導(dǎo)語：如何才能寫好一篇單片機應(yīng)用論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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摘要：本文設(shè)計一種智能電子解說系統(tǒng),具有智能化、個性化、高音質(zhì)、實用性強等特點。讓游客按照設(shè)定的經(jīng)典路線，選擇景點或展位的講解使每個觀眾不但得到每個展位、景點的完整信息,而且感受到高清晰、低噪聲的音響效果，電子旅游解說系統(tǒng)的出現(xiàn),使看起來簡單的解說系統(tǒng)融入了科技的因素。

本文正是基于凌陽公司的SPCE061A單片機并采用A2000語音壓縮算法對語音信號進行了壓縮存儲以及播放。由游客控制選擇按鍵來播放語音，這樣大大降低了外面的干擾，使每個觀眾不但得到每個展位、景點的完整信息,而且感受到高清晰、低噪聲的音響效果。

關(guān)鍵詞：旅游；電子解說；電子導(dǎo)游；凌陽單片機

1緒論

隨著改革開放和經(jīng)濟的發(fā)展，旅游業(yè)也獲得了長足的發(fā)展，節(jié)假日外出旅游已成為人們的首選。對大多數(shù)零散游客來說，希望有一種不受制于人的輔助導(dǎo)游手段，迫切需要一種攜帶方便、操作簡便的電子語音導(dǎo)游器。

本文設(shè)計一種智能電子解說系統(tǒng),選用了凌陽公司的SPCE061A單片機并采用A2000語音壓縮算法對語音信號進行了壓縮存儲，經(jīng)過這樣處理合成后的語音音質(zhì)良好，放音時間持久，而且機體積很小。

2凌陽單片機簡介

SPCE061A是凌陽科技研發(fā)生產(chǎn)的性價比很高的一款十六位單片機。該芯片擁有8路10位精度的ADC，其中一路為音頻轉(zhuǎn)換通道，并且內(nèi)置有自動增益電路。這為實現(xiàn)語音錄入提供了方便的硬件條件。

凌陽音頻壓縮算法處理的語音信號范圍是200Hz-3.4KHz的電話語音。根據(jù)不同的壓縮比分為以下幾種：SACM_A2000、SACM_S480、SACM_S240。SACM-A2000音頻壓縮算法的壓縮比較小，編碼速率可選擇16kbit/s、20kbit/s、24kbit/s三種之一，具有高質(zhì)量、高碼率的特點，適于高保真語音或音樂。

3硬件系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件部分主要實現(xiàn)路線的顯示和景點語音的播放。根據(jù)景區(qū)景點設(shè)計一條經(jīng)典路線，將沿途主要景點用高亮三色LED顯示。紅色表示還沒有聽過解說的最近的景點，黃色表示正在聽取解說詞的景點，綠色表示最后播放過解說詞的景點。語音播放按鍵分為景點相應(yīng)放音、暫停、繼續(xù)放音、結(jié)束等。音頻信號存儲在凌陽語音儲存芯片中。語音信號放大由凌陽公司開發(fā)的專門用于語音信號放大的芯片SPY0030A完成。整個系統(tǒng)的控制由凌陽單片機SPCE061A實現(xiàn)。具體硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。

4軟件系統(tǒng)設(shè)計

本設(shè)計選用了SACM-A2000語音壓縮算法對語音信號進行了壓縮存儲。再利用中斷進行鍵盤掃描程序循環(huán)掃描按鍵，獲取按鍵信息后和內(nèi)置的操作碼比較，用來確定播放相應(yīng)的語音和顯示相應(yīng)的LED燈。景點的解說詞事先利用凌陽內(nèi)置提供的工具進行壓縮和存儲。

系統(tǒng)的主程序流程圖如圖2所示，假設(shè)主要講解景點共4處，分別由KEY1～KEY4控制播放，KEY5是暫停播放、KEY6是繼續(xù)播放、KEY7停止播放。開機時對系統(tǒng)初始化，包含對顯示景點的初始化、對語音播放模塊初始化、對鍵盤初始化等。在鍵盤初始化中設(shè)置時基頻率為128Hz的中斷，并打開中斷。這是為在中斷中掃描鍵盤，利用延時法去抖動，延時時間是響應(yīng)多少次128Hz中斷過程。在KEY1～KEY4鍵控制下播放景點解說詞實際是提取相應(yīng)景點的語音信息的起始存儲地址，然后執(zhí)行相應(yīng)的語音播放程序。由于語音播放中斷服務(wù)子程序必須放在TMA-FIQ中斷源上，進入中斷服務(wù)程序必須先保護寄存器，接著判斷是不是TMA-FIQ中斷。若是，還要判斷是哪一段語音要播放，也就是要獲取播放語音的起始地址。在TMA-FIQ中斷調(diào)用F_FIQ_Service_SACM_A2000函數(shù)譯碼播放。

5制作

錄制的語音文件在播放前需轉(zhuǎn)換為SACM_A2000格式的壓縮文件。語音壓縮可以使用凌陽語音壓縮工具（CompressTool）完成。該壓縮工具支持.wav格式的語音壓縮，但要求壓縮語音資源屬性為8kHz,16位，單聲道。

6結(jié)論

經(jīng)過測試，電子語音導(dǎo)游器的性能達到了設(shè)計目標(biāo)，具體如下：各景點語音解說資料、開機歡迎語音信息播放正常，聲音清晰；各按鍵功能正常，各LED管顯示正常。凌陽公司的SPCE061A的結(jié)構(gòu)特點及其相關(guān)的開發(fā)平臺，為我們開發(fā)帶語音特色的產(chǎn)品方案帶來了很大的方便，本系統(tǒng)僅是SPCE061A的一個基本應(yīng)用，體現(xiàn)了SPCE061A多種資源對產(chǎn)品開發(fā)的極大支持，同時體現(xiàn)了其的語音特色。

參考文獻

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1.1手機語音

目前，手機的語音功能越來越強大，其中語音功能中有一項非常重要的功能——語音識別，這種語音功能和單片機具有密切的聯(lián)系。語音信息條目輸入后，單片機系統(tǒng)就可以進行識別，并且進行相關(guān)的操作。單片機主要設(shè)置于音頻入口處，主要功能是為了收集各種音頻信息，然后一一分析、辨別，最后分別向各個部件下發(fā)指令，完成相關(guān)的操作。

1.2電話錄音

電話不僅具有通話功能，同時還具備通話錄音功能，單片機用于錄音電話中不僅可以收集各種請求信號，也可以發(fā)出相應(yīng)的控制信號。

1.3應(yīng)用于儀器儀表領(lǐng)域

單片機具有體積小、高集成度、可靠性高等優(yōu)點，將其應(yīng)用于儀器儀表行業(yè)，可大大提高儀器儀表的智能化、數(shù)字化程度，也可以有效提高儀器儀表的控制功能、處理功能、測試功能。比如，目前將單片機技術(shù)應(yīng)用于航天航空儀器儀表中，在很大程度上提高了儀器的集成性、可靠性以及準(zhǔn)確性，事故發(fā)生率也大大降低，整個航天航空電子系統(tǒng)的智能化、自動化水平顯著提高，信息傳遞效率和速度也有效提高。

1.4應(yīng)用于家用電器領(lǐng)域

隨著單片機技術(shù)的不斷發(fā)展和普及應(yīng)用，單片機技術(shù)不僅僅局限于一些高端的科研器械領(lǐng)域中，同時在人們的日常生活中也得到廣泛應(yīng)用。單片機的應(yīng)用可以使整體家用電氣得到智能化、一體化控制，也可提高電器的使用性能，有效識別相關(guān)的信息。比如，微波爐、洗衣機、電視機等一些常用的家用電器的顯示系統(tǒng)、控制系統(tǒng)中會應(yīng)用到單片機。將其應(yīng)用于電視機上，可以使用戶有效控制大型智能游戲，而且也可以選擇更加方便的頻道方式。將其應(yīng)用于微波爐上，可以使食物的加熱時間以及加熱溫度得以控制。將其應(yīng)用于洗衣機中，可以按照衣服的臟度以及衣料的材質(zhì)自動選擇洗滌的強度、時間以及洗滌劑使用量。

1.5應(yīng)用于醫(yī)療器械領(lǐng)域

現(xiàn)階段我國醫(yī)療條件下，在檢測手段、消毒條件、住院條件、檢測手段等各方面都具有或多或少的問題，對患者就診會有一定的影響。在醫(yī)療器械領(lǐng)域中應(yīng)用單片機技術(shù)，可以在同一時間對多種疾病進行有效分析，不僅可以大大提高檢測設(shè)備的檢測準(zhǔn)確性，也可在很大程度上提高診斷下藥的科學(xué)性、可靠性，減少臨床漏診、誤診率。同時，在醫(yī)療器械中應(yīng)用單片機技術(shù)，有利于提高醫(yī)療設(shè)備結(jié)構(gòu)的智能化、合理化、自動化。目前，像分析儀器、超聲波檢測儀器、呼叫系統(tǒng)等醫(yī)療器械中都會應(yīng)用到單片機。

