傳感器與檢測技術(shù)實驗室開放項目探索與實踐

李珍 何一文

摘? ?要：結(jié)合南陽理工學(xué)院傳感器與檢測技術(shù)實驗室開放項目——超聲波測距儀的設(shè)計與制作，了解掌握超聲波測距儀的的工作原理，實踐測距儀的硬件制作和軟件編程，調(diào)試整機(jī)的工作性能。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生的實踐技能、團(tuán)隊協(xié)作及科技探索能力。提高實驗儀器設(shè)備的利用率，提升教師的實驗教學(xué)指導(dǎo)水平。同時也對高等學(xué)校實驗室開放項目的設(shè)置和實施進(jìn)行了一些探索和研究。

關(guān)鍵詞：超聲波測距儀? 卓越工程師教育? 自主性? 實驗室開放

中圖分類號：TP212? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（c）-0087-02

1? 實驗室開放項目的意義

隨著社會經(jīng)濟(jì)的騰飛與發(fā)展，應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)方案與社會與企業(yè)接軌勢在必行，國家對大學(xué)生的綜合能力的重視程度也日漸提高。我們學(xué)院的機(jī)械制造及其自動化專業(yè)是國家《卓越工程師教育培養(yǎng)計劃》的試點專業(yè)，“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”是我國從實際出發(fā)，結(jié)合自身國情和世界科技發(fā)展情況而制定的一項戰(zhàn)略政策。實驗室開放項目是我校基于校內(nèi)內(nèi)各實驗教學(xué)平臺而設(shè)立的，它在實踐教學(xué)改革和探索，學(xué)生工程創(chuàng)新意識提升，動手能力和團(tuán)隊協(xié)作精神的促進(jìn)方面具有很重要的作用。這項工作的實施意義與卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo)與要求髙度吻合。同時開放實驗室項目能夠為學(xué)生提供更多的自主實踐的機(jī)會，使他們用所學(xué)的理論知識解決工程項目所遇到的實際問題，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新和實踐能力同時也提高實驗儀器設(shè)備的利用率，優(yōu)化了教學(xué)資源的配置。

2? 實驗室開放項目的設(shè)置

實驗室開放項目必須具有一定的設(shè)計性、綜合性和創(chuàng)新性，開放項目必須是在專業(yè)綜合理論指導(dǎo)下，通過以項目為驅(qū)動，以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)自主性創(chuàng)新性為目的，將課堂教學(xué)拓展到實驗室的第二課堂，讓學(xué)生結(jié)合專業(yè)發(fā)展及今后就業(yè)方向，在項目任務(wù)驅(qū)動下自主思考討論，自行研究設(shè)計，團(tuán)隊協(xié)作完成。因此我校每年進(jìn)行一次項目申報，專家組評審?fù)ㄟ^立項一批實驗室開放項目，這些項目到期學(xué)校會組織評委會檢查驗收，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的可以結(jié)項。超聲波測距儀的設(shè)計與制作就是立項項目之一，本項目通過超聲波測距儀的設(shè)計與制作，鍛煉學(xué)生的動手能力，提高對專業(yè)知識的理解，檢驗和鍛煉大學(xué)生的科技實踐能力，充分體現(xiàn)學(xué)生在測量控制領(lǐng)域的創(chuàng)新實踐成果，加強(qiáng)大家的溝通能力和團(tuán)隊協(xié)作意識，增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任心和自信心，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神，提前踐行工程師的職業(yè)道德和職業(yè)能力。

3? 參與人員的選拔及分工

由于超聲波測距儀的設(shè)計與制作需要學(xué)生前期學(xué)習(xí)過《電工電子》、《測試技術(shù)》、《單片機(jī)原理及應(yīng)用》等課程，因此參與的對象必須是大二和大三的學(xué)生，并且對項目感興趣，自愿參加、積極參與。通過調(diào)研和選拔最終決定四名學(xué)生參與這個項目，其中大二、大三各兩名，具體分工為大三學(xué)生完成總體方案設(shè)計和軟件編程調(diào)試，大二學(xué)生負(fù)責(zé)分布電路設(shè)計調(diào)試，元器件選購，電路板焊接，大家一起完成最終調(diào)試。

