智能傳感器在教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)開發(fā)中的應(yīng)用研究

陳鑫洋

【摘 要】針對(duì)目前現(xiàn)代職業(yè)院校教學(xué)中教學(xué)實(shí)訓(xùn)的設(shè)備功能單一、設(shè)備短缺、安全性能低等缺點(diǎn)，利用智能傳感器的優(yōu)勢(shì)，探討智能傳感器在教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)開發(fā)中的應(yīng)用研究[1]，從而提高設(shè)備使用效率，解決設(shè)備不足的問題，有利于技能型人才的培訓(xùn)。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)實(shí)訓(xùn)設(shè)備；智能傳感器；應(yīng)用

中圖分類號(hào)： TP391.6；TU8-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）31-0127-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.061

1 實(shí)訓(xùn)設(shè)備在教學(xué)中存在的問題[2]

實(shí)訓(xùn)教學(xué)是高職院校中一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)培訓(xùn)高技能技術(shù)型人才起著關(guān)鍵的作用。教學(xué)設(shè)備是實(shí)訓(xùn)教學(xué)中重要的載體，不同的教學(xué)課程的實(shí)訓(xùn)設(shè)備也有所不同，目前主要存在以下幾個(gè)問題：

（1）實(shí)訓(xùn)設(shè)備的功能比較獨(dú)立、單一。每一臺(tái)設(shè)備能夠完成的實(shí)訓(xùn)任務(wù)很單一，可以培訓(xùn)的任務(wù)較少，難以達(dá)到實(shí)訓(xùn)效果。而且每臺(tái)實(shí)訓(xùn)設(shè)備都是獨(dú)立工作，教師難以實(shí)時(shí)監(jiān)控全部學(xué)生實(shí)訓(xùn)的情況。

（2）實(shí)訓(xùn)設(shè)備集成度不高。很多實(shí)訓(xùn)設(shè)備雖然集成了多種電路功能，但是都是采用獨(dú)立式元件搭建而成，這樣電路故障率非常高，導(dǎo)致維修工作量大。

（3）實(shí)訓(xùn)設(shè)備安全性低。由于實(shí)訓(xùn)設(shè)備采用的是獨(dú)立元件搭建而成，很多元件都是裸露安置，在實(shí)訓(xùn)過程中，如果學(xué)生稍微不小心或操作不準(zhǔn)確，就很容易觸摸到，可能會(huì)造成元件短路損壞，甚至出現(xiàn)安全事故。

（4）實(shí)訓(xùn)設(shè)備的采集的數(shù)據(jù)難以統(tǒng)一監(jiān)測(cè)，而且數(shù)據(jù)精度低。借助網(wǎng)絡(luò)與實(shí)訓(xùn)設(shè)備結(jié)合，可以實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而且采用獨(dú)立元件構(gòu)成的傳感器電路，需要教師一一查看，不僅效率不高，獲得的數(shù)據(jù)精度也不高。

2 智能傳感器

智能傳感器是一種配有單片機(jī)處理器，集成了采集、處理、交換等功能于一體的傳感器，具有精度高、可靠性好和穩(wěn)定性高、分辨力高、自適應(yīng)性強(qiáng)、性價(jià)比高和集成功能多的優(yōu)勢(shì)。

由于智能傳感器集成度高，一般都集成了通信協(xié)議的接口，方便使用。目前智能傳感器的主要通信協(xié)議有：I2C總線、單總線（1-WIRE BUS）、SPI總線（Serial Peripheral Interface）、ModBUS總線、CAN總線（Controller Area Network）和PROFIBUS總線（Process？Field Bus）等，實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)需要，選擇適合的通信方式，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的步驟。

在實(shí)現(xiàn)的方式上，智能傳感器主要有非集成化實(shí)現(xiàn)、集成化實(shí)現(xiàn)和混合實(shí)現(xiàn)三種。目前國(guó)內(nèi)外有不少產(chǎn)品都采用了非集成化實(shí)現(xiàn)方式，集成化的智能傳感器具有高自適應(yīng)性、高精度、高可靠性與高穩(wěn)定性[3]，是智能傳感器的最高級(jí)形式；根據(jù)設(shè)計(jì)的需要或者可能，可將系統(tǒng)各個(gè)集成化環(huán)節(jié)以不同的組合方式集成在芯片上，就是混合方式。

3 智能傳感器在教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)開發(fā)中的應(yīng)用[4]