1.6應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域

近年來隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的自動化程度不斷提高，尤其是在電力高壓行業(yè)、核工業(yè)、粉塵工業(yè)等一些特殊環(huán)境下，對于人體的危害較大，因此基本上都已經(jīng)實現(xiàn)自動化操作。在這些高危作業(yè)的自動化操作中目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到單片機技術(shù)。在工業(yè)化控制管理過程中應(yīng)用單片機技術(shù)，通過數(shù)據(jù)采集以及過程控制手段實現(xiàn)了工業(yè)控制管理工作的有效性以及科學(xué)性。目前，在報警系統(tǒng)、自動噴漆系統(tǒng)、流水線作業(yè)系統(tǒng)等方面都廣泛應(yīng)用到單片機技術(shù)。

2.關(guān)于單片機的開發(fā)技術(shù)

出現(xiàn)新的CPU后，以往的8位機慢慢增加到了16位機、32位機、64位機甚至更高的級別。現(xiàn)階段，基本上單片機都應(yīng)用了EET技術(shù)，增加該項技術(shù)后可以有效避免外界的干擾，確保系統(tǒng)的時鐘信號不受影響，整個系統(tǒng)的可靠性得以提升。在單片機中應(yīng)用布線和驅(qū)動技術(shù)，可以減少噪聲，減輕噪聲對于電路信號的干擾，提高電路信號的傳輸質(zhì)量。其次，在單片機中還應(yīng)用了OPT技術(shù)、裸片技術(shù)、表面貼技術(shù)等，OPT技術(shù)相對于掩膜技術(shù)而言，具有生產(chǎn)周期短、風(fēng)險小等特點；而裸片技術(shù)以及表面貼技術(shù)可避免OPT芯片出現(xiàn)接觸不良現(xiàn)象。開發(fā)單片機技術(shù)的過程中，應(yīng)該綜合考慮成本、性能、適用環(huán)境等多方面因素，盡可能開發(fā)出和企業(yè)相適應(yīng)的自動化系統(tǒng)。在選擇編程語言時，由于C語言程序具有良好的可繼承性，而且也便于進行模塊化設(shè)計以及管理工作，因此一般都會選擇C語言。在選擇型號時，有AVR、8501、MS430、PIC等多種選擇，因為不同的型號并不會存在較大的差異，因此在選擇其中的一種型號后能舉一反三。另外，在設(shè)計、開發(fā)單片機的過程中，還需要考慮接口設(shè)計、系統(tǒng)干擾、驅(qū)動電路設(shè)計、軟件設(shè)計、平臺建設(shè)、接口設(shè)計、抗干擾設(shè)計等諸多方面。

3.總結(jié)

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【關(guān)鍵詞】電渦流；傳感器；單片機

1.引言

現(xiàn)代社會是信息化的社會，人們的主要交流和溝通都是通過對信息的傳遞、處理而進行的。傳感器就是人們從自然界獲取各種相應(yīng)外界信息的方式，能夠?qū)⑾鄳?yīng)的需要采集的信息轉(zhuǎn)換成為控制芯片能夠識別的電流或者電壓等信號，在現(xiàn)代的控制測量系統(tǒng)中具有不可缺少的作用。

本論文主要介紹的是電渦流式位移傳感器。電渦流式位移傳感器屬于電感式位移傳感器的一種，是基于電渦流效應(yīng)而工作的傳感器，具有很多優(yōu)點：高分辨率、高可靠性、較寬的頻率響應(yīng)以及較高的靈敏度等等。

該傳感器還具有很強的抗干擾能力，相比而言，傳統(tǒng)的傳感器具有非線性誤差，要求工作環(huán)境恒定或者價格較高[1]。

2.電渦流式微位移傳感器

2.1 傳感器發(fā)展歷程

國外在工業(yè)化的過程中，逐漸將傳感器廣泛應(yīng)用在各個生產(chǎn)領(lǐng)域，在航天和軍事領(lǐng)域也有十分領(lǐng)先的傳感器應(yīng)用。之后伴隨各個國家的機械、自動化、計算機等信息產(chǎn)業(yè)如日中天，歐美國家以及亞洲的日本都對世界的傳感器具有相當(dāng)重要的影響。

我國主要是在1960年開始對傳感器進行開發(fā)工作。國家組織大批科研人員對其進行研究和開發(fā)，并實施了“八五”、“九五”等國家計劃，使得其取得了十分矚目的應(yīng)用成就。然而我們也應(yīng)該清醒地意識到，我國在傳感器的基礎(chǔ)制造工藝等方面還不能和發(fā)達國家相提并論，許多核心技術(shù)以及芯片都要進口。與此同時，我們的傳感器在國際上沒有太大競爭力，產(chǎn)品研發(fā)和更新速度很低，缺少實用創(chuàng)新性[2]。

2.2 傳統(tǒng)傳感器缺點

以往的傳感器和電渦流位移傳感器比起來，具有以下幾個方面的嚴重不足：

（1）輸入一輸出特性存在非線性且隨時間而漂移；

（2）環(huán)境會干擾參數(shù)，使得測量結(jié)果發(fā)生漂移；

（3）因結(jié)構(gòu)尺寸大，而時間響應(yīng)特別差；

（4）易受噪聲干擾、信噪比低；

（5）靈敏度或者分辨率不夠理想。

2.3 電渦流式微位移傳感器

本論文所要介紹的電渦流位移傳感器，其工作原理是利用了渦流效應(yīng)。該類型的傳感器，通過渦流效應(yīng)使相應(yīng)的位移的變化，轉(zhuǎn)換成線圈的阻抗值變化；之后利用特定的電路將線圈阻抗值變化轉(zhuǎn)換成為電壓的變化，再進行檢測和輸出，根據(jù)相應(yīng)的公式或者經(jīng)驗，能夠還原成位移信息。這種傳感器具有很多優(yōu)點，比如具有很高的靈敏度、簡單的結(jié)構(gòu)以及及時的動態(tài)響應(yīng)。該傳感器廣泛應(yīng)用在測量振動和位移等信息量上。大體上輸出的電壓信號與位移的變化量是線性的關(guān)系，公式是ΔS=K?ΔV。其中K是系統(tǒng)的比例常數(shù)，在不同的傳感器中根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同是不一樣的。

2.4 電渦流式位移傳感器測量原理

公式能夠精確描述該原理。我們根據(jù)公式可以得知，在其他條件不變的情況下，Z（線圈的阻抗）與S一一對應(yīng)。電渦流傳感器測量位移的原理就是基于此公式，在特定的信號激勵過程中，傳感器會依據(jù)位移變化而產(chǎn)生電壓的變化。

3.測量系統(tǒng)的硬件設(shè)計

3.1 主控芯片

本論文設(shè)計的電渦流微位移傳感器使用的主控芯片是AT89S52單片機。MSC-51單片機是八位的非常實用的單片機。本論文所使用的AT89S52單片機就是基于這款單片機的。MSC-51單片機的基本架構(gòu)被ATMEL公司購買，繼而在其基本內(nèi)核的基礎(chǔ)上加入了許多新的功能，同時擴展了芯片的容量以及加入flash閃存等等。51內(nèi)核的單片機具有很多優(yōu)點，因此無論是在工業(yè)上還是在一些電子產(chǎn)品上應(yīng)用都很多。全球也有許多大公司對其進行擴展，加入新的功能。即使是在今天，51單片機仍然在控制系統(tǒng)中占據(jù)很大市場[4]。

下面對本論文所使用的單片機作簡要介紹。AT89S52單片機具有最大能夠支持的64K外部存儲擴展，同時還具有8K字節(jié)的Flash空間。該單片機具有4組I/O口，分別是從P0到P3，同時每組端口具有8個引腳。每個引腳除了能夠作為普通的輸入和輸出端口外，還具有其它功能，也就是我們通常所說的引腳復(fù)用。其還具有斷電保護、看門口、計時器和定時器。51單片機一般的工作電壓是5V。

3.2 顯示模塊

本論文設(shè)計的LCD1602電路，該液晶模塊能夠顯示2行*16列的字符，相對于數(shù)碼管而言，顯示更加靈活多變。該液晶模塊用來顯示其測量處理后的數(shù)據(jù)。

4.測量系統(tǒng)的軟件設(shè)計

本論文的主程序循環(huán)采集電量的變化，并實時顯示在液晶模塊上。系統(tǒng)軟件是指完成系統(tǒng)設(shè)計功能的軟件。為了提高系統(tǒng)的實時性、可靠性，在編寫系統(tǒng)應(yīng)用軟件時，主要考慮以下兩方面：

（1）提高系統(tǒng)抗干擾性能。在工業(yè)現(xiàn)場不可避免的有各種抗干擾因素。因此本系統(tǒng)除了在硬件上硬件復(fù)位和加電容濾波外。在軟件上，采用了指令冗余技術(shù)、延時消抖技術(shù)以及對位移大小采樣值進行中值濾波的數(shù)字濾波方法，進一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

（2）采用模塊化編程。將系統(tǒng)的應(yīng)用程序分為若干個功能模塊，這些模塊可以任意更改而不影響程序的其余部分，將各個功能模塊程序調(diào)通后，再把各個功能模塊結(jié)合起進行聯(lián)調(diào)，這大大減少了調(diào)試時間，提高了程序的通用性，方便程序的修改和檢查。

5.總結(jié)

電渦流位移傳感器是一種基于電渦流效應(yīng)的傳感器，能夠?qū)⑽灰频淖兓D(zhuǎn)換成電量的變化。本論文主要介紹了傳統(tǒng)傳感器的發(fā)展歷程，進而介紹了電渦流式微位移傳感器的測量原理和優(yōu)勢，并基于單片機設(shè)計了測量系統(tǒng)。

參考文獻

[1]譚祖根，汪樂宇.電渦流檢測技術(shù)[M].北京：原子能出版社，1986.

