pembaz hidup serentak
Kemasan produk perlu ditambah supaya lebih menarik

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Pembaz berbunyi bermakna penderia inframerah dan mikropengawal berfungsi. Yang gagal ialah arahan memberhentikan motor AT, yang perlu diaturcarakan serentak dengan pembaz (Jadual 1.3, ms. 27). A dan B tidak berkaitan; D tidak memperbaiki fungsi.

Untuk guru: Menilai, aras tinggi, standard 1.1.7

Buku teks ms. 27

Bahagian B: soalan objektif pelbagai bentuk

24 markah

Jawab semua soalan. Setiap soalan bernilai 4 markah.

Soalan 11

Tandakan (✓) bagi elemen asas mekatronik dan (✗) bagi yang bukan elemen asas mekatronik.

[1 markah] (a)Sistem elektronik

A✓ Elemen asasB✗ Bukan elemen asas

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

✓ Elemen asas

[1 markah] (b)Sistem pneumatik

A✓ Elemen asasB✗ Bukan elemen asas

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

✗ Bukan elemen asas

[1 markah] (c)Sistem kawalan dan pengaturcaraan

A✓ Elemen asasB✗ Bukan elemen asas

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

✓ Elemen asas

[1 markah] (d)Sistem pencahayaan

A✓ Elemen asasB✗ Bukan elemen asas

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

✗ Bukan elemen asas

Empat elemen asas: sistem elektrik, mekanikal, elektronik, serta kawalan dan pengaturcaraan (ms. 7).

Untuk guru: Mengingat, aras rendah, standard 1.1.2

Buku teks ms. 7

Soalan 12

Padankan setiap komponen dengan sistem mekatronik yang betul.

[1 markah] (a)Gear rak dan pinan

ASistem elektrikBSistem mekanikalCSistem elektronikDSistem kawalan dan pengaturcaraan

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Sistem mekanikal

[1 markah] (b)Mikropengawal yang telah diatur cara

ASistem elektrikBSistem mekanikalCSistem elektronikDSistem kawalan dan pengaturcaraan

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Sistem kawalan dan pengaturcaraan

[1 markah] (c)Bateri

ASistem elektrikBSistem mekanikalCSistem elektronikDSistem kawalan dan pengaturcaraan

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Sistem elektrik

[1 markah] (d)Kapasitor

ASistem elektrikBSistem mekanikalCSistem elektronikDSistem kawalan dan pengaturcaraan

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Sistem elektronik

Gear rak dan pinan memindahkan gerakan (mekanikal, ms. 8). Mikropengawal yang diatur cara ialah sistem kawalan dan pengaturcaraan (ms. 9, 13). Bateri membekalkan tenaga elektrik (ms. 13). Kapasitor ialah komponen elektronik (ms. 9).

Untuk guru: Memahami, aras rendah, standard 1.1.2

Buku teks ms. 8

Soalan 13

Padankan setiap komponen pada pintu gelangsar automatik dengan fungsinya.

[1 markah] (a)Penderia gerakan

AMengesan pergerakan dan memberikan isyarat kepada sistem kawalanBMembuka dan menutup pintuCMenaikkan atau menurunkan voltan bekalan arus ulang-alikDMemproses isyarat input dan menghantar isyarat output kepada pemacu motor

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Mengesan pergerakan dan memberikan isyarat kepada sistem kawalan

[1 markah] (b)Takal dan tali sawat

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Membuka dan menutup pintu

[1 markah] (c)Pengubah

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Menaikkan atau menurunkan voltan bekalan arus ulang-alik

[1 markah] (d)Sistem kawalan (mikropengawal)

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Memproses isyarat input dan menghantar isyarat output kepada pemacu motor

Rajah 1.5 (ms. 14–15): penderia gerakan mengesan gerakan; takal dan tali sawat membuka dan menutup pintu; pengubah menaikkan atau menurunkan voltan AU; sistem kawalan memproses isyarat input.

Untuk guru: Memahami, aras rendah, standard 1.1.3

Buku teks ms. 14

Soalan 14

Rajah 2 menunjukkan empat daripada enam langkah menambah baik sebuah kereta kawalan jauh, tetapi tidak mengikut urutan. Susun langkah P, Q, R dan S mengikut urutan yang betul.

Empat kotak berlabel P hingga S: membina dan memasang, membuat pengaturcaraan, membuat lakaran, membuat kemasan — Rajah 2

[1 markah] (a)Langkah 1

APBQCRDS

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

[1 markah] (b)Langkah 2

APBQCRDS

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

[1 markah] (c)Langkah 3

APBQCRDS

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

[1 markah] (d)Langkah 4

APBQCRDS

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Urutan: membuat lakaran, membuat pengaturcaraan, membina dan memasang, membuat kemasan (ms. 28–29).

Untuk guru: Mengaplikasi, aras sederhana, standard 1.1.6

Buku teks ms. 28

Soalan 15

Dalam gambar rajah blok kereta kawalan jauh yang diubah suai, kelaskan setiap komponen sebagai input, proses atau output.

