智能传感器在教学实训平台开发中的应用研究

陈鑫洋

【摘 要】针对目前现代职业院校教学中教学实训的设备功能单一、设备短缺、安全性能低等缺点，利用智能传感器的优势，探讨智能传感器在教学实训平台开发中的应用研究[1]，从而提高设备使用效率，解决设备不足的问题，有利于技能型人才的培训。

【关键词】教学实训设备；智能传感器；应用

中图分类号： TP391.6；TU8-4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）31-0127-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.061

1 实训设备在教学中存在的问题[2]

实训教学是高职院校中一个重要的教学环节，对培训高技能技术型人才起着关键的作用。教学设备是实训教学中重要的载体，不同的教学课程的实训设备也有所不同，目前主要存在以下几个问题：

（1）实训设备的功能比较独立、单一。每一台设备能够完成的实训任务很单一，可以培训的任务较少，难以达到实训效果。而且每台实训设备都是独立工作，教师难以实时监控全部学生实训的情况。

（2）实训设备集成度不高。很多实训设备虽然集成了多种电路功能，但是都是采用独立式元件搭建而成，这样电路故障率非常高，导致维修工作量大。

（3）实训设备安全性低。由于实训设备采用的是独立元件搭建而成，很多元件都是裸露安置，在实训过程中，如果学生稍微不小心或操作不准确，就很容易触摸到，可能会造成元件短路损坏，甚至出现安全事故。

（4）实训设备的采集的数据难以统一监测，而且数据精度低。借助网络与实训设备结合，可以实时对数据进行监测，而且采用独立元件构成的传感器电路，需要教师一一查看，不仅效率不高，获得的数据精度也不高。

2 智能传感器

智能传感器是一种配有单片机处理器，集成了采集、处理、交换等功能于一体的传感器，具有精度高、可靠性好和稳定性高、分辨力高、自适应性强、性价比高和集成功能多的优势。

由于智能传感器集成度高，一般都集成了通信协议的接口，方便使用。目前智能传感器的主要通信协议有：I2C总线、单总线（1-WIRE BUS）、SPI总线（Serial Peripheral Interface）、ModBUS总线、CAN总线（Controller Area Network）和PROFIBUS总线（Process？Field Bus）等，实际应用中可以根据需要，选择适合的通信方式，简化设计的步骤。

在实现的方式上，智能传感器主要有非集成化实现、集成化实现和混合实现三种。目前国内外有不少产品都采用了非集成化实现方式，集成化的智能传感器具有高自适应性、高精度、高可靠性与高稳定性[3]，是智能传感器的最高级形式；根据设计的需要或者可能，可将系统各个集成化环节以不同的组合方式集成在芯片上，就是混合方式。

3 智能传感器在教学实训平台开发中的应用[4]

3.1 硬件连接和接口方式

一间教室的实训设备根据教学需要一般都由30-60套设备组成[5]。为了能够组成一个检测系统，可以采用现有PC机和智能传感器来组成一个检测系统。检测系统监控端和控制端组成，监控端主要用于完成数据的计算和处理，并通过硬件设备完成人机交互的功能；控制端设备是系统的核心，主要设备是智能传感器，两者之间的通信可以采用RS-485总线。考虑到系统PC机的通信接口是232串口。为了能实现一对多的通信，我们可以采用RS-232/RS-485型通信接口转换器实现，具体如图1所示。

在选择智能传感器时，选用具有Modbus协议通信的选择智能传感器或者可以自行开发传感器。之所在选MODBUS协议，是因为此协议具有结构简单、侦错能力强、数据传输量大等特点。在数据通信时，只需要指定的智能传感器的地址，就可以实现数据间的通信。每个智能传感器的地址都是唯一的，在数据通信时，只有发送的地址与本身的地址一致时方能进行数据通信。

3.2 软件实现方式

由于每个智能传感器都有其固定的地址，因为PC机要间隔地向连接到总线上的智能传感器发送指定的地址和操作指令，当智能传感器接收到与本身地址一直的指令时，就会向PC机发送数据。PC机定时向智能传感器发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" '地址码

tbisend（1） = "&H03" '功能码 读寄存器

tbisend（2） = "&H00" '起始地址高位

tbisend（3） = "&H00" '起始地址低位

tbisend（4） = "&H00" '寄存器个数高位

tbisend（5） = "&H05" '寄存器个数低位

tbisend（6） = "&H84" 'CRC高位

tbisend（7） = "&H2B" 'CRC低位

MSComm1.Output = tbisend

ElseIf Temp = 2 Then

ybisend（0） = "&H04" '地址码

ybisend（1） = "&H03" '功能码 读寄存器

ybisend（2） = "&H00" '起始地址高位

ybisend（3） = "&H00" '起始地址低位

ybisend（4） = "&H00" '寄存器个数高位

ybisend（5） = "&H05" '寄存器个数低位

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

根據需要增加更多的智能传感器，具体的流程如下：

PC机接收到数据进行分析后显示、处理和存储。

3.3 应用情况

使用此方法应用到传感器技术的课程中，用于采集直流或交流电压、电流等，能够得到良好的效果。而且数据采集稳定、准确度高，能够满足实训教学的要求，达到良好地实训效果

4 结论

本文分析了实训教学过程中实训设备存在的相关问题，并从智能传感器的优势角度出发，研究了智能传感器的硬件连接和接口方式、采用的协议和软件的实现方法，设计并应用到传感器技术课程的实训中，取得了良好的实训效果。

【参考文献】

[1]黄莹.智能传感器的应用及其发展[J].科技创新与应用，2016（07）：99-99.

[2]罗品.高等院校实训教学管理探究[J].太原城市职业技术学院学报，2017（06）：39-40.

[3]丁露 梅恪.智能传感器在物联网领域中的应用[J].信息技术与标准化，2010，（08）：22-25.

[4]高同辉 刘东晓.智能家居实训平台开发与应用[J].实验技术与管理，2015，（07）：168-172.

[5]田晓.职业院校实训设备的合理配置与科学使用[J].湖南工业职业技术学院学报，2011，（03）：90-91.