仿真軟件和實(shí)驗(yàn)儀器相結(jié)合的傳感器教學(xué)改革

楊 柳

（湖北廣播電視大學(xué)，湖北 武漢 430073）

仿真軟件和實(shí)驗(yàn)儀器相結(jié)合的傳感器教學(xué)改革

楊 柳

（湖北廣播電視大學(xué)，湖北 武漢 430073）

針對(duì)高等院校傳感器傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出了使 Proteus軟件進(jìn)行傳感器教學(xué)設(shè)計(jì)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)儀器的教學(xué)方式，詳細(xì)分析了 Proteus在傳感器課程的課堂教學(xué)，實(shí)驗(yàn)儀器的應(yīng)用特點(diǎn)，通過(guò)實(shí)例說(shuō)明了Proteus軟件和試驗(yàn)箱的傳感器設(shè)計(jì)及調(diào)試方法。

傳感器教學(xué)；Proteus軟件仿真；實(shí)驗(yàn)箱

傳感器是機(jī)電一體化中各種設(shè)備和裝置的“感覺(jué)器官”，它將各種各樣形態(tài)各異的信息量轉(zhuǎn)換成能夠被直接檢測(cè)的信號(hào)。在當(dāng)今信息社會(huì)的時(shí)代，如果沒(méi)有傳感器，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)將無(wú)法發(fā)展。傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)乃至整個(gè)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域占有極其重要的地位。為了適應(yīng)這一時(shí)代發(fā)展的需要，全國(guó)各大中專院校及各類職業(yè)技術(shù)學(xué)校都相繼將傳感器教學(xué)納入教學(xué)任務(wù)，作為電子、電器、測(cè)控以及工業(yè)自動(dòng)化類專業(yè)的一門必修課。它能使學(xué)生掌握傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的基本知識(shí)，成為具有高素質(zhì)的高等技術(shù)應(yīng)用性專門人才。

筆者經(jīng)過(guò)不斷的嘗試摸索，探索出了一些提高教學(xué)效果的授課模式，即仿真軟件和實(shí)際操作相結(jié)合的教學(xué)模式。學(xué)生可以利用Proteus軟件自己設(shè)計(jì)電路，完成一些傳感器的基本功能，并通過(guò)傳感器試驗(yàn)儀更形象的了解電路的結(jié)構(gòu)和傳感器的工作原理。

一、仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用

Proteus ISIS是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件，該軟件是一款集單片機(jī)和 SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。

在傳感器的課堂教學(xué)中，引入Proteus有著重要的意義。首先，傳感器是個(gè)實(shí)用性比較強(qiáng)的課程，書本上的實(shí)例僅僅對(duì)電路做了分析，不能看到實(shí)際的效果，教師可利用Proteus設(shè)計(jì)與書本上實(shí)例相應(yīng)的電路圖來(lái)，在講授理論的同時(shí)進(jìn)行效果演示，增強(qiáng)教學(xué)的生動(dòng)性。其次，采用Proteus便于教師針對(duì)系統(tǒng)的各功能部件進(jìn)行講解，增強(qiáng)教學(xué)的直觀性。使用Proteus教學(xué)，教師可將系統(tǒng)中的各功能模塊單獨(dú)放大出來(lái)供學(xué)生觀察，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(duì)各功能模塊的作用了解得更詳細(xì)，并且對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)完整系統(tǒng)的各步驟有更清晰的認(rèn)識(shí)。再次，課程設(shè)計(jì)是學(xué)生走向就業(yè)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。由于Proteus提供了實(shí)驗(yàn)室無(wú)法相比的大量的元器件庫(kù)，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺(tái)。

Proteus對(duì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也起著重要作用。使用 Proteus開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，在不需要硬件投入的條件下，對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書本知識(shí)更容易接受，更容易提高。實(shí)踐證明，在使用 Proteus 進(jìn)行系統(tǒng)仿真開(kāi)發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際制作，能極大提高單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。