[2]于鵬，許媛媛.利用插值法和曲線擬合法標(biāo)定電渦流傳感器[J].中國測試技術(shù)，2007，1（33）.

篇4

論文格式寫作要求：

1.論文題目為三號黑體加粗居中

2.一級標(biāo)題應(yīng)該設(shè)置為黑體三號加粗居中（即每一章節(jié)的標(biāo)題如第一章）

3.二級標(biāo)題應(yīng)該設(shè)置為黑體四號加粗，對齊方式為左對齊（即每一章節(jié)的下一級標(biāo)題如：1.1）

4.三級標(biāo)題應(yīng)該設(shè)置為黑體小四加粗，對齊方式為左對齊（二級標(biāo)題下的小標(biāo)題如1.1.1）

5.中文“摘要”兩個字應(yīng)該是三號黑體加粗居中，應(yīng)該設(shè)置為一級標(biāo)題。

6.中文摘要內(nèi)容字體應(yīng)該為宋體小四，兩端對齊，行間距為1.5倍或是20磅。

7.英文摘要（abstract）應(yīng)該是羅馬（TimesNewRoman）三號加粗居中，應(yīng)該設(shè)置為一級標(biāo)題

8.英文摘要內(nèi)容字體應(yīng)該是羅馬（TimesNewRoman）字號為小四，兩端對齊，行間距為1.5倍或是20磅。

9.“關(guān)鍵詞”三個字應(yīng)該是黑體小四，其后為關(guān)鍵詞（宋體小四），關(guān)鍵詞數(shù)量為4~6個，每一個關(guān)鍵詞之間要用逗號分開，最后一個關(guān)鍵詞后不打標(biāo)點符號

10.“目錄”兩個字應(yīng)該設(shè)置為黑體三號加粗居中

11.文章正文應(yīng)該是宋體小四

12.文章正文段落行間距應(yīng)該是1.5倍行間距或是20磅，首行要空兩格。

13.文章正文段落格式應(yīng)該設(shè)置為兩端對齊

14.文章中出現(xiàn)的圖片，其位置應(yīng)該是居中，且圖片下方要有中英文對照的說明文字。其中中文說明文字應(yīng)該為楷體五號，英文說明文字應(yīng)該是羅馬（TimesNewRoman）五號字體，中英文說明文字位置均為居中。圖片及其中英文說明文字應(yīng)該位于同一頁。

15.文章中出現(xiàn)的表格，其位置應(yīng)該是居中，且表格上方要有中英文對照的說明文字。其中中文說明文字應(yīng)該為楷體五號，英文說明文字應(yīng)該是羅馬（TimesNewRoman）五號字體，中英文說明文字位置均為居中。且文中表格的風(fēng)格要保持一致，表格內(nèi)容的字體，字號設(shè)置要統(tǒng)一。表格的寬度不應(yīng)該超過正文的寬度。表格如果轉(zhuǎn)頁的話，在隨后的頁面上應(yīng)表明如：表一（續(xù)）

小學(xué)教育教學(xué)論文范例欣賞：

【摘要】隨著社會中各行各業(yè)的競爭力度不斷增加，大學(xué)生就業(yè)成為了社會重點難題。特別是計算機行業(yè)，近年來的計算機領(lǐng)域快速發(fā)展，各高校向社會輸送的計算機人才也日漸提升，同時也加大了就業(yè)競爭力度。所以，學(xué)生掌握一種制約芯片的電路設(shè)計，并且熟練使用一種編程語言，不僅能夠提高競爭實力，也可以增強自身的技術(shù)水平。本文中通過面向技能抽考的單片機教學(xué)進行探討。

【關(guān)鍵詞】技能抽考單片機教學(xué)多元化單片機

單片機是一種微型計算機的分支，以體積小、功能全、性價比高等特點著稱，被運用到工業(yè)制約、通信設(shè)備、信息處理、電器等諸多領(lǐng)域。單片機技術(shù)在整個課程中處于核心位置，是電子信息、機電、自動化等專業(yè)學(xué)科必備技術(shù)，也是工科學(xué)生就業(yè)的一個基本保障。

一、單片機教學(xué)目前狀況

單片機教學(xué)中，教師以匯編語言版本和C語言版本為編程工具的單片機為學(xué)習(xí)對象，這種學(xué)習(xí)策略可以使學(xué)生更加深入的了解單片機指令系統(tǒng)的操作，也可以對單片機軟、硬結(jié)合的特點做深一步的單片機原理理解[1]。

“單片機”是一門專業(yè)課程，基于電工學(xué)、電子學(xué)、計算機組成原理學(xué)、接口原理及匯編語言學(xué)基礎(chǔ)上的一門課程。以上課程是單片機課程的基礎(chǔ)，對單片機的學(xué)習(xí)能夠起到推動作用，加強學(xué)生對相關(guān)課程的理解。對于學(xué)生而言，單獨的學(xué)習(xí)單片機課程，沒有專業(yè)背景和知識結(jié)構(gòu)的因素影響，將會很難入門[2]。

二、單片機教學(xué)的理由

2.1單片機教學(xué)的實驗設(shè)備單一

教學(xué)中使用的實驗設(shè)備通常是學(xué)校為學(xué)生準(zhǔn)備好的包含十幾種實驗內(nèi)容的實驗包，學(xué)生對實驗包里的設(shè)備進行試驗并加深對理論知識的理解。但是，通過這種實驗包學(xué)習(xí)產(chǎn)生的理由是無法提供更高層次的動手實驗，實驗包里的實驗項目硬件已經(jīng)連接完畢，學(xué)生只需要通過簡單的連線就可以使用，導(dǎo)致了學(xué)生動手和動腦的機會少，線路已經(jīng)固定，學(xué)生不能根據(jù)自己的設(shè)計轉(zhuǎn)變線路，在實驗中產(chǎn)生一定的局限性。

2.2教學(xué)內(nèi)容與實際應(yīng)用不符

學(xué)校的教學(xué)策略中，基本以理論為主，造成設(shè)計效率低、學(xué)生學(xué)習(xí)的難度大、理論性過強、語句不易理解等理由，另外由于編程的代碼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，學(xué)生對硬件結(jié)構(gòu)的依賴性比較大，不能夠完全在不同種類之間相互移植。

三、技能抽考在單片機教學(xué)中的作用

3.1技能抽考的理論

技能抽考是根據(jù)教育學(xué)的要求，依照專業(yè)特點對學(xué)生掌握的專業(yè)技能進行標(biāo)準(zhǔn)化的考核，需要通過理論和實踐的雙重考核。具體做法分為三種：制定統(tǒng)一的抽考標(biāo)準(zhǔn)；制作抽考標(biāo)準(zhǔn)的試題庫；根據(jù)專業(yè)學(xué)習(xí)的人數(shù)，采取隨機籌錢的方式進行學(xué)生的獨立抽考。

這種技能上的抽考相當(dāng)于一種技能競賽，專業(yè)技能競賽相比職業(yè)技能競賽的方面更為廣闊、參與的學(xué)生也比較多、比賽的內(nèi)容全面，抵制了一直以來的“重技能輕綜合”的不足[5]。

3.2技能抽考在單片機教學(xué)中的作用

技能抽考運用到教學(xué)模式中，能夠重新建構(gòu)教學(xué)模式，提高教師和學(xué)生的專業(yè)能力、增強教師的職業(yè)道德素質(zhì)和心理素質(zhì)等，使學(xué)習(xí)中實現(xiàn)車間與教室、教師與師傅、學(xué)生與學(xué)徒、作業(yè)與產(chǎn)品、理論與實踐、教學(xué)與比賽相結(jié)合的一種教學(xué)改革，推動學(xué)校教育水平的發(fā)展。

