北京電子科技職業(yè)學院 趙文藝

高等職業(yè)院校是培養(yǎng)學生具有一定專業(yè)技能的職業(yè)教育院校，學生在校期間不但要學習系統(tǒng)的理論知識，更重要的是要具有相應的動手實踐能力，為今后從事專業(yè)技術工作打下良好的實踐基礎。為了培養(yǎng)學生的動手實踐能力，大部分課程應該是在實驗室、實習工廠完成，所以，實驗室建設和基于工作過程的理實一體的課程開發(fā)是高等職業(yè)教育中兩個非常重要的環(huán)節(jié)。

1.系統(tǒng)組成

本設計采用單片機、溫度傳感器、氣體傳感器、鍵盤以及顯示、報警模塊組成了一個實驗室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對溫度、煙霧的檢測、顯示、報警限設置、延時報警等功能。是一種結構簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的實驗裝置，具有一定的實用價值。

因為是應用于教學的實驗裝置，面向的學生是高職生，因此單片機選用具有集成度高，處理功能強，可靠性高，系統(tǒng)結構簡單，價格低廉，運用非常廣泛具有代表性的MCS-51型單片機，具體型號是AT89S51。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

2.溫度測量

2.1 硬件組成

圖2 DS18B20內部結構框圖

圖3 DS18B20與單片機接口電路

DS18B2O數(shù)字式溫度傳感器是美國DALLAS公司生產(chǎn)的單一總線器件，具有連接線路簡單，體積小的特點。如果希望多點測溫，在一根通信線上，可以掛很多這樣的數(shù)字式溫度傳感器，十分方便。DS18B2O產(chǎn)品的特點是只要求一個端口即可以實現(xiàn)通信。在DS18B2O中的每個器件上都有其獨有的、不重復的序列號；實際應用中不需要任何外部元器件就可以實現(xiàn)測溫；測量溫度范圍在－55℃到＋125℃之間；此數(shù)字式溫度傳感器的分辨率用戶可以從9位到12位根據(jù)需要進行選擇；內部還具有溫度的上、下限告警設置；它還具有負壓特性，如果學生不小心把電源極性接反，溫度傳感器不會因發(fā)熱被燒毀，但不能正常工作?；谝陨咸攸c，本設計采用決定DS18B2O數(shù)字溫度傳感器。DS18B2O采用3腳PR-35封裝或8腳SOIC封裝，其內部結構框圖如圖2所示。DS18B2O與單片機的接口電路非常簡單，見圖3。

圖4 溫度采集子程序流程圖

圖5 數(shù)據(jù)轉換子程序流程圖

圖6 MQ-2測量電路

2.2 程序流程圖

溫度采集子程序主要負責驅動外部的溫度傳感器DS18B2O進行工作，通過串口通信方式向DS18B2O寫入ROM命令，并讀取當前溫度值，將讀取的數(shù)據(jù)存放在26H-2EH存儲單元，其中26H單元存放溫度值的低位，27H單元存放溫度值的高位，程序流程圖如圖4所示。

溫度轉換子程序功能是將從溫度采集子程序中采集的十六進制溫度數(shù)據(jù)，轉換成十進制的數(shù)值并存儲在指定的存儲單元內。由于本系統(tǒng)設計的溫度檢測有效為O-99，所以數(shù)據(jù)轉換原理為：將獲取到的十六進制溫度值除以十進制數(shù)1O，所得到的商為相應十進制數(shù)的十位，并存入31H單元，余數(shù)則為相應十進制數(shù)的個位，并存入3OH單元，其程序流程圖如圖5所示。

3.煙霧測量

煙霧傳感器選用MQ-2半導體式煙霧傳感器，它輸出的是模擬信號，選擇ADCO8O9轉換芯片把模擬信號轉換成數(shù)字信號。MQ-2氣敏元件的結構由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層、測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在不銹鋼制成的腔體內，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個用于電源輸入和信號取出，2個用于提供加熱電流。用于制作MQ-2氣體傳感器的氣敏材料是二氧化錫（SnO2），此材料在清潔空氣中電導率是比較低的。當傳感器周圍存在可燃氣體時，氣敏材料的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大，使用分壓電路和運算放大電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。MQ-2氣敏元件要有預熱電路，然后接分壓電路，再接LM324集成運放放大，放大后經(jīng)A/D轉換再接單片機。MQ-2測量電路如圖6所示。

4.結論

此實驗項目的開發(fā)綜合了電氣自動化技術專業(yè)的電工電子技術及電氣測量技術、傳感檢測技術與儀表、微機控制技術及接口等課程的內容，應用在教學過程中可以采用任務驅動法，給學生布置明確的任務，同時把任務分成幾個模塊，由全體學生分工合作，結合所學知識，自己動手進行設計、制作，這樣工學結合、學做融合的教學方法，完全符合當前職業(yè)教育的要求。自主研發(fā)的實驗室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的使用將為檢測技術、微機技術實驗室的學生提供更直觀、更容易理解和接受的實訓項目，也可以作為檢測技術和單片機技術課程的實訓項目，由學生模擬完成開發(fā)過程，這樣跟市場上成型的產(chǎn)品相比，不僅大大節(jié)約了經(jīng)濟成本，更有助于培養(yǎng)學生的實踐能力和專業(yè)技能。