王興君,毛 敏（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安,710300）

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智能傳感器課程建設(shè)及教學(xué)研究

王興君,毛 敏
（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安,710300）

摘要：以加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)?zāi)康?，本文以光電式轉(zhuǎn)速表課程設(shè)計(jì)為例，介紹如何逐步引導(dǎo)學(xué)生完成智能傳感器課程設(shè)計(jì)（目標(biāo)、方案及方法），這些設(shè)計(jì)能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性并能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。

關(guān)鍵詞：光電傳感器；單片機(jī)；課程設(shè)計(jì)

0　引言

信息化社會(huì)中，幾乎所有高科技行業(yè)都需要傳感器采集信息，未來傳感器必須具有智能化、小型化、多功能化和網(wǎng)絡(luò)化等特征。傳感器技術(shù)作為與現(xiàn)代技術(shù)密切相關(guān)的尖端技術(shù)，己成為很多高校的專業(yè)基礎(chǔ)課。

但長期以來，傳感器課程在教學(xué)內(nèi)容上偏重傳感器工作原理，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容開設(shè)少量驗(yàn)證性教學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不了解智能傳感器技術(shù)，本文通過實(shí)例將單片機(jī)和傳感器技術(shù)相結(jié)合，論述智能傳感器課程教學(xué)內(nèi)容與方法。

1　課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)方案

傳感器技術(shù)是對“模、數(shù)電子技術(shù)”和“單片機(jī)原理”等課程的進(jìn)一步鞏固和應(yīng)用。傳感器技術(shù)理論知識(shí)由老師向?qū)W生講解，但元器件選型、硬件電路設(shè)計(jì)與制作、編制程序、調(diào)試等由學(xué)生自己完成，教師只起引導(dǎo)作用。學(xué)生在完成后，不僅自身能力得到提高，自信心也大大加強(qiáng)。本文以“光電式轉(zhuǎn)速表”設(shè)計(jì)為例說明實(shí)施方案。

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

涉及傳感器、信號(hào)處理、顯示電路及系統(tǒng)測試的相關(guān)知識(shí)，可使學(xué)生掌握智能儀器設(shè)計(jì)思路和方法，理論和實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力。

1.2 總體方案設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，在查閱資料基礎(chǔ)上，采用模塊化設(shè)計(jì)方案，分為四個(gè)模塊：硬件電路設(shè)計(jì)與制作、程序設(shè)計(jì)、 protues仿真、系統(tǒng)性能測試。學(xué)生通過自主設(shè)計(jì)，結(jié)合相關(guān)理論知識(shí)，可以很好地完成這部分設(shè)計(jì)，通過實(shí)踐驗(yàn)證相關(guān)理論知識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

1.3 硬件電路設(shè)計(jì)

光電式轉(zhuǎn)速表由光電傳感器、信號(hào)處理電路、單片機(jī)和LCD顯示等4個(gè)部分組成。

1）光電傳感器是把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件，選擇實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有反射式光電傳感器。

2）信號(hào)處理電路包括放大、整形電路。

3）單片機(jī)完成對電機(jī)轉(zhuǎn)速脈沖的計(jì)數(shù)、轉(zhuǎn)速頻率的計(jì)算。

4）顯示電路將單片機(jī)分析處理的轉(zhuǎn)速顯示出來。

電路原理圖下圖所示：

電路原理圖

光源發(fā)出的光線經(jīng)聚焦透鏡2會(huì)聚成平行光束，照射到被測旋轉(zhuǎn)物3上，光線經(jīng)事先粘貼在旋轉(zhuǎn)物體上的反光紙4反射回來，經(jīng)透鏡6聚焦后落在光敏二極管7上，旋轉(zhuǎn)物體每轉(zhuǎn)一圈，光敏二極管就產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào),經(jīng)放大整形電路得到TTL電平的脈沖信號(hào)。

1.4 軟件設(shè)計(jì)

用C語言編寫程序，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理及LCD顯示等功能。由單片機(jī)的INT0中斷完成對電機(jī)轉(zhuǎn)速脈沖計(jì)數(shù)，每1s讀一次外部中斷計(jì)數(shù)值，此值即為脈沖信號(hào)的頻率，根據(jù)公式計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速，再由顯示器顯示出每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)。

2　光電式轉(zhuǎn)速表性能評價(jià)

這部分對學(xué)生來很重要，有助于學(xué)生判定所設(shè)計(jì)的儀器能否達(dá)到系統(tǒng)要求。通過分析可知主要誤差來源有：脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)、傳感器輸出信號(hào)的處理系統(tǒng)(包括前置放大器、整形電路等)、電源波動(dòng)引入的誤差以及測量線路引線帶來的計(jì)算誤差，可通過合理的設(shè)計(jì)、安裝來削弱。

通過“光電式轉(zhuǎn)速表”的設(shè)計(jì)和制作，學(xué)生把理論和實(shí)踐相結(jié)合，對遇到的困難能夠積極解決，如發(fā)現(xiàn)測量誤差較大時(shí)，找原因，分析誤差來源，最后解決問題。學(xué)生一旦能自己找到問題并解決，會(huì)提升自信心，激發(fā)學(xué)習(xí)的積極性。

“光電式轉(zhuǎn)速表”雖然是由傳感器和單片機(jī)構(gòu)成的簡單智能儀器，但也充分體現(xiàn)了智能儀器的普遍設(shè)計(jì)思路和方法，為以后復(fù)雜智能儀器的開發(fā)打下了基礎(chǔ)。

3　結(jié)論

該課程設(shè)計(jì)可有效培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和工程意識(shí)，提升了學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同度和學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)自主學(xué)習(xí)的積極性，有助于學(xué)生有效地掌握所學(xué)知識(shí)，縮短從理論知識(shí)到實(shí)際應(yīng)用的過程，使學(xué)生得到完整的系統(tǒng)性的工程實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，加強(qiáng)了對理論知識(shí)的融會(huì)貫通能力，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)及走入工作崗位打下了一定的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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王興君 男，1968年出生，副教授，高級工程師，1990年畢業(yè)于陜西理工學(xué)院無線電技術(shù)專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位；2003年畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)電路與系統(tǒng)專業(yè)，獲碩士學(xué)位?，F(xiàn)任陜西國防學(xué)院電子信息學(xué)院院長，主要從事電子技術(shù)教學(xué)與研究。

Intelligent sensor course construction and teaching research

Wang Xingjun,Mao Min
(Shaanxi Institute of Technology,Xi’an,710300,china)

Abstract：To strengthen students' practical ability and experience,this paper takes the photoelectric tachometer curriculum design as an example,introduces how to guide students step by step to complete intelligent sensor curriculum design(goal,scheme and method),these designs can stimulate students' learning enthusiasm and exercise students' beginning ability.

Keywords：Photoelectric sensor;Single chip microcomputer;Curriculum design

作者簡介

基金項(xiàng)目:陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研計(jì)劃項(xiàng)目(Gfy 15-14)