3.3技能抽考重建教學(xué)模式

技能抽考是以學(xué)生的綜合實力為評價標(biāo)準(zhǔn)，在學(xué)習(xí)范圍的完成情況來進行對專業(yè)能力的衡量，對能力、策略等進行務(wù)實、高效的教學(xué)目標(biāo)。因此，教育教學(xué)觀念發(fā)生了轉(zhuǎn)變。從原有的教學(xué)方式轉(zhuǎn)向行動教學(xué)方式，讓課堂從理論性教學(xué)轉(zhuǎn)向?qū)嵺`性教學(xué)，以“教學(xué)工廠”為實訓(xùn)教學(xué)模式，使車間和教室結(jié)合、理論與實踐結(jié)合。

四、結(jié)論

單片機原理和教學(xué)中的自主研發(fā)、開放性和創(chuàng)新性，比較容易符合新世紀人才的培養(yǎng)，符合高校的教育規(guī)律。在教學(xué)中加快改革步伐，加強基礎(chǔ)、培養(yǎng)能力、開拓思維、注重創(chuàng)新、提高素質(zhì)為教學(xué)中心思想，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實驗素質(zhì)和動手能里為教學(xué)目標(biāo)，將教學(xué)層次加深，全面展開單片機教學(xué)的最新模式，為電子信息行業(yè)培養(yǎng)大批量專業(yè)知識強又掌握應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用型人才。

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篇5

關(guān)鍵詞： 防盜報警； AVR單片機； Android平臺； LCD12864

中圖分類號： TN70?34 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）08?0117?03

Study on home wireless anti?theft alarm system based on Android

CHEN Jing， WANG Zhi?hua

（School of Science， Beijing Forestry University， Beijing 100083， China）

Abstract： The household anti?theft alarm system based on Android platform and combined with the microcontroller not only can achieve low?cost detection， display and alarm， but also can transmit the system data to the users’ intelligent mobile phone in wireless transmission mode through the serial port WIFI equipment， and realize remote wireless control. The ultrasonic ranging module， vibration detection module and infrared emission circuit are used in the system to realize automatic detection function. The buzzer and LED are adopted to achieve sound and light alarm function. The AVR single chip microcomputer with built?in reduced instruction set is taken as data processing center. The system status data is sent to the module LAK?RMO4 through the asynchronous serial transceiver USART. The TCP/IP protocol stack is built in the module to realize data transmission and conversion among the user serial port， Ethernet and WIFI interface. Through programming of Android mobile phone application program， the user can achieve data transmission between AVR SCM and intelligent mobile phone in intelligent mobile phone， and realize setting and control of the whole system.

Keywords： anti?theft alarm； AVR MCU； Android platform； LCD12864

隨著人們安全防范意識的逐步增強，作為智能家居系統(tǒng)的一個重要組成部分，家庭監(jiān)控和防盜報警系統(tǒng)實現(xiàn)了自動監(jiān)測報警，以使家庭財產(chǎn)免受損失的功能，其性能的好壞直接關(guān)系到整個智能家居系統(tǒng)的好壞。與境外安防產(chǎn)品的成熟程度相比，中國安防產(chǎn)品市場的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)區(qū)域分布不均衡、壟斷程度低、市場占有率低等特點?，F(xiàn)在，急需能夠低成本檢測、顯示和報警，并且能夠通過智能手機等設(shè)備接收實時信息，并實現(xiàn)遠程無線控制、具有一定市場競爭力的產(chǎn)品出現(xiàn)[1]。本文設(shè)計的家用防盜報警系統(tǒng)，通過各個傳感器系統(tǒng)的自動檢測，單片機收集傳感器信號進行報警數(shù)據(jù)的處理，并通過串口?WiFi將數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶的手機上，同時用戶也能發(fā)送控制命令給單片機，從而實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。本設(shè)計是單片機和Android平臺的結(jié)合，不僅實現(xiàn)低成本檢測、顯示和報警，而且能夠?qū)崿F(xiàn)遠程無線控制。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及軟件流程設(shè)計

本設(shè)計整體分為4個部分：自動檢測、聲光報警、液晶顯示和終端控制，其中AVR單片機是數(shù)據(jù)處理的中心，控制傳感器模塊及電路，采集和處理檢測到的各種信號，進行計算和判斷，從而決定是否啟動聲光報警系統(tǒng)，并將得到的數(shù)據(jù)信息顯示在LCD12864上，供用戶查看；單片機的串口與串口轉(zhuǎn)WiFi模塊的串口通過2×3串口線相連，單片機將系統(tǒng)狀態(tài)信息通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)，串口轉(zhuǎn)WiFi模塊自動將數(shù)據(jù)通過WiFi發(fā)射到空間，Android手機通過本設(shè)計中編寫的客戶端就可以實現(xiàn)系統(tǒng)控制[2]，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

單片機部分的程序主要完成自動檢測、聲光報警和液晶顯示功能，其串口接收采用中斷方式，只有單片機串口接收到數(shù)據(jù)時，才會將接收標(biāo)志receverflag置1，這時才會運行串口數(shù)據(jù)發(fā)送子程序。本設(shè)計中，使用了三處中斷進行數(shù)據(jù)處理，另外兩處分別是超聲波測距子程序和振動檢測子程序，超聲波測距時，單片機I/O口發(fā)送超過10 μs的高電平，然后計時器計時同時主程序循環(huán)等待PD2檢測到上升沿電平；振動檢測時，PD3檢測到上升沿電平時進入振動檢測子程序，該子程序包含報警設(shè)置及顯示判斷。在液晶顯示部分，有3個顯示頁面，分別有Page_1，Page_2，Page_3作為顯示標(biāo)志，在每個子程序和主程序中，當(dāng)要顯示數(shù)據(jù)時，首先判斷要顯示的頁面標(biāo)志是否為1[3?4]。單片機部分程序流程如圖2所示。

下面具體敘述報警系統(tǒng)各項功能的實現(xiàn)過程。

2 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

2.1 自動檢測功能

2.1.1 超聲波測距模塊

HC?SR04超聲波測距模塊可以實現(xiàn)2～400 cm距離的測量，精度可達0.3 cm。模塊主要包括超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路。模塊的工作原理：

（1） 采用I/O觸發(fā)測距，給至少10 μs的高電平信號；

（2） 模塊自動發(fā)送8個40 kHz的方波，自動檢測是否有信號返回；

（3） 有信號返回，通過I/O輸出一高電平；

（4） 單片機計時的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間，距離=340×[t2]。

2.1.2 震動檢測模塊

震動檢測模塊用來檢測系統(tǒng)的震動，本設(shè)計中用來檢測窗戶的震動。傳感器采用的是SW?18020P，SW?18020P任何角度均可觸發(fā)工作，適用于小電流電路觸發(fā)。本模塊不震動時，震動開關(guān)呈斷開狀態(tài)，輸出端輸出高電平，綠色指示燈不亮；震動時，震動開關(guān)瞬間導(dǎo)通，輸出端輸出低電平，綠色指示燈亮；輸出端與單片機直接相連，通過單片 機來檢測高低電平，由此來檢測環(huán)境是否有震動，起到報警作用。

圖2 單片機部分程序流程圖

2.1.3 紅外對射電路

在本設(shè)計中，紅外發(fā)射電路和紅外接收電路分別被安裝在用戶的門和門框上。在門正常關(guān)閉的情況下，紅外接收管與紅外接收管正對；當(dāng)門打開時，紅外接收管接收不到發(fā)射管發(fā)射出的紅外線，此時，單片機檢測到的電壓數(shù)值發(fā)生變化。依據(jù)門打開的程度，電壓變化不同，用戶可以自行設(shè)定報警電壓閾值[5]。

2.2 聲光報警功能

2.2.1 蜂鳴器

在本設(shè)計中，采用的是有源蜂鳴器，只需要接上額定的電源就可以連續(xù)發(fā)聲。但是在實際設(shè)計中，通常采用三極管驅(qū)動放大來保障通過蜂鳴器的電流大小，從而保障聲音的質(zhì)量。雖然直接利用高低電平輸出能夠?qū)崿F(xiàn)報警功能，但若采用AVR T2的CTC輸出功能，能夠?qū)︻l率進行編程，使蜂鳴器發(fā)聲富有變化，更能夠引起主人的注意。在這種模式下，蜂鳴器還可用于進行簡單音樂的播放。

