智能傳感器課程建設及教學研究

王興君,毛 敏（陜西國防工業職業技術學院，陜西西安,710300）

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智能傳感器課程建設及教學研究

王興君,毛 敏
（陜西國防工業職業技術學院，陜西西安,710300）

摘要：以加強學生的動手能力和實踐經驗目的，本文以光電式轉速表課程設計為例，介紹如何逐步引導學生完成智能傳感器課程設計（目標、方案及方法），這些設計能激發學生的學習積極性并能鍛煉學生的動手能力。

關鍵詞：光電傳感器；單片機；課程設計

0　引言

信息化社會中，幾乎所有高科技行業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、多功能化和網絡化等特征。傳感器技術作為與現代技術密切相關的尖端技術，己成為很多高校的專業基礎課。

但長期以來，傳感器課程在教學內容上偏重傳感器工作原理，根據教學內容開設少量驗證性教學實驗，學生不了解智能傳感器技術，本文通過實例將單片機和傳感器技術相結合，論述智能傳感器課程教學內容與方法。

1　課程設計實訓方案

傳感器技術是對“模、數電子技術”和“單片機原理”等課程的進一步鞏固和應用。傳感器技術理論知識由老師向學生講解，但元器件選型、硬件電路設計與制作、編制程序、調試等由學生自己完成，教師只起引導作用。學生在完成后，不僅自身能力得到提高，自信心也大大加強。本文以“光電式轉速表”設計為例說明實施方案。

1.1 設計目標

涉及傳感器、信號處理、顯示電路及系統測試的相關知識，可使學生掌握智能儀器設計思路和方法，理論和實踐相結合，培養學生發現、分析和解決問題的能力。

1.2 總體方案設計

根據設計目標，在查閱資料基礎上，采用模塊化設計方案，分為四個模塊：硬件電路設計與制作、程序設計、 protues仿真、系統性能測試。學生通過自主設計，結合相關理論知識，可以很好地完成這部分設計，通過實踐驗證相關理論知識，激發學生學習積極性。

1.3 硬件電路設計

光電式轉速表由光電傳感器、信號處理電路、單片機和LCD顯示等4個部分組成。

1）光電傳感器是把光信號轉變成為電信號的器件，選擇實驗室現有反射式光電傳感器。

2）信號處理電路包括放大、整形電路。

3）單片機完成對電機轉速脈沖的計數、轉速頻率的計算。

4）顯示電路將單片機分析處理的轉速顯示出來。

電路原理圖下圖所示：

電路原理圖

光源發出的光線經聚焦透鏡2會聚成平行光束，照射到被測旋轉物3上，光線經事先粘貼在旋轉物體上的反光紙4反射回來，經透鏡6聚焦后落在光敏二極管7上，旋轉物體每轉一圈，光敏二極管就產生一個脈沖信號,經放大整形電路得到TTL電平的脈沖信號。

1.4 軟件設計

用C語言編寫程序，實現轉速脈沖信號采集、數據處理及LCD顯示等功能。由單片機的INT0中斷完成對電機轉速脈沖計數，每1s讀一次外部中斷計數值，此值即為脈沖信號的頻率，根據公式計算電機的轉速，再由顯示器顯示出每分鐘的轉數。

2　光電式轉速表性能評價

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

通過“光電式轉速表”的設計和制作，學生把理論和實踐相結合，對遇到的困難能夠積極解決，如發現測量誤差較大時，找原因，分析誤差來源，最后解決問題。學生一旦能自己找到問題并解決，會提升自信心，激發學習的積極性。

“光電式轉速表”雖然是由傳感器和單片機構成的簡單智能儀器，但也充分體現了智能儀器的普遍設計思路和方法，為以后復雜智能儀器的開發打下了基礎。

3　結論

該課程設計可有效培養學生的實踐能力和工程意識，提升了學生的專業認同度和學習積極性，激發自主學習的積極性，有助于學生有效地掌握所學知識，縮短從理論知識到實際應用的過程，使學生得到完整的系統性的工程實戰訓練，加強了對理論知識的融會貫通能力，為后續的畢業設計及走入工作崗位打下了一定的基礎。

參考文獻

[1] 朱維斌，趙軍，陸藝.測控技術與儀器專業傳感器系列課程設計實驗環節探討[J].中國現代教育裝備，2010，（21）:118-119.

[2] 梁森，王侃夫.自動檢測與轉換技術[M]. 北京: 機械工業出版社,2011.

[3] 曹建安，楊爽.測控技術與儀器專業教學改革思考[J].電氣電子教學學報，2010,（4）:4-6.

[4] 謝維成，楊加國. 單片機原理與應用及C51程序設計[M]. 北京: 清華大學出版社，2009.

[5] 張義和，王敏男. 基于例說51單片機[M]. 北京: 人民郵電出版社，2008.

[6] 嚴天峰. 單片機應用系統設計與仿真調試 [M]. 北京:北京航空航天大學出版社，2005.

王興君 男，1968年出生，副教授，高級工程師，1990年畢業于陜西理工學院無線電技術專業，獲學士學位；2003年畢業于西安電子科技大學電路與系統專業，獲碩士學位。現任陜西國防學院電子信息學院院長，主要從事電子技術教學與研究。

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

基金項目:陜西國防工業職業技術學院科研計劃項目(Gfy 15-14)