基于Proteus的“機(jī)電類傳感器與機(jī)電檢測技術(shù)”課程教學(xué)改革研究

摘 要 “傳感器與機(jī)電檢測技術(shù)”作為機(jī)械電子工程專業(yè)的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課，課程內(nèi)容涉及到半導(dǎo)體材料的物性，檢測原理與模擬電路等相關(guān)知識。針對該課程傳統(tǒng)課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)等存在的問題，提出了利用Proteus軟件來對該課程進(jìn)行設(shè)計(jì)各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)踐表明：利用Proteus軟件進(jìn)行教學(xué)，能將課程理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)融于一體，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決實(shí)際問題的能力，會(huì)達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 傳感器與機(jī)電檢測技術(shù) Proteus仿真 教學(xué)改革

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)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(shù)是現(xiàn)代信息時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)，越來越多智能系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心部件都是傳感器。①使學(xué)生能夠掌握各類傳感器的基本原理，并將其靈活運(yùn)用，是提高機(jī)械電子工程專業(yè)教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)應(yīng)用型人才的一個(gè)重要內(nèi)容。“傳感器與機(jī)電檢測技術(shù)”作為機(jī)械電子工程專業(yè)的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課，在實(shí)際的理論教學(xué)過程中，主要是對各類傳感器的物理性質(zhì)、工作原理及簡單生活應(yīng)用進(jìn)行講解，學(xué)生在接觸傳感器知識時(shí)，缺乏感性認(rèn)識，其原因是缺乏對傳感器有效的演示方法；同時(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)一般采用各類傳感器試驗(yàn)箱來完成，以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和演示性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容居多，實(shí)驗(yàn)過程一般是：連接導(dǎo)線—運(yùn)行儀器—觀察效果，缺少學(xué)生進(jìn)行自主的研究性學(xué)習(xí)內(nèi)容和訓(xùn)練環(huán)節(jié)，因而學(xué)生對課程學(xué)習(xí)起來枯燥無味，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，教學(xué)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(xué)輔助手段到機(jī)電類“傳感器與機(jī)電檢測技術(shù)”課程教學(xué)環(huán)節(jié)中。

1 Proteus 仿真在課程教學(xué)中的應(yīng)用

1.1 將Proteus引入到課程的課堂教學(xué)

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(jìn)行理論教學(xué)，教師可將設(shè)計(jì)好的各類傳感器工作示意圖來演示實(shí)驗(yàn)效果，在講授課程理論的同時(shí)進(jìn)行效果演示。同時(shí)，傳感器系統(tǒng)中的諸如各種傳感器、各類單片機(jī)和嵌入式CPU模塊單獨(dú)講解來供學(xué)生學(xué)習(xí)和研究，便于講解各功能模塊的作用，并進(jìn)行功能演示，可使學(xué)生對各功能模塊的作用了解得更詳細(xì)，并且對于設(shè)計(jì)一個(gè)完整傳感器系統(tǒng)的各步驟有更清晰的認(rèn)識。

1.2 利用Proteus改進(jìn)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

“傳感器與機(jī)電檢測技術(shù)”是一門繁雜的交叉學(xué)科課程，在進(jìn)行傳感器課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，往往涉及到諸如電子類、機(jī)械類課程的相關(guān)知識。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中引入 Proteus可以擺脫以往局限于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，所做實(shí)驗(yàn)偏重于理論，靈活性和創(chuàng)新性不足的缺點(diǎn)，借助Proteus所提供的元器件和外設(shè)模型來選擇各類傳感器和各種CPU進(jìn)行各種原創(chuàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)各類傳感器原理的同時(shí)，還鞏固了單片機(jī)類和控制類等相關(guān)知識，加強(qiáng)該課程與“微型機(jī)及單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”、“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”、“機(jī)電系統(tǒng)接口技術(shù)”、“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”等機(jī)電類專業(yè)課程的銜接力度，促進(jìn)了對機(jī)電類各專業(yè)課程的融會(huì)貫通，提升了學(xué)生機(jī)電設(shè)計(jì)的水平和能力。

1.3 利用Proteus改進(jìn)課程的考核方式

“傳感器與機(jī)電檢測技術(shù)”課程的考試一般采用期末一張?jiān)嚲淼目己朔绞剑糠謺?huì)結(jié)合平時(shí)考勤考核表現(xiàn)，考核內(nèi)容不可能包含該學(xué)期教學(xué)任務(wù)的全部內(nèi)容，而只能從本學(xué)期教學(xué)內(nèi)容中選取一部分，考核結(jié)果必然存在偶然性，無法考核學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)過程中對知識和技能的掌握程度，有問題得不到及時(shí)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(diǎn)的弊病，真正從提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力與實(shí)踐能力著手，對該課程考核進(jìn)行改革，采用“試卷成績+Proteus大作業(yè)+平時(shí)成績”累加式的考核方式，通過Proteus來改革本課程的傳統(tǒng)應(yīng)試模式，突出和加強(qiáng)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才。

2 實(shí)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(jī)以及相關(guān)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(fā)環(huán)境下使用C語言編制程序和編譯，③④程序調(diào)試通過后生成一個(gè)后綴名為.hex的文件，以備仿真時(shí)調(diào)用。以SHT11溫濕度傳感器或MPX4115壓力傳感器的實(shí)例來說明Proteus在“傳感器與機(jī)電檢測技術(shù)”課程中的應(yīng)用，仿真程序如圖1和圖2所示。

通過上述實(shí)例的講解，學(xué)生不僅可以對各類傳感器的工作原理進(jìn)行掌握，而且可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)（下轉(zhuǎn)第185頁）（上接第109頁）用對該課程所學(xué)知識解決工程實(shí)際問題的能力，以進(jìn)一步鞏固、深化、擴(kuò)展本課程所學(xué)的理論知識，并用來指導(dǎo)實(shí)踐技能。引入Proteus還可讓學(xué)生進(jìn)行電子電路繪制、C語言編程等方面知識的綜合訓(xùn)練，促進(jìn)對傳感器、單片機(jī)、接口技術(shù)等相關(guān)課程知識的融會(huì)貫通，提高學(xué)生對知識自主綜合運(yùn)用的能力。

3 結(jié)束語

在“傳感器與機(jī)電檢測技術(shù)”課程的教學(xué)中引入Proteus軟件，可以有效地彌補(bǔ)原有基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)儀器的不足，大大節(jié)約成本，使學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)過程可以不受時(shí)間、場地的限制，在一定程度上擺脫了各類傳感器實(shí)驗(yàn)中對于傳統(tǒng)硬件條件的束縛和局限，同時(shí)學(xué)生更加容易理解傳感器課程相關(guān)的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生的自主性來獨(dú)立地設(shè)計(jì)傳感器電路完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，最終提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。另外，機(jī)自、測控和車輛等相近專業(yè)學(xué)生也可以靈活利用Proteus 軟件進(jìn)行相關(guān)課程的學(xué)習(xí)，從而提高課程的“教”與“學(xué)”效率。

基金項(xiàng)目：校級教學(xué)改革研究項(xiàng)目“Proteus仿真在《傳感器與機(jī)電檢測技術(shù)》課程中的實(shí)踐與應(yīng)用”

注釋

① 王倢婷.傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(xué)改革.中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2011.16：87.

③ 楊黎.基于C語言的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與Proteus仿真[M].湖南：中南大學(xué)出版社有限責(zé)任公司，2012.

④ 陳忠平.基于Proteus的AVR單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.