2.2.2 發(fā)光二極管

在本設(shè)計中每路檢測都有一路LED相連，顯示檢測到的狀態(tài)信息，同時任何一路都會觸發(fā)蜂鳴器報警。

2.3 液晶顯示

AVR單片機在運行過程中，通過傳感器模塊和電路，自動檢測用戶住宅的狀態(tài)信息，并將傳感器模塊和電路測得的狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過I/O數(shù)據(jù)口傳輸?shù)絾纹瑱C內(nèi)部。單片機一方面將這些數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的閾值比較，從而判斷是否啟動聲光報警；另一方面，將這些數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏上，供用戶實時查看當(dāng)前的狀態(tài)信息[6]。系統(tǒng)狀態(tài)顯示頁面顯示的內(nèi)容是：門、窗關(guān)閉或打開，距離數(shù)值。當(dāng)紅外發(fā)射管與紅外接收管之間有物體遮擋時，可以模擬門打開的狀態(tài)，此時，門狀態(tài)由“關(guān)閉”變?yōu)?ldquo;打開”，如圖3、圖4所示。

圖3 系統(tǒng)狀態(tài)顯示頁面

圖4 門由“關(guān)閉”變?yōu)?ldquo;打開”

對于窗戶和距離是同樣的道理，本系統(tǒng)會實時監(jiān)測用戶住宅狀態(tài)，并同步顯示在液晶屏幕上。由于單液晶屏幕顯示內(nèi)容有限，作為交互性的智能設(shè)計，要求設(shè)計滿足用戶能夠自行設(shè)置參數(shù)的功能，因此設(shè)計了多個液晶顯示頁面，作為演示，只顯示2個頁面，分別是狀態(tài)顯示頁面和參數(shù)設(shè)置頁面。系統(tǒng)初始界面是狀態(tài)顯示頁面，顯示當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)。設(shè)計2個機械按鍵供用戶切換頁面和設(shè)計參數(shù)，用戶可以通過按鍵切換到其他頁面。在參數(shù)設(shè)置頁面，用戶通過參數(shù)設(shè)置按鍵可以設(shè)置靈敏度。靈敏度共分4種：10 cm，20 cm，30 cm，40 cm，代表距離是10 cm，20 cm，30 cm，40 cm時啟動聲光報警。參數(shù)設(shè)置頁面如圖5所示。

2.4 終端控制

終端控制功能的實現(xiàn)是通過編寫一個Android客戶端，該客戶端可以進行Socket通信，即可以通過給定的IP和端口利用Android手機的WiFi功能連接服務(wù)器，進行數(shù)據(jù)的傳輸和系統(tǒng)的控制。在本設(shè)計中，單片機與Android手機之間進行數(shù)據(jù)傳送時傳送的是命令代碼，該命令代碼是一個16進制數(shù)，該數(shù)據(jù)由8位二進制數(shù)組成的單片機和Android手機通過對該數(shù)據(jù)的8位進行解析，從而得到系統(tǒng)的狀態(tài)信息 [7] ?？蛻舳耸褂梅椒ǎ河脩粼贏ndroid手機上安裝該客戶端后，打開手機的WiFi功能，在IP，PORT輸入框輸入IP地址和端口，點擊連接按鈕，連接成功后，該按鈕會顯示“斷開”；中間區(qū)域顯示系統(tǒng)狀態(tài)，當(dāng)狀態(tài)發(fā)生變化時，其顯示會發(fā)生變化；下面區(qū)域為命令代碼輸入?yún)^(qū)域，用戶可以根據(jù)需要輸入相應(yīng)的代碼。

圖5 參數(shù)設(shè)置頁面

客戶端功能實現(xiàn)：客戶端程序初始化：為各個顯示控件添加屬性，并為按鈕添加響應(yīng)事件；接按鈕響應(yīng)事件：單擊按鈕時，與指定的IP、端口建立Socket連接；輸入流線程：接收輸入流，并根據(jù)輸入流數(shù)據(jù)對顯示區(qū)進行設(shè)置；命令代碼確定按鈕：將輸入的命令代碼通過已經(jīng)建立的Socket通信通道已數(shù)據(jù)流的形式發(fā)送出去。

3 結(jié) 論

本文設(shè)計的家用無線防盜報警系統(tǒng)是基于單片機和Android平臺，實現(xiàn)了以下幾個功能：

（1） 自動檢測功能，超聲波測距模塊檢測陌生人與用戶住宅的實際距離，振動檢測模塊檢測窗戶的振動，該模塊與單片機的I/O口直接連接，實時檢測模塊電平變化，紅外對射電路檢測房門的開關(guān)，房門正常關(guān)閉情況下紅外接收電路接收紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外線，與單片機相連的I/O口檢測到一定的模擬電壓，通過A/D轉(zhuǎn)換將電壓數(shù)值存儲在AVR單片機內(nèi)部，當(dāng)房門打開時紅外接收電路接收不到紅外線，該電壓值發(fā)生變化，單片機通過與存儲的電壓數(shù)值比較，判斷處理。

（2） 聲光報警功能，該功能主要有蜂鳴器和LED組成，該部分電路與單片機對應(yīng)的I/O口連接，當(dāng)單片機輸出相應(yīng)的電平時，三級管導(dǎo)通，電路就會工作，實現(xiàn)報警功能。

（3） 液晶顯示，通過LCD12864將系統(tǒng)的狀態(tài)信息顯示出來供用戶查看，同時按鍵與單片機I/O口連接，通過對按鍵的判斷處理實現(xiàn)系統(tǒng)靈敏度的設(shè)置。

（4） 終端控制功能，該部分功能由HLK?RM04模塊和Android智能手機實現(xiàn)，HLK?RM04模塊的串口與單片機的串口連接，單片機將狀態(tài)數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送出去，HLK?RM04模塊自動將串口接收的信息通過WiFi發(fā)送到空間，Android手機通過WiFi功能連接到該模塊，通過本設(shè)計編寫的客戶端就能實現(xiàn)信息的接收和顯示，同時發(fā)送對應(yīng)的命令代碼給單片機，單片機接收到命令代碼解析后實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)置。

根據(jù)設(shè)計思想制作實物，經(jīng)驗證功能實現(xiàn)良好。本系統(tǒng)利用單片機和Android平臺的結(jié)合，不僅實現(xiàn)低成本檢測、顯示和報警，而且通過串口?WiFi設(shè)備還能將系統(tǒng)數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)接脩舻闹悄苁謾C上，真正實現(xiàn)了交互式的智能控制。   本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網(wǎng)專業(yè)寫作教育教學(xué)論文和畢業(yè)論文以及服務(wù)，歡迎光臨DyLW.neT

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【關(guān)鍵詞】激光器;溫度傳感器;蜂鳴報警;單片機;溫度監(jiān)測

1.引言

本文研制了一種基于單片機微處理器控制的溫度監(jiān)測與報警系統(tǒng)，屬于小型溫控儀，用于實驗室半導(dǎo)體激光器的溫度監(jiān)測。系統(tǒng)采用了以單片機為核心，通過溫度傳感器對激光器溫度進行實時監(jiān)測，并在超過預(yù)試溫度時，蜂鳴器進行報警。

2.設(shè)計總體方案

本設(shè)計要實現(xiàn)的功能是：實時顯示當(dāng)前激光器的溫度，并且允許用戶設(shè)定溫度閾值，當(dāng)激光器溫度超過閾值時，系統(tǒng)會以蜂鳴器蜂鳴的方式進行報警提示。

依據(jù)功能設(shè)定，本系統(tǒng)主要分為三個模塊：溫度采集模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，用戶交換模塊。

其中溫度采集模塊使用的是DSl8B20型單線智能溫度傳感器，它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠等優(yōu)點。

數(shù)據(jù)處理模塊使用的是AT89C51單片機，其完成溫度數(shù)據(jù)的采集，運算和邏輯控制的功能。

用戶交換模塊主要有按鍵和蜂鳴器構(gòu)成。其中按鍵用于用戶設(shè)定溫度閾值，蜂鳴器用于提醒用戶。

單片機作為主控制器，主要負責(zé)處理有溫度傳感器送來數(shù)據(jù)，并把處理好的數(shù)據(jù)送向顯示器模塊，溫度傳感器主要用來采集激光器的溫度，并把采集到的數(shù)據(jù)送回單片機，按鍵電路主要是用來完成單片機復(fù)位操作和溫度初始值的設(shè)定，蜂鳴器電路就是三極管來實現(xiàn)的，用來判斷激光器溫度是否超出設(shè)定數(shù)值，顯示電路主要用來顯示當(dāng)前溫度。

3.溫度監(jiān)測與報警系統(tǒng)各功能的硬件設(shè)計

單片機是整個系統(tǒng)的控制中樞，它指揮器件的協(xié)調(diào)工作，從而完成特定的功能。每一個模塊只實現(xiàn)一個特定功能，最后再將各個模塊搭接在一起。本系統(tǒng)主要硬件包括電源電路，蜂鳴器電路，LED顯示電路以及溫度傳感器電路。

3.1 主控制電路和測溫時控制電路

本次硬件的核心就是AT89C51，其他電路都是圍繞他所設(shè)計的，溫度傳感器DS18B20接單片機AT89C51的P2.3口。顯示器LED與74LC373相連接到單片機AT89C51的P1.0口至P1.7口，蜂鳴電路接單片機AT89C51的P3.3口，當(dāng)溫度高于預(yù)設(shè)值時蜂鳴器蜂鳴報警，增加單片機的輸出能力，增加單片機的輸出電流，故使用電阻來完成。具體原理圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)電路原理圖

圖2 傳感器電路圖

3.2 主要模塊的電路

3.2.1 單片機最小系統(tǒng)電路圖

單片機最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng).對51系列單片機來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機、晶振電路、復(fù)位電路.