3.1 硬件連接和接口方式

一間教室的實(shí)訓(xùn)設(shè)備根據(jù)教學(xué)需要一般都由30-60套設(shè)備組成[5]。為了能夠組成一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)，可以采用現(xiàn)有PC機(jī)和智能傳感器來(lái)組成一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)。檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控端和控制端組成，監(jiān)控端主要用于完成數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理，并通過硬件設(shè)備完成人機(jī)交互的功能；控制端設(shè)備是系統(tǒng)的核心，主要設(shè)備是智能傳感器，兩者之間的通信可以采用RS-485總線?？紤]到系統(tǒng)PC機(jī)的通信接口是232串口。為了能實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的通信，我們可以采用RS-232/RS-485型通信接口轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，具體如圖1所示。

在選擇智能傳感器時(shí)，選用具有Modbus協(xié)議通信的選擇智能傳感器或者可以自行開發(fā)傳感器。之所在選MODBUS協(xié)議，是因?yàn)榇藚f(xié)議具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、偵錯(cuò)能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸量大等特點(diǎn)。在數(shù)據(jù)通信時(shí)，只需要指定的智能傳感器的地址，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的通信。每個(gè)智能傳感器的地址都是唯一的，在數(shù)據(jù)通信時(shí)，只有發(fā)送的地址與本身的地址一致時(shí)方能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

3.2 軟件實(shí)現(xiàn)方式

由于每個(gè)智能傳感器都有其固定的地址，因?yàn)镻C機(jī)要間隔地向連接到總線上的智能傳感器發(fā)送指定的地址和操作指令，當(dāng)智能傳感器接收到與本身地址一直的指令時(shí)，就會(huì)向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。PC機(jī)定時(shí)向智能傳感器發(fā)送地址和操作指令的程序如下：

Private Sub Timer1_Timer（）

Dim tbisend（7） As Byte

Dim ybisend（7） As Byte

Temp = Temp + 1

If Temp = 1 Then

tbisend（0） = "&H03" '地址碼

tbisend（1） = "&H03" '功能碼 讀寄存器

tbisend（2） = "&H00" '起始地址高位

tbisend（3） = "&H00" '起始地址低位

tbisend（4） = "&H00" '寄存器個(gè)數(shù)高位

tbisend（5） = "&H05" '寄存器個(gè)數(shù)低位

tbisend（6） = "&H84" 'CRC高位

tbisend（7） = "&H2B" 'CRC低位

MSComm1.Output = tbisend

ElseIf Temp = 2 Then

ybisend（0） = "&H04" '地址碼

ybisend（1） = "&H03" '功能碼 讀寄存器

ybisend（2） = "&H00" '起始地址高位

ybisend（3） = "&H00" '起始地址低位

ybisend（4） = "&H00" '寄存器個(gè)數(shù)高位

ybisend（5） = "&H05" '寄存器個(gè)數(shù)低位

ybisend（6） = "&H85" 'CRC高位

ybisend（7） = "&H9C" 'CRC低位

MSComm1.Output = ybisend

End If

If Temp > 2 Then Temp = 0

End Sub

根據(jù)需要增加更多的智能傳感器，具體的流程如下：

PC機(jī)接收到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后顯示、處理和存儲(chǔ)。

3.3 應(yīng)用情況

使用此方法應(yīng)用到傳感器技術(shù)的課程中，用于采集直流或交流電壓、電流等，能夠得到良好的效果。而且數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定、準(zhǔn)確度高，能夠滿足實(shí)訓(xùn)教學(xué)的要求，達(dá)到良好地實(shí)訓(xùn)效果

4 結(jié)論

本文分析了實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中實(shí)訓(xùn)設(shè)備存在的相關(guān)問題，并從智能傳感器的優(yōu)勢(shì)角度出發(fā)，研究了智能傳感器的硬件連接和接口方式、采用的協(xié)議和軟件的實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)并應(yīng)用到傳感器技術(shù)課程的實(shí)訓(xùn)中，取得了良好的實(shí)訓(xùn)效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃瑩.智能傳感器的應(yīng)用及其發(fā)展[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（07）：99-99.

[2]羅品.高等院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理探究[J].太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2017（06）：39-40.

[3]丁露 梅恪.智能傳感器在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2010，（08）：22-25.

[4]高同輝 劉東曉.智能家居實(shí)訓(xùn)平臺(tái)開發(fā)與應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015，（07）：168-172.

[5]田曉.職業(yè)院校實(shí)訓(xùn)設(shè)備的合理配置與科學(xué)使用[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，（03）：90-91.