仿真软件和实验仪器相结合的传感器教学改革

2012-08-15杨柳

湖北开放大学学报 2012年10期

关键词：实例仪器单片机

杨柳

（湖北广播电视大学，湖北武汉 430073）

仿真软件和实验仪器相结合的传感器教学改革

杨柳

（湖北广播电视大学，湖北武汉 430073）

针对高等院校传感器传统教学中存在的问题，提出了使 Proteus软件进行传感器教学设计，并结合实验仪器的教学方式，详细分析了 Proteus在传感器课程的课堂教学，实验仪器的应用特点，通过实例说明了Proteus软件和试验箱的传感器设计及调试方法。

传感器教学；Proteus软件仿真；实验箱

传感器是机电一体化中各种设备和装置的“感觉器官”，它将各种各样形态各异的信息量转换成能够被直接检测的信号。在当今信息社会的时代，如果没有传感器，现代科学技术将无法发展。传感器在机电一体化系统乃至整个现代科学技术领域占有极其重要的地位。为了适应这一时代发展的需要，全国各大中专院校及各类职业技术学校都相继将传感器教学纳入教学任务，作为电子、电器、测控以及工业自动化类专业的一门必修课。它能使学生掌握传感器与自动检测技术的基本知识，成为具有高素质的高等技术应用性专门人才。

笔者经过不断的尝试摸索，探索出了一些提高教学效果的授课模式，即仿真软件和实际操作相结合的教学模式。学生可以利用Proteus软件自己设计电路，完成一些传感器的基本功能，并通过传感器试验仪更形象的了解电路的结构和传感器的工作原理。

一、仿真软件在教学中的应用

Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件，该软件是一款集单片机和 SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

在传感器的课堂教学中，引入Proteus有着重要的意义。首先，传感器是个实用性比较强的课程，书本上的实例仅仅对电路做了分析，不能看到实际的效果，教师可利用Proteus设计与书本上实例相应的电路图来，在讲授理论的同时进行效果演示，增强教学的生动性。其次，采用Proteus便于教师针对系统的各功能部件进行讲解，增强教学的直观性。使用Proteus教学，教师可将系统中的各功能模块单独放大出来供学生观察，便于讲解各功能模块的作用，并进行功能演示，可使学生对各功能模块的作用了解得更详细，并且对于设计一个完整系统的各步骤有更清晰的认识。再次，课程设计是学生走向就业的重要实践环节。由于Proteus提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。

Proteus对改进实验教学也起着重要作用。使用 Proteus开发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。实践证明，在使用 Proteus 进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。

二、实验仪器的作用

CSY型传感器技术实验仪是根据传感器的教学大纲，综合多所院校老师的教学意见开发的传感器系列实验系统。主要用于各大、中专院校及职业院校开设的《传感器原理及技术》、《自动化检测技术》、《非电量电测技术》、《工业自动化仪表及控制》、《机械量电测》等课程的实验教学。CSY型传感器技术实验仪采用的大部分传感器虽然是教学传感器，但其结构与线路是工业应用的基础，希望通过实验帮助广大学生加强对书本知识及实验原理的理解，并在实验进行的过程中通过信号的拾取、转换、分析，掌握作为一个科技工作者应具备的基本的操作技能与动手能力。

CSY型传感器技术实验仪内含15 种传感器，基本涵盖了高校教学大纲中要求掌握的所有传感器。各单元部件及变换处理电路的多种组合可以进行几十种传感器的实验；在外配双线示波器的情况下可以进行多种动态演示实验。实验编排的层次从易到难、从静态到动态、从验证型到应用型，力求做到通俗易懂，贴近人的认知过程。学生在实验之前应对相应实验内容进行预习，实验完成后根据原始记录进一步加深对实验原理的理解，力求完成实验后对所有的传感器能有全面的认识。

三、仿真软件和实验仪器相结合的应用实例

以一个教学实例为例，来说明Proteus和实验仪器在传感器实验中的应用。这个实验主要利用单片机、LCD显示器、A/D转换器、发光二极管与压力传感器mpx4115来设计温度报警器。该设计首先由用 mpx4115传感器来检测压力参数，adc0832进行模数转换后，利用AT89C51进行数据处理后送液晶显示压力值，还可以进行压力上下限报警。当压力超过极限压力时，发光二极管报警灯也会相应地闪烁，发出灯光报警提示。首先让学生利用Proteus软件绘制详细电路图后，在Kell C51集成开发环境下编制程序，再编译、调试，调试通过后生成一个后缀名为.hex的十六进制文件。最后选中Proteus仿真图中单片机AT89C51的图标，单击鼠标左键后打开一个对话框，在对话框中找~Program File选项，点击载入hex文件，然后点击“OK”就设置好了。如要开始仿真，只需点击界面左下方的“Play”键，即可观察效果。然后在利用实验仪器观察真实的实验现象，验证仿真结果，这样既提高了学生们的兴趣，又让学生们更深入的了解电路的内部结构，巩固所学知识。