基于Proteus的“機電類傳感器與機電檢測技術”課程教學改革研究

摘 要 “傳感器與機電檢測技術”作為機械電子工程專業的一門主要專業基礎課，課程內容涉及到半導體材料的物性，檢測原理與模擬電路等相關知識。針對該課程傳統課堂教學和實驗教學等存在的問題，提出了利用Proteus軟件來對該課程進行設計各個教學環節，實踐表明：利用Proteus軟件進行教學，能將課程理論教學與實踐教學融于一體，激發學生的學習興趣，培養學生綜合分析和解決實際問題的能力，會達到事半功倍的教學效果。

關鍵詞 傳感器與機電檢測技術 Proteus仿真 教學改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Abstract \"Sensors and Electrical detection technology\" as the mechanical and electronic engineering from a major professional basic courses， course content related to the knowledge of semiconductor materials properties， the detection principle and analog circuits. The course for the problems of traditional classroom teaching and laboratory teaching， proposed using Proteus software to design various teaching the course， practice shows that： the use of Proteus software for teaching， can the theory and practical teaching curriculum into one to stimulate student interest in learning， students comprehensive analysis and the ability to solve practical problems， to reach a multiplier effect of teaching.

Key words Sensors and Electrical detection technology； Proteus simulation； educational reform

0 前言

傳感技術是現代信息時代的關鍵技術，越來越多智能系統、物聯網系統的核心部件都是傳感器。①使學生能夠掌握各類傳感器的基本原理，并將其靈活運用，是提高機械電子工程專業教學質量和培養應用型人才的一個重要內容。“傳感器與機電檢測技術”作為機械電子工程專業的一門主要專業基礎課，在實際的理論教學過程中，主要是對各類傳感器的物理性質、工作原理及簡單生活應用進行講解，學生在接觸傳感器知識時，缺乏感性認識，其原因是缺乏對傳感器有效的演示方法；同時實驗環節一般采用各類傳感器試驗箱來完成，以驗證性實驗和演示性實驗內容居多，實驗過程一般是：連接導線—運行儀器—觀察效果，缺少學生進行自主的研究性學習內容和訓練環節，因而學生對課程學習起來枯燥無味，很難調動學生的積極性，教學效果不是很理想。②基于上述問題，筆者引入Proteus軟件作為教學輔助手段到機電類“傳感器與機電檢測技術”課程教學環節中。

1 Proteus 仿真在課程教學中的應用

1.1 將Proteus引入到課程的課堂教學

在Proteus軟件中，最常見的傳感器模塊（如光敏、壓力、溫濕度傳感器）在Transducer庫中都可以找到，使用Proteus進行理論教學，教師可將設計好的各類傳感器工作示意圖來演示實驗效果，在講授課程理論的同時進行效果演示。同時，傳感器系統中的諸如各種傳感器、各類單片機和嵌入式CPU模塊單獨講解來供學生學習和研究，便于講解各功能模塊的作用，并進行功能演示，可使學生對各功能模塊的作用了解得更詳細，并且對于設計一個完整傳感器系統的各步驟有更清晰的認識。

1.2 利用Proteus改進課程的實驗教學

“傳感器與機電檢測技術”是一門繁雜的交叉學科課程，在進行傳感器課程實驗教學環節中，往往涉及到諸如電子類、機械類課程的相關知識。在實驗教學環節中引入 Proteus可以擺脫以往局限于驗證性實驗，所做實驗偏重于理論，靈活性和創新性不足的缺點，借助Proteus所提供的元器件和外設模型來選擇各類傳感器和各種CPU進行各種原創實驗設計，使學生在學習各類傳感器原理的同時，還鞏固了單片機類和控制類等相關知識，加強該課程與“微型機及單片機應用技術”、“機電一體化系統設計”、“機電系統接口技術”、“單片機原理與接口技術”等機電類專業課程的銜接力度，促進了對機電類各專業課程的融會貫通，提升了學生機電設計的水平和能力。

1.3 利用Proteus改進課程的考核方式

“傳感器與機電檢測技術”課程的考試一般采用期末一張試卷的考核方式，部分會結合平時考勤考核表現，考核內容不可能包含該學期教學任務的全部內容，而只能從本學期教學內容中選取一部分，考核結果必然存在偶然性，無法考核學生在平時學習過程中對知識和技能的掌握程度，有問題得不到及時解決，有可能造成問題的積累，為此還可以將Proteus軟件引入到傳感器課程的考核方式中，可以克服一卷定終生，死記硬背知識點的弊病，真正從提高學生的設計能力與實踐能力著手，對該課程考核進行改革，采用“試卷成績+Proteus大作業+平時成績”累加式的考核方式，通過Proteus來改革本課程的傳統應試模式，突出和加強學生綜合能力的培養，培養高素質創新型人才。

2 實例

打開Proteus軟件，首先在元件庫中選擇所需傳感器模塊、AVR或C51單片機以及相關元器件，按照課程要求連接元器件組成電路，即完成了仿真電路圖的繪制，然后在Keil或ICCAVR集成開發環境下使用C語言編制程序和編譯，③④程序調試通過后生成一個后綴名為.hex的文件，以備仿真時調用。以SHT11溫濕度傳感器或MPX4115壓力傳感器的實例來說明Proteus在“傳感器與機電檢測技術”課程中的應用，仿真程序如圖1和圖2所示。

通過上述實例的講解，學生不僅可以對各類傳感器的工作原理進行掌握，而且可以培養學生綜合運（下轉第185頁）（上接第109頁）用對該課程所學知識解決工程實際問題的能力，以進一步鞏固、深化、擴展本課程所學的理論知識，并用來指導實踐技能。引入Proteus還可讓學生進行電子電路繪制、C語言編程等方面知識的綜合訓練，促進對傳感器、單片機、接口技術等相關課程知識的融會貫通，提高學生對知識自主綜合運用的能力。

3 結束語

在“傳感器與機電檢測技術”課程的教學中引入Proteus軟件，可以有效地彌補原有基礎實驗儀器的不足，大大節約成本，使學生對該課程的學習過程可以不受時間、場地的限制，在一定程度上擺脫了各類傳感器實驗中對于傳統硬件條件的束縛和局限，同時學生更加容易理解傳感器課程相關的教學與實驗內容，有利于提高學生的學習興趣，發揮學生的自主性來獨立地設計傳感器電路完成設計性實驗，最終提高學生的學習能力。另外，機自、測控和車輛等相近專業學生也可以靈活利用Proteus 軟件進行相關課程的學習，從而提高課程的“教”與“學”效率。

基金項目：校級教學改革研究項目“Proteus仿真在《傳感器與機電檢測技術》課程中的實踐與應用”

注釋

① 王倢婷.傳感器技術實驗教學改革探討.中國西部科技，2010.32：67-68+41.

② 汪毅.基于Proteus的傳感器教學改革.中國科教創新導刊，2011.16：87.

③ 楊黎.基于C語言的單片機應用技術與Proteus仿真[M].湖南：中南大學出版社有限責任公司，2012.

④ 陳忠平.基于Proteus的AVR單片機C語言程序設計與仿真[M].北京：電子工業出版社，2011.