4? 項目的實施過程

4.1 培訓(xùn)學(xué)習(xí)

由指導(dǎo)老師召集項目組成員學(xué)習(xí)實驗室安全條例及實驗室應(yīng)急預(yù)案，并進(jìn)行安全演練;學(xué)習(xí)實驗儀器設(shè)備操作方法;學(xué)習(xí)項目需要用到的硬件及軟件相關(guān)知識。

4.2 項目分工及時間安排

根據(jù)學(xué)生的自身條件及實驗室的教學(xué)任務(wù)合理安排各項工作的時間節(jié)點;由于實驗室開放項目的性質(zhì)是為了鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨立思考、提高創(chuàng)造性思維和探索精神，所以讓學(xué)生們自己明確目的統(tǒng)籌安排合作完成，能夠更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和科技探索精神，鍛煉他們的創(chuàng)新性和工程意識。

4.3 定期檢查輔導(dǎo)

根據(jù)項目內(nèi)容和時間節(jié)點的安排情況，每兩周進(jìn)行一次項目組成員會議;指導(dǎo)老師跟蹤檢查各階段項目進(jìn)展情況的同時，對學(xué)生在項目實施過程中遇到的疑難問題給出指導(dǎo)性的建議。

5? 項目內(nèi)容及成果

5.1 項目內(nèi)容包括以下幾個方面

（1）對超聲波測距儀產(chǎn)生的背景、發(fā)展歷程及應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了深入的認(rèn)識，根據(jù)使用現(xiàn)場環(huán)境及實際需求，最終選擇超聲波測距方案。

（2）分析了超聲波測距過程中由于溫度因素產(chǎn)生的誤差，并設(shè)計出誤差修正具體電路，采用溫度采集電路來補償溫度對聲速造成的影響，進(jìn)一步提高了測量精度。

（3）電路中采用了聲光報警及數(shù)碼管距離顯示，直觀地測距儀與障礙物間的距離顯示給操作者。

（4）測距儀的報警電路采用光報警和聲報警來提示操作者在工作時，與障礙物的遠(yuǎn)近問題。光報警采用不同顏色的發(fā)光二極管，來分別提示危險距離（紅色LED）、保持距離（綠色LED）、安全距離（黃色LED）。聲報警采用一個蜂鳴器，并通過一個PNP三極管9012進(jìn)行聲音放大，當(dāng)?shù)管嚂r，車與障礙物之間的距離為危險距離時，蜂鳴器響，來提醒駕駛員注意安全。

5.2 開放項目的成果

該測距儀利用超聲波實現(xiàn)了非接觸性測距;采用DS18B20溫度傳感器實現(xiàn)了對系統(tǒng)的溫度測量和補償，并且根據(jù)理論計算公式在軟件中對聲速進(jìn)行了補償校正，提高了測量的準(zhǔn)確度。利用單片機(jī)控制可以達(dá)到很高的采集速率和精度，可以檢測到前方的障礙物，并顯示其距離，至危險區(qū)域后會自動報警。

6? 結(jié)語

通過實驗室開放項目的實施，實驗設(shè)備得到了充分的利用，學(xué)生能力得到了提高，教師的教學(xué)指導(dǎo)水平也得到了提升，總之這是一項多方受益的工作。更重要的是，讓學(xué)生體會到從理論知識到功能實現(xiàn)不是件簡單的事情，要想成為一名合格的工程技術(shù)人才必須用更多的理論知識和實踐經(jīng)驗來充實自己、鍛煉自己，這樣才能在以后的工作中解決更多的實際問題，才能更好地為社會服務(wù)。

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