[1 markah] (a)Penderia inframerah

AInputBProsesCOutput

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Input

[1 markah] (b)Pembaz

AInputBProsesCOutput

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Output

[1 markah] (c)Mikropengawal

AInputBProsesCOutput

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Proses

[1 markah] (d)Pemacu motor

AInputBProsesCOutput

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Output

Penderia inframerah dan LDR memberikan isyarat input. Mikropengawal memproses isyarat. Pembaz, lampu LED, pemacu motor dan motor AT ialah output (Rajah 1.14, ms. 24).

Untuk guru: Menganalisis, aras sederhana, standard 1.1.4

Buku teks ms. 24

Soalan 16

Tandakan (✓) bagi pernyataan yang betul dan (✗) bagi pernyataan yang salah.

[1 markah] (a)Konsep mekatronik diperkenalkan oleh Tetsuro Mori pada tahun 1969.

A✓ BetulB✗ Salah

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

✓ Betul

[1 markah] (b)Produk mekatronik tidak boleh berfungsi secara separa automatik.

A✓ BetulB✗ Salah

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

✗ Salah

[1 markah] (c)Perintang peka cahaya (LDR) digunakan untuk mengesan jarak antara kereta dengan halangan.

A✓ BetulB✗ Salah

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

✗ Salah

[1 markah] (d)Ujian parameter dijalankan dalam situasi sebenar untuk menilai keberkesanan penambahbaikan.

A✓ BetulB✗ Salah

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

✓ Betul

(a) ms. 3. (b) Produk mekatronik berfungsi secara automatik atau separa automatik (ms. 3). (c) LDR mengesan tahap pencahayaan; penderia inframerah mengesan jarak (ms. 24). (d) ms. 30.

Untuk guru: Mengingat, aras rendah, standard 1.1.1, 1.1.5, 1.1.7

Buku teks ms. 3

Bahagian C: soalan subjektif

10 markah

Jawab semua soalan. Tulis jawapan anda di ruang yang disediakan. Untuk lakaran dan gambar rajah, gunakan kertas kosong, kemudian tandakan skema sendiri.

Soalan 17

Rajah 3 menunjukkan gambar rajah blok sebuah palang automatik di pintu masuk sekolah. Pemandu menunjukkan kad akses kepada penderia, dan palang naik. Sistem ini belum mempunyai ciri untuk mengelakkan palang turun menimpa kenderaan.

Penderia kad akses, mikropengawal, pemacu motor, motor AT dan palang naik dan turun disambung dengan anak panah — Rajah 3

[2 markah] (a)Terangkan fungsi motor AT dan pemacu motor dalam sistem ini.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Pemacu motor menerima isyarat kawalan daripada mikropengawal dan memacu motor AT [1]1
Motor AT menggerakkan palang naik dan turun [1]1

Tandakan setiap isi yang betul.

[3 markah] (b)Cadangkan satu komponen yang boleh ditambah supaya palang tidak turun menimpa kenderaan. Nyatakan jenis blok (input atau output) komponen itu dan satu tindakan pengaturcaraan.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Penderia inframerah (atau penderia gerakan) di bawah palang [1]1
Blok input, menghantar isyarat kepada mikropengawal [1]1
Pengaturcaraan: jika kenderaan dikesan, mikropengawal tidak menggerakkan motor AT untuk menurunkan palang [1]1

Tandakan setiap isi yang betul.

Untuk guru: Mengaplikasi, aras sederhana, standard 1.1.4, 1.1.6

Buku teks ms. 21

Soalan 18

Sebuah kipas siling automatik dikawal melalui telefon pintar. Pengguna merungut bahawa kipas terus berputar walaupun bilik kosong.

[3 markah] (a)Pada kertas kosong, lukis gambar rajah blok kipas siling automatik yang telah ditambah baik supaya kipas berhenti apabila bilik kosong. Labelkan input, proses dan output.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Contoh: Input: panel kawalan tanpa wayar (telefon pintar) dan penderia gerakan; Proses: mikropengawal; Output: pemacu motor, motor, bilah kipas berputar.

Input mengandungi panel kawalan tanpa wayar dan satu penderia baharu, contohnya penderia gerakan [1]1
Mikropengawal pada bahagian proses; pemacu motor dan motor pada bahagian output [1]1
Anak panah menunjukkan arah yang betul dan semua blok dilabel [1]1

Tandakan setiap isi yang betul.

[2 markah] (b)Terangkan bagaimana penderia baharu itu menyelesaikan masalah pengguna.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Penderia gerakan mengesan sama ada ada orang di dalam bilik dan menghantar isyarat kepada mikropengawal [1]1
Mikropengawal yang diaturcarakan memberhentikan motor apabila tiada pergerakan dikesan [1]1

Tandakan setiap isi yang betul.

Untuk guru: Mencipta, aras tinggi, standard 1.1.4, 1.1.5, 1.1.7

Buku teks ms. 29

Kembali ke nota Bab 2 soalan Kertas model