基于理实一体化教学传感器测量系统设计

李娜 陈韬 何德峰

摘要：传感器测量系统是基于理实一体化教学实验仪设计的，能够满足自动化相关专业学生学习和就业需求。毕业学生步入相关专业岗位，需要掌握智能传感器检测技术，所以我们的课程实施理论与实践一体化教学改革计划，让学生在做中学、学中做，提高综合职业能力。我们设计的智能传感器检测系统适合中高职学校进行实践学习，模块化、项目式教学模式。智能传感器检测系统，由单片机采集传感器物理数据，对数据进行拟合处理，结合通信协议以及串口 /RS485 协议，通过WiFi模块、液晶显示器和手机终端（APP）显示测量结果。

关键词：理实一体化教学;智能传感器;测量系统;模块化

1背景：国外各发达国家将传感器的发展视为现代高新技术发展的关键，美国等西方国家将其列为国家科技和国防技术发展的重要内容。我国自20实际80年代末将传感器发展列为国家高新技术发展行列，近年来我国在此方面飞速发展，同时带动了检测与控制等流域的发展，但是教育是基础，要想国家的技术走在前面必须从教育抓起，实施教学模式改革，教学资源更新，所以我们设计的传感器检测系统要体现新时代的发展需要：多功能、集成化、智能化、网络化为一体的传感器教学测量系统能够满足理实一体化教学改革需求。

2理实一体化课程设计方案

2.1设计思路

本课程基于工作过程进行课程开发，根据自动化相关专业人才培养方案中的人才培养目标和培养规格、职业岗位分析和学生的认知特点，打破传统课程按章节讲授的束缚，围绕职业能力形成的项目来展开，每一个项目对应一种传感器的应用，用并列和递进相结合的5个项目、11个模块来展现教学内容。将传感器的安装、连接、调测和分析始终贯穿于整个项目活动中，形成以学生为主体的理论与技能训练于一体的能力训练过程，使学生在项目活动中掌握对非电量的电测法以及使用传感器的能力与技能。采用线上线下混合式教学模式和理实一体化教学模式，坚持以问题为导向，实施理论与实践一体化教学，让学生在做中学、学中做，提高综合职业能力，养成良好的职业素养。

2.2教学内容

根据自动化技术专业职业岗位的要求，将本课程的教学内容分解为5个教学项目，11个子教学项目，34学时，教学内容设置如表1

3传感器智能检测系统设计

3.1硬件设计

如图1硬件设计主要包括课程实验项目开发和系统开发。（1）实验项目开发要基于人才培养方案开发符合大专生学习的实验项目本着“够学、够用”的原则，设计出具有新理念、紧跟新技术的实验项目。（2）系统开发本着易维护、易扩展、易改造的原则，基于理实一体化教学的传感器综合实验平台。硬件系统由主板、传感器扩展板、手机终端、液晶显示、蓝牙模块等组成，利用单片机控制设计多个传感器综合实验项目模块，其硬件设计框图如下图。软件系统由C语言编译。

3.2设计目标

该实验仪器能够完成传感器基础实验对力、位移、速度、声音、光、气体、温度等物理量的检测，实现项目化教学例如：电子秤压力实验、火灾报警实验、气体检测实验、电机转速实验、超声波测速实验等，学生能够利用此试验平台进行创新综合扩展设计。从而可将《C语言程序设计》、《单片机原理与接口技术》、《传感器与检测技术》课程内容贯通起来满足电气、机电等专业学生对后置课程的学习基础和就业岗位的需求以及培养学生的创新能力。

3.3传感器接口电路

目前市场上的传感器支持的接口种类繁多，以485和 I/O 两种类型为主。485型传感器为每一个传感器分配一个独立地址，各自采集相应的数据，互不干扰;I/O 型传感器，响应速度快，多用于报警信号处理。同时，本系统设计了专门的电路，可支持多种形式接口的传感器

接入系统，例如 RJ11、RF45、USB 等。

用户可自由选择匹配的传感器接入系统，极大地丰富了系统的使用场景。传感器接口电路如图2所示。

3.4软件设计流程

系统上电复位后，第一：对各个模块进行初始化，包括单片机、各类传感器、 LCD 显示模块等。第二：MCU 开始循环采样，先对485型传感器按地址逐个进行结果采样，然后对 I/O 型传感器进行结果读取，根据预先地设置以特定的单位显示出来。软件框图如图3所示。

结论：随着社会科学技术的发展，一些学科和专业分类模糊，国家大力培养创新型人才和复合型工程人才，所以需要开发适合专业培养的综合性实践平台。在智能制造背景下，自动化类专业更要主动对接“中国制造2025”发展战略。本文介绍的自动化类专业理实一体课程设计方案、硬件组成、项目开发等内容，为自动化类专业人才培养提供了新的培养途径。

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课题名称：锡林郭勒职业学院课题：智能传感器实验仪，课题批准号：YB-2021-10。

（锡林郭勒职业学院 026000）