结合单片机原理与传感器技术课程设计综合案例(2) - 电子设计工程杂志社投稿

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结合单片机原理与传感器技术课程设计综合案例(2)

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图3 智能温控系统的电路

该案例始于智能温度传感器的数据输出，经过单片机的数据采集、信号处理、数据显示、数据输出、机电控制等模块，实现温度控制的基本功能。在此案例中，学习者首先需要掌握数字温度传感器的采集技术，然后通过单片机的编程控制实现数据处理、输出、显示、控制等相关功能，属于《单片机原理》与《传感器技术》相结合的代表性用例。

2.压力称重系统

图4 压力称重系统的电路

与温度控制系统类似，基于压力传感器的电子称重系统设计也属于单片机与传感器技术相结合的典型用例[7]。如图4所示，MPX4115传感器是压力称重系统的数据采集端，数据经过A/D转换后，送入单片机中处理并于液晶1602中显示交易价格。当称重系统获取数据后，需结合键盘输入模块，输入称重物品的单价，由单价乘以重量得到物品的价格并完成显示输出，实现电子称重功能的设计。

该案例将输入模块、A/D采集模块、数据处理模块、数据输出模块与气体压力传感器的应用相结合，其功能与实际应用中的电子秤类似，同时学习者还要求掌握MPX4115输出特性以及与之相关的数据采集和数据修正方法，实现了《单片机原理》与《传感器技术》课程内容的综合设计。

3.综合案例库的参考项目

通过梳理《单片机原理》与《传感器技术》课程的知识模块，基于不同类型传感器的功能，以工程应用为主要设计目标，笔者甄选的综合案例库参考项目如表1所示。

表1 综合案例项目一览表序号案例名称采用的传感器知识模块1 温控装置设计数字温度传感器数据采集、处理、输出、电机控制2 简易节水装置的设计湿度传感器数据采集、处理、输出、电机控制3 二氧化碳检测装置的设计二氧化碳浓度传感器数据采集、转换、输出4 可燃气体烟雾报警装置的设计烟雾传感器数据采集、转换、输出、电机控制5 超声波测距装置的设计超声波传感器数据采集、处理、输出6 智能大棚卷帘装置的设计数据采集、转换、输出、电机控制7 电子称重简易装置的设计光照强度传感器MPX4115压力传感器数据采集、处理、输出8 流水线计数装置的设计霍尔开关、光电开关数据采集、处理、输出数据采集、转换、输出、电机控制10 简易水表的设计流量传感器数据采集、转换、输出、电机控制11 家庭防盗报警器的设计9 水库水位控制简易装置的设计D3B压力传感器红外热释电传感器数据采集、处理、输出

四、综合案例库的授课

鉴于我院目前实施的专业培养方案，《单片机原理》与《传感器技术》课程在授课内容与开设时间上紧密衔接，前者作为后者的先修课程，会在第四、第五两学期分别开设，为两个专业的学生进行智能控制系统的设计与开发提供可能。就综合案例的教学形式而言，其理论与实验授课方式可根据不同专业教学目标和学习者知识储备情况而定。

在《传感器技术》课程后期讲授案例，学习者在掌握部分敏感元件感知技术和单片机的应用技能后，以专题形式讲授即可实现综合系统的完整性教学设计。

在《单片机原理》课程后期开展综合案例教学，限于传感器技术的知识储备不足，授课中需部分弱化信号采集模块的分析，而着眼于智能控制部分的讲授。

与此同时，不同程度的综合案例授课内容将决定其实践环节采用的授课形式也不尽相同。就《单片机原理》课程教学目标而言，学生以掌握程控技术、编程能力为主旨，其综合案例的配套实验可以通过电子仿真平台完成。如果综合案例的实践环节以校内综合实践形式开展，那么设计一款功能齐备的智能控制装置就需要以实物作品形式来完整呈现。

需要注意的是，综合案例教学实施过程中，案例的讲解与实践的内容应避免完全一致。教学实践中，可以通过调整系统设计参数或拓展部分逻辑功能，强化学习者对系统设计的理解与变通能力。同时，为了避免学习者对网络资源的过度依赖，还需加强实践环节的过程考核与监督，以确保实践内容的真实、有效。

五、结论

结合《单片机原理》与《传感器技术》的综合案例设计贯穿着电子设计活动的始终，从元器件认知、敏感元件功能分析、仪器仪表使用、电路设计与仿真、硬件制作、软件编程、软硬件联调等方面，综合培养学习者的工程设计能力。对于缺乏工程经验的部分学习者而言，综合案例的学习与实践是一次不可多得的设计经历，为其增强电子设计技能，顺利完成毕业要求相关指标奠定了较好的基础。

文章来源：《电子设计工程》网址: http://www.dzsjgc.cn/qikandaodu/2021/0314/992.html