智能传感器课程建设及教学研究

王兴君,毛 敏（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安,710300）



智能传感器课程建设及教学研究

王兴君,毛 敏
（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安,710300）

摘要：以加强学生的动手能力和实践经验目的，本文以光电式转速表课程设计为例，介绍如何逐步引导学生完成智能传感器课程设计（目标、方案及方法），这些设计能激发学生的学习积极性并能锻炼学生的动手能力。

关键词：光电传感器；单片机；课程设计

0　引言

信息化社会中，几乎所有高科技行业都需要传感器采集信息，未来传感器必须具有智能化、小型化、多功能化和网络化等特征。传感器技术作为与现代技术密切相关的尖端技术，己成为很多高校的专业基础课。

但长期以来，传感器课程在教学内容上偏重传感器工作原理，根据教学内容开设少量验证性教学实验，学生不了解智能传感器技术，本文通过实例将单片机和传感器技术相结合，论述智能传感器课程教学内容与方法。

1　课程设计实训方案

传感器技术是对“模、数电子技术”和“单片机原理”等课程的进一步巩固和应用。传感器技术理论知识由老师向学生讲解，但元器件选型、硬件电路设计与制作、编制程序、调试等由学生自己完成，教师只起引导作用。学生在完成后，不仅自身能力得到提高，自信心也大大加强。本文以“光电式转速表”设计为例说明实施方案。

1.1 设计目标

涉及传感器、信号处理、显示电路及系统测试的相关知识，可使学生掌握智能仪器设计思路和方法，理论和实践相结合，培养学生发现、分析和解决问题的能力。

1.2 总体方案设计

根据设计目标，在查阅资料基础上，采用模块化设计方案，分为四个模块：硬件电路设计与制作、程序设计、 protues仿真、系统性能测试。学生通过自主设计，结合相关理论知识，可以很好地完成这部分设计，通过实践验证相关理论知识，激发学生学习积极性。

1.3 硬件电路设计

光电式转速表由光电传感器、信号处理电路、单片机和LCD显示等4个部分组成。

1）光电传感器是把光信号转变成为电信号的器件，选择实验室现有反射式光电传感器。

2）信号处理电路包括放大、整形电路。

3）单片机完成对电机转速脉冲的计数、转速频率的计算。

4）显示电路将单片机分析处理的转速显示出来。

电路原理图下图所示：

电路原理图

光源发出的光线经聚焦透镜2会聚成平行光束，照射到被测旋转物3上，光线经事先粘贴在旋转物体上的反光纸4反射回来，经透镜6聚焦后落在光敏二极管7上，旋转物体每转一圈，光敏二极管就产生一个脉冲信号,经放大整形电路得到TTL电平的脉冲信号。

1.4 软件设计

用C语言编写程序，实现转速脉冲信号采集、数据处理及LCD显示等功能。由单片机的INT0中断完成对电机转速脉冲计数，每1s读一次外部中断计数值，此值即为脉冲信号的频率，根据公式计算电机的转速，再由显示器显示出每分钟的转数。

2　光电式转速表性能评价

这部分对学生来很重要，有助于学生判定所设计的仪器能否达到系统要求。通过分析可知主要误差来源有：脉冲信号的计数、传感器输出信号的处理系统(包括前置放大器、整形电路等)、电源波动引入的误差以及测量线路引线带来的计算误差，可通过合理的设计、安装来削弱。

通过“光电式转速表”的设计和制作，学生把理论和实践相结合，对遇到的困难能够积极解决，如发现测量误差较大时，找原因，分析误差来源，最后解决问题。学生一旦能自己找到问题并解决，会提升自信心，激发学习的积极性。

“光电式转速表”虽然是由传感器和单片机构成的简单智能仪器，但也充分体现了智能仪器的普遍设计思路和方法，为以后复杂智能仪器的开发打下了基础。

3　结论

该课程设计可有效培养学生的实践能力和工程意识，提升了学生的专业认同度和学习积极性，激发自主学习的积极性，有助于学生有效地掌握所学知识，缩短从理论知识到实际应用的过程，使学生得到完整的系统性的工程实战训练，加强了对理论知识的融会贯通能力，为后续的毕业设计及走入工作岗位打下了一定的基础。

参考文献

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王兴君 男，1968年出生，副教授，高级工程师，1990年毕业于陕西理工学院无线电技术专业，获学士学位；2003年毕业于西安电子科技大学电路与系统专业，获硕士学位。现任陕西国防学院电子信息学院院长，主要从事电子技术教学与研究。

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

作者简介

基金项目:陕西国防工业职业技术学院科研计划项目(Gfy 15-14)