復(fù)位電路：由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，當(dāng)系統(tǒng)一上電，RST腳將會出現(xiàn)高電平。這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來決定。適當(dāng)組合RC的取值可以保證可靠的復(fù)位。

晶振電路：典型的晶振取11.0592MHz（因為可以準(zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通訊的場合）/12MHz（產(chǎn)生精確的us級時歇，方便定時操作）。

3.2.2 蜂鳴器報警電路

本設(shè)計采用蜂鳴音報警電路，蜂鳴器的額定電流≤30mA。而對于AT89C51單片機，P3口的灌電流為15mA，由此可見，緊靠單片機的P3口電流是不能驅(qū)動蜂鳴的，必須使用晶體管放大電路，為了單片機功率更小，所以使用PNP型晶體管，當(dāng)激光器的溫度超度預(yù)設(shè)值時，基極變?yōu)榈碗娖剑澍Q器工作。

3.2.3 顯示電路

本文采用的是共陰極數(shù)碼管，因而各數(shù)碼管的公共極接電源GND，要顯示某字段則相應(yīng)的移位寄存器74HC373的輸出線必須是高電平。P0口接8個按鍵，分別編號為KEY1--KEY8。當(dāng)某個按鍵按下時。某個數(shù)就顯示在數(shù)碼管上。

3.2.4 傳感器電路

在本設(shè)計中采用的是DS18B20數(shù)字溫度傳感器，其接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合。具體電路圖如圖2所示。

4.仿真與調(diào)試

本次設(shè)計的所有仿真都在Proteus里完成，這些仿真包括閾值的設(shè)置，蜂鳴器的實現(xiàn)與數(shù)碼管的顯示。在本次設(shè)計中，這些仿真都得以實現(xiàn)，系統(tǒng)電路原理圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)電路原理圖

5.結(jié)論

本次設(shè)計是基于單片機的溫度設(shè)計，包括硬件部分和軟件部分兩部分。在論文完成過程中，先從軟件部分開始設(shè)計出整個流程圖，然后才開始硬件電路的設(shè)計。但是在軟件設(shè)計過程中，由于一些客觀原因存在，硬件電路不是很美觀，一些電容和電阻設(shè)計的有點出入，但整體不影響實驗結(jié)果。在仿真時，學(xué)習(xí)了Proteus ISIS和Keil Vision3的基本知識，通過此軟件對電路的仿真，基本上完成了論文的設(shè)計目的。

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隨著技術(shù)的進步，成分分析儀器已呈現(xiàn)出使用門檻降低、適用范圍擴大、檢測能力增強的趨勢，原本對實驗條件有著苛刻要求的微量樣品分析檢測現(xiàn)在已經(jīng)能夠輕松實現(xiàn)，如質(zhì)譜儀能夠在常壓下對痕量樣品直接進行定量分析。而針對微量樣品，大多數(shù)分析儀器并未配備專用的進樣裝置，進樣操作或依靠實驗人員手動實現(xiàn)，或依賴于體積龐大的三維位移平臺，這對微量樣品的檢測帶來很大不便。因此，設(shè)計一種小型的自動化微量進樣裝置具有重要意義。

本文以LabVIEW設(shè)計的上位機控制單片機、驅(qū)動步進電機，帶動進樣模塊實現(xiàn)取樣—進樣，能夠有效提高微量樣品檢測的可操作性，并可實現(xiàn)通量進樣，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、使用方便的特點。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

如圖1所示，整個系統(tǒng)由六部分組成：上位機軟件用LabVIEW編寫，實現(xiàn)人機交互；以STC12C5410AD單片機為核心的主控模塊，負責(zé)實現(xiàn)產(chǎn)生控制信號及各模塊間通信；電機及驅(qū)動模塊包括步進電機及其驅(qū)動電路，用以實現(xiàn)系統(tǒng)的受控運動；微量進樣模塊包括進樣器及其支持結(jié)構(gòu)，用來實現(xiàn)取樣和進樣；回零模塊通過對射式光電傳感器來對系統(tǒng)進行回零動作；清潔模塊通過振動電機帶動毛刷對完成檢測后的進樣器進行清潔。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

主控模塊設(shè)計 主控模塊由供電電路、單片機最小系統(tǒng)及串口通信電路構(gòu)成。供電電路采用220 V轉(zhuǎn)12 V的開關(guān)電源，可直接向電機驅(qū)動器供電，通過LM2596降壓電路處理后向單片機及對射式光電傳感器供電。單片機最小系統(tǒng)采用STC12C5410AD為核心，該型單片機針對電機控制設(shè)計，內(nèi)置四路PWM和MAX810專用復(fù)位電路，具有高速、低功耗、抗干擾的特性，體積小、價格低廉，符合小型化和成本控制的要求[1]。串口通信電路以MAX232A芯片為主，實現(xiàn)單片機與PC之間的通信。

電機及驅(qū)動模塊設(shè)計 電機及驅(qū)動模塊實現(xiàn)電能到機械能的轉(zhuǎn)化，包括步進電機及其驅(qū)動電路。步進電機屬于數(shù)字執(zhí)行單元，每接收到一個脈沖信號轉(zhuǎn)動一個固定的角度。選取步進電機是由于其具有精度高、無累積誤差、不受負載變化影響、能瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越特性。但步進電機不能直接通電啟動，需要專門的驅(qū)動電路提供脈沖方可正常運轉(zhuǎn)。

本設(shè)計中采用兩相四線制混合式步進電機，內(nèi)部包含兩對繞組，步距角為1.8°，精度可觀。驅(qū)動電路以THB7128高細分、大功率兩相步進電機專用驅(qū)動芯片為核心，整個電路可分為供電部分、芯片配置部分、信號隔離部分、細分調(diào)節(jié)部分和輸出電流調(diào)節(jié)部分[2]，如圖2所示。驅(qū)動電流輸出范圍在0～2 A內(nèi)連續(xù)可調(diào)，通過撥碼開關(guān)可實現(xiàn)最高128步細分。

回零模塊設(shè)計 回零模塊由對射式光電傳感器及其放大電路組成，實現(xiàn)回零動作。由于運動系統(tǒng)存在慣性、摩擦，步進電機可能出現(xiàn)失步等誤差，可能導(dǎo)致進樣針的定位出現(xiàn)偏差。通過回零動作，在每次系統(tǒng)上電后對進樣針的位置進行標(biāo)定，能夠有效消除誤差影響。回零模塊位置可通過手動調(diào)節(jié)至進樣位置后通過螺絲鎖緊，當(dāng)系統(tǒng)上電后自動運行，至標(biāo)定位置處，傳感器受到遮擋，輸出電平翻轉(zhuǎn)，運動停止，標(biāo)定完成。其中，由于傳感器的輸出信號較弱，需經(jīng)三極管放大后才能由單片機的IO口檢測到。

清潔模塊設(shè)計 在通量進樣時，需要對沾有樣品的進樣器進行清潔，方便再次進樣。清潔模塊由軟毛刷、空心杯振動電機及其控制電路組成，為可拆卸設(shè)計，安裝在進樣模塊一側(cè)，具置需根據(jù)運動方向而定。系統(tǒng)上電但處于靜止?fàn)顟B(tài)時，單片機通過繼電器控制清潔模塊開始工作。在進樣過程中，直徑約1 cm的羊毛材質(zhì)的軟毛刷固定于電機頂端，空心杯振動電機帶動軟毛刷振動來清潔進樣針上沾染的樣品。電機供電電壓為3 V，通過LM317三端穩(wěn)壓器獲得，繼電器控制電路在接受到單片機的信號時吸合，控制電機啟動。

4 微量進樣模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計

傳統(tǒng)的進樣系統(tǒng)大多采用直線步進電機配合滾珠絲杠，體積龐大，且一次操作只能完成一次進樣。本設(shè)計采用履帶式轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，大大縮小了裝置體積，降低了成本，并能夠?qū)崿F(xiàn)通量進樣。微量進樣模塊由進樣器、傳動履帶及其支架構(gòu)成，如圖3所示。微量進樣的方法中，最為常用、經(jīng)濟的是采用針狀結(jié)構(gòu)的裝置進行取樣、持樣、進樣，根據(jù)文獻[3]報道，采用鋼針制作的進樣針持樣量最小可達納升級，完全可滿足大多數(shù)實驗的要求。