二、實(shí)驗(yàn)儀器的作用

CSY型傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)儀是根據(jù)傳感器的教學(xué)大綱，綜合多所院校老師的教學(xué)意見(jiàn)開(kāi)發(fā)的傳感器系列實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。主要用于各大、中專院校及職業(yè)院校開(kāi)設(shè)的《傳感器原理及技術(shù)》、《自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)》、《非電量電測(cè)技術(shù)》、《工業(yè)自動(dòng)化儀表及控制》、《機(jī)械量電測(cè)》等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。CSY型傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)儀采用的大部分傳感器雖然是教學(xué)傳感器，但其結(jié)構(gòu)與線路是工業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)，希望通過(guò)實(shí)驗(yàn)幫助廣大學(xué)生加強(qiáng)對(duì)書本知識(shí)及實(shí)驗(yàn)原理的理解，并在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的過(guò)程中通過(guò)信號(hào)的拾取、轉(zhuǎn)換、分析，掌握作為一個(gè)科技工作者應(yīng)具備的基本的操作技能與動(dòng)手能力。

CSY型傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)儀內(nèi)含15 種傳感器，基本涵蓋了高校教學(xué)大綱中要求掌握的所有傳感器。各單元部件及變換處理電路的多種組合可以進(jìn)行幾十種傳感器的實(shí)驗(yàn)；在外配雙線示波器的情況下可以進(jìn)行多種動(dòng)態(tài)演示實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)編排的層次從易到難、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、從驗(yàn)證型到應(yīng)用型，力求做到通俗易懂，貼近人的認(rèn)知過(guò)程。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)對(duì)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)完成后根據(jù)原始記錄進(jìn)一步加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，力求完成實(shí)驗(yàn)后對(duì)所有的傳感器能有全面的認(rèn)識(shí)。

三、仿真軟件和實(shí)驗(yàn)儀器相結(jié)合的應(yīng)用實(shí)例

以一個(gè)教學(xué)實(shí)例為例，來(lái)說(shuō)明Proteus和實(shí)驗(yàn)儀器在傳感器實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。這個(gè)實(shí)驗(yàn)主要利用單片機(jī)、LCD顯示器、A/D轉(zhuǎn)換器、發(fā)光二極管與壓力傳感器mpx4115來(lái)設(shè)計(jì)溫度報(bào)警器。該設(shè)計(jì)首先由用 mpx4115傳感器來(lái)檢測(cè)壓力參數(shù)，adc0832進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，利用AT89C51進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后送液晶顯示壓力值，還可以進(jìn)行壓力上下限報(bào)警。當(dāng)壓力超過(guò)極限壓力時(shí)，發(fā)光二極管報(bào)警燈也會(huì)相應(yīng)地閃爍，發(fā)出燈光報(bào)警提示。首先讓學(xué)生利用Proteus軟件繪制詳細(xì)電路圖后，在Kell C51集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下編制程序，再編譯、調(diào)試，調(diào)試通過(guò)后生成一個(gè)后綴名為.hex的十六進(jìn)制文件。最后選中Proteus仿真圖中單片機(jī)AT89C51的圖標(biāo)，單擊鼠標(biāo)左鍵后打開(kāi)一個(gè)對(duì)話框，在對(duì)話框中找~Program File選項(xiàng)，點(diǎn)擊載入hex文件，然后點(diǎn)擊“OK”就設(shè)置好了。如要開(kāi)始仿真，只需點(diǎn)擊界面左下方的“Play”鍵，即可觀察效果。然后在利用實(shí)驗(yàn)儀器觀察真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，驗(yàn)證仿真結(jié)果，這樣既提高了學(xué)生們的興趣，又讓學(xué)生們更深入的了解電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，鞏固所學(xué)知識(shí)。

四、結(jié)語(yǔ)

傳感器的學(xué)習(xí)是一個(gè)比較抽象的學(xué)習(xí)過(guò)程，雖然通過(guò)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芴岣邔W(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，但是所做的實(shí)驗(yàn)一般都是一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不理想。而利用 Proteus軟件可以直觀地通過(guò)電路仿真設(shè)計(jì)，了解傳感器的每一部分，更深刻的認(rèn)識(shí)傳感器。

[1] 常健生. 檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2] 馬忠梅，籍順心，等.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999.

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2012-07-01