本設(shè)計中的進樣器由鋼針及其夾持結(jié)構(gòu)組成，鋼針長度約為5 cm，針尖部分經(jīng)過在稀鹽酸中約半小時的浸泡，可獲得纖細而不均勻的尖端，方便收集微量樣品。傳動履帶采用內(nèi)置鋼絲的聚氨酯材質(zhì)同步帶，強度高，無揮發(fā)性氣味，耐磨耐溫性能好，并能抗多種酸堿和有機溶劑腐蝕。同步帶內(nèi)側(cè)有梯形齒槽，與配套的同步輪嚙合以保證轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性。傳動履帶外側(cè)等距安裝固定四個進樣器，轉(zhuǎn)動時進樣器依次在三個位置之間循環(huán)：進樣位—清潔位—取樣位—進樣位。轉(zhuǎn)動方向可根據(jù)需要改變，但需同時調(diào)整清潔模塊的安裝位置。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計

下位機設(shè)計 下位機完成四個功能：

1）系統(tǒng)的初始化；

2）系統(tǒng)上電后自動執(zhí)行回零動作；

3）串口通信；

4）清潔模塊控制。

主程序流程如圖4所示。

上位機設(shè)計 LabVIEW上位機軟件實現(xiàn)最頂層的控制：

1）配置串口通信[4]；

2）電機運行速度及運行方向設(shè)定；

3）電機啟動和停止控制。

在LabVIEW2013平臺上編寫的上位機程序負責(zé)將用戶的命令傳達至單片機[5]，可方便地控制單片機發(fā)出不同頻率的脈沖進行10檔調(diào)速、通過。經(jīng)過安裝后的校準(zhǔn)，粗調(diào)可使進樣器直接轉(zhuǎn)動至下一個工作位置。考慮到不同環(huán)境下的需求不同，進樣器停止時間不作限制。細調(diào)一次使單片機向步進電機發(fā)送一個脈沖，用于對進樣器位置進行微調(diào)。將VI程序封裝成為可執(zhí)行文件后，能夠方便地在其他PC上安裝并使用?；贚abVIEW編寫的上位機程序界面如圖5所示。

6 結(jié)語

本文設(shè)計了一種小型自動化微量進樣系統(tǒng)，系統(tǒng)由上位機軟件、主控模塊、電機及驅(qū)動模塊、微量進樣模塊、回零模塊和清潔模塊六部分組成，能夠?qū)崿F(xiàn)通量進樣，體積小、成本低，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，控制精度高，在運用分析儀器進行微量樣品分析的場合能夠廣泛應(yīng)用，大大提高對微量樣品檢測實驗的可操作性。   [提供， 第 一論文 網(wǎng)專業(yè)寫作教育教學(xué)論文和本科畢業(yè) 論文以及服務(wù)，歡迎光臨DYlw.nET]

參考文獻

[1]朱兆優(yōu).單片機原理與應(yīng)用：基于STC系列增強型8051單片機[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[2]陳學(xué)軍.步進電機細分驅(qū)動控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].電機與控制應(yīng)用，2006，33（6）：48-50.

篇8

關(guān)鍵詞：自動化生產(chǎn)線；教學(xué)方法；電機與電氣控制；PLC；課程設(shè)計

中圖分類號：G712文獻標(biāo)識碼：B文章編號：1006-5962（2013）02-0027-02

高職機電一體化專業(yè)課程設(shè)置的培養(yǎng)目標(biāo)是：面向工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，電氣控制系統(tǒng)制造公司、機電設(shè)備制造公司、機電設(shè)備、電氣設(shè)備、工控設(shè)備制造公司或公司、科技開發(fā)公司，培養(yǎng)適應(yīng)社會需要，全面發(fā)展，適應(yīng)本專業(yè)相對應(yīng)職業(yè)崗位的高等技術(shù)應(yīng)用性專門人才，主要崗位群定位是自動化設(shè)備安裝員、自動化設(shè)備調(diào)試員、中高級維修電工等，本專業(yè)有五個主干學(xué)科：電氣工程、電子工程、機械工程、計算機科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)與工程，都是為了崗位需要設(shè)置的專業(yè)知識。其中《自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試》作為一門核心專業(yè)課在第四學(xué)期進行了貫穿和綜合。

1自動化生產(chǎn)線的課程設(shè)置

機電一體化專業(yè)人才培養(yǎng)能力有：識圖繪圖能力、機電安裝調(diào)試維修能力、電控系統(tǒng)調(diào)試檢修能力、自動線調(diào)試維護能力、機電設(shè)備管理能力及機電產(chǎn)品營銷能力等?！蹲詣踊a(chǎn)線安裝與調(diào)試》前序課程有PLC技術(shù)、傳感器技術(shù)、電機與控制，后序課程有機床維修等。在我們所要實現(xiàn)的教學(xué)目標(biāo)中知識目標(biāo)涉及到：機械手工作原理、握機械手控制原理、機械手氣動原理、熟悉安全操作規(guī)程；能力目標(biāo)有：對已安裝的機械手機械部件進行測量；對機械手的氣路進行基本調(diào)試；根據(jù)故障現(xiàn)象判斷故障部位；檢查分析、找到故障點并分析解決故障；遵守安全操作規(guī)程；素質(zhì)目標(biāo)有嚴謹?shù)穆殬I(yè)態(tài)度、規(guī)范的操作習(xí)慣、創(chuàng)新精神、團結(jié)協(xié)作精神、自主學(xué)習(xí)精神及溝通能力。

此核心課程以項目驅(qū)動教學(xué)開展課程教學(xué)，提升學(xué)生的職業(yè)能力，以具體自動化生產(chǎn)線為載體，融合認知、安裝、調(diào)試和檢測等內(nèi)容，實現(xiàn)教、學(xué)、做、評一體化教學(xué)，突出課程的職業(yè)性、實踐性和開放性。以學(xué)生為主體，采取多樣化教學(xué)方法。以自動化設(shè)備改造為工作過程，涉及電路圖分析、電氣圖設(shè)計、程序設(shè)計、設(shè)備組裝、設(shè)備運行調(diào)試、設(shè)備檢測、設(shè)備維護等行動領(lǐng)域，設(shè)置六個學(xué)習(xí)情境：零配件拆裝、傳感器檢測、氣路檢測、異步電機檢測、步進電機檢測、整體檢測調(diào)試，分成20個任務(wù)。

項目一：供料站的安裝，有機械拆裝、氣路拆裝、電器拆裝三個任務(wù)；項目二：加工站的安裝，設(shè)計任務(wù)有加工站組裝、光電傳感器檢測、限位傳感器檢測三個任務(wù)；項目三：裝配站的安裝，設(shè)計任務(wù)有裝配站組裝、電磁閥檢測、氣缸檢測三個任務(wù)；項目四 ：分揀站的安裝，設(shè)計任務(wù)有分揀站組裝、傳送帶的檢測、異步電機的檢測、變頻器的檢測四個任務(wù)；項目五：輸送站的安裝，設(shè)計任務(wù)有輸送站組裝、光纖傳感器檢測、機械手檢測、步進電機的檢測、溜板檢測四個任務(wù)；項目六：整體運行調(diào)試，有PLC控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、程序編寫、綜合調(diào)試三個任務(wù)。

2自動化生產(chǎn)線的教學(xué)方法與評價設(shè)計

2.1教學(xué)方法。

（1）講授法：講解項目任務(wù)，傳授項目任務(wù)相關(guān)的知識點，針對學(xué)生實施過程中出現(xiàn)的不足進行知識點的說明。

（2）現(xiàn)場教學(xué)法：在符合生產(chǎn)要求的工作環(huán)境中進行操作技能和維修應(yīng)用能力實踐，提高職業(yè)氛圍，在工作過程中提升學(xué)生的職業(yè)道德、職業(yè)素養(yǎng)和崗位適應(yīng)能力。

（3）任務(wù)驅(qū)動法：將教學(xué)過程融入項目任務(wù)中，讓學(xué)生自主討論分析實施，學(xué)生在工作過程中得到知識。

（4）小組討論法：學(xué)生每六～八人為一個小組，小組討論分析，討論解決，分工協(xié)作完成項目任務(wù)。

六步教學(xué)實施：明確任務(wù)、討論分析、制定方案、檢測故障、檢驗效果、總結(jié)分析。老師交代目標(biāo)，注意觀察和記錄小組對現(xiàn)象分析情況，解答學(xué)生提出的問題，對跟主題分析偏離太遠的小組予以引導(dǎo)，讓學(xué)生自行摸索，在后期對學(xué)生可能會引起事故或損壞設(shè)備和工具的異常操作給予糾正，最后老師組織小組進行故障排除工作匯報，互評，并對每組進行考核評價，再引導(dǎo)學(xué)生自行總結(jié)。

2.2評價設(shè)計。

課程采用過程考核與期終考核相結(jié)合、企業(yè)考核與校內(nèi)項目考核相結(jié)合、教師考核與學(xué)生考核相結(jié)合的多元化考核方式，利于理論聯(lián)系實際，有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)新和思考，更督促他們到實際中去發(fā)現(xiàn)和改進，去尋找合適自己的項目和課題。

課程考核為：校內(nèi)項目，企業(yè)，綜合實訓(xùn)三大類。當(dāng)堂課的考核有：教師考核、小組互評、小組自評；教師考核內(nèi)容為五項：任務(wù)分析情況，實施方案制定，任務(wù)完成質(zhì)量、分工協(xié)作精神、故障檢測手段、安全操作規(guī)范、小組總結(jié)。

和很多專業(yè)課一樣，多種教學(xué)方法和全面的評價方案，有效保證了教學(xué)效果。

3相關(guān)課教學(xué)

3.1電機與電氣控制的教學(xué)。

本課程以發(fā)電機為主題，以工作任務(wù)為導(dǎo)向，以工廠實用型電氣控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試與維護情景教學(xué)為主線貫穿全課程，用實物進行直觀性教學(xué)，使學(xué)生感性認識強，理性認識夠。

典型的教學(xué)任務(wù)有三相異步電動機全壓啟動、三相異步電動機長動控制、三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制、三相異步電動機延時啟動控制（或三相異步電動機Y-降壓啟動）、機械手控制等。

課程特色是學(xué)生充分利用所學(xué)知識、網(wǎng)絡(luò)資源、閑瑕時間作為期三個月的“繼電控制課程設(shè)計”。任務(wù)書要求能夠根據(jù)功能要求選擇個元器件的類型及其型號；了解個元器件的工作原理和使用方法；把各元器件連接起來實現(xiàn)本課程設(shè)計的要求。設(shè)計內(nèi)容和要求：兩臺電動機都存在重載啟動的可能，任何一級傳送帶停止工作時，其他傳送帶都必須停止工作，控制線路有必要的保護環(huán)節(jié)，有故障報警裝置。課程設(shè)計書要有課題介紹、題目、摘要、總體方案設(shè)計、設(shè)計目的、控制要求、設(shè)計要求、 硬件選型、主電路原理圖的設(shè)計、 控制電路原理圖的設(shè)計、重載保護電路設(shè)計、欠壓保護電路設(shè)計、總結(jié)。

3.2PLC教學(xué)。

PLC是可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）的簡稱，早期是一種開關(guān)邏輯控制裝置，隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，其控制核心采用微處理器，功能有了極大擴展，除了最廣泛的取代傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制的開關(guān)量邏輯控制外，還有過程控制，數(shù)據(jù)處理，通信聯(lián)網(wǎng)與顯示打印，PLC接口采用光電隔離，實現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。

PLC有5種編程語言：

（1）順序功能圖（SFC）。

順序功能圖常用來編制順序控制類程序，包含步、動作、轉(zhuǎn)換三個要素。順序功能編程法是將一個復(fù)雜的控制過程分解為小的工作狀態(tài)，這些狀態(tài)按順序連接組合成整體的控制程序。

（2）梯形圖（LD）。

梯形圖沿襲了繼電器控制電路的形式，是在常用的繼電器、接觸器邏輯控制基礎(chǔ)上簡化了符號演變而來的，形象、直觀、實用，電氣技術(shù)人員容易接受，要求用帶CRT屏幕顯示的圖形編程器才能輸入圖形符號，是目前用得最多的一種PLC編程語言。

（3）功能塊圖（FBD）。

功能圖編程語言是用邏輯功能符號組成的功能塊來表達命令的圖形語言，與數(shù)字電路中的邏輯圖一樣，極易表現(xiàn)條件與結(jié)果之間的邏輯功能。

（4）指令表（IL）。

采用經(jīng)濟便攜的編程器將程序輸入到可編程控制器就用指令表，使用的指令語句類似微機中的匯編語言。指令表程序較難閱讀，其中的邏輯關(guān)系很難一眼看出，所以在設(shè)計時一般使用梯形圖語言。如果使用手持式編程器，必須將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表后再寫入PLC，在用戶程序存儲器中，指令按步序號順序排列。

（5）結(jié)構(gòu)文本（ST）是文字語言。

編程語言的學(xué)習(xí)是PLC教學(xué)的一項重要內(nèi)容，中間加以不同的應(yīng)用實例：順序控制電路、常閉觸點輸入信號的處理，使用多個定時器接力定時的時序控制電路、三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路、鉆床刀架運動控制系統(tǒng)的設(shè)計，LED數(shù)碼管顯示設(shè)計，還經(jīng)常根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計梯形圖。

增加的學(xué)習(xí)情境還常有如下任務(wù)：洗手間的沖水清洗控制、進庫物品的統(tǒng)計、競賽搶答器裝置設(shè)計、彩燈或噴泉PLC控制；尋找數(shù)組最大值并求和運算、電熱水爐溫度控制等。

3.3單片機。

單片微型計算機就是將CPU、RAM、ROM、定時/計數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機。用于示波器、報警系統(tǒng)、移動電話、彩電等日常方面，在智能儀器儀表、工業(yè)控制、家用電器、計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域、醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域、工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域也都有廣泛應(yīng)用。

數(shù)據(jù)大都在單片機內(nèi)部傳送，運行速度快，抗干擾能力強，可靠性高，微型單片化集成了如看門狗、AD/DA等更多的其它資源。教學(xué)內(nèi)容以80C51為核心講授單片機的的引腳、存儲器組織結(jié)構(gòu)、典型語句，以實例應(yīng)用為線索：單燈受控閃爍、P1口外接8只LED發(fā)光二極管模擬彩燈、單片機做加、減、乘、除運算等項目。各子任務(wù)都作硬件電路及工作原理分析、主程序流程圖設(shè)計、源程序的編輯、編譯、下載、單片機的I/O接口分配及連接。

教學(xué)采用ISP-4單片機實驗開發(fā)板，可以完成大量的單片機學(xué)習(xí)、開發(fā)實驗，對學(xué)習(xí)單片機有極大的幫助。該板采用在線可編程的AT89S51單片機，有程序下載功能，可將編輯、編譯、調(diào)試好的單片機代碼下載到AT89S51單片機中。

3.4變頻器技術(shù)及應(yīng)用。

變頻技術(shù)讓學(xué)生熟練掌握各種電力電子器件的工作原理、主要參數(shù)、驅(qū)動電路與保護技術(shù)；掌握交-直-交變頻器、交-交變頻器、諧振型變頻的工作原理和應(yīng)用范圍；掌握脈寬調(diào)制控制、矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制等先進技術(shù)；了解變頻器與感應(yīng)電動機組成變頻調(diào)速系統(tǒng)、變頻器與雙饋電機組成調(diào)速系統(tǒng)、變頻器與同步電動機組成變頻調(diào)速系統(tǒng)，掌握電力電子電機系統(tǒng)的組成、工作原理、控制方法、運行特性等，是強電應(yīng)用和現(xiàn)代技術(shù)推廣的有力體現(xiàn)。

3.5傳感器與自動檢測技術(shù)。

傳感器技術(shù)代替人的感觀，在各種環(huán)境下應(yīng)用，檢測技術(shù)是一套有效的反應(yīng)體系，包括信息的獲得、測量方法、信號的變換、處理和顯示、誤差的分析以及干擾的抑制、可靠性問題等。因此掌握常用傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)、性能，并能正確選用，了解傳感器的基本概念和自動檢測系統(tǒng)的組成，對常用檢測系統(tǒng)有相應(yīng)的分析與維護能力。對工業(yè)生產(chǎn)過程中主要工藝參數(shù)的測量能提出合理的檢測方案，能正確選用傳感器及測量轉(zhuǎn)換電路組成實用檢測系統(tǒng)的初步能力。

教學(xué)過程進行小論文制作，讓學(xué)生提高計算機應(yīng)用水平，使學(xué)生從文字處理水平提高到辦公處理水平。對分節(jié)、目錄、文獻標(biāo)識作嚴格要求。題目如數(shù)字顯示電子稱、基于霍爾傳感器的轉(zhuǎn)速表、單片機電子秤研究、光纖測溫儀、煙霧報警器、小車尋跡設(shè)計、電熨斗自動恒溫系統(tǒng)、電渦流探傷、電感測厚儀等。

4畢業(yè)論文指導(dǎo)分析

畢業(yè)論文專業(yè)聯(lián)系實際，通常小型自動化系統(tǒng)以單片機為主，大型自動化生產(chǎn)線以PLC為主，系統(tǒng)運行動力離不開電機，觀察離不開傳感器，調(diào)速可用變頻器，綜合所學(xué)，學(xué)生的論文涉及廣泛，有效教學(xué)可對應(yīng)從如下方面?zhèn)戎刂笇?dǎo)。

4.1立意選題。

根據(jù)實際和研究方向做好側(cè)重和體現(xiàn)，如“觸摸屏控制的堿液配置系統(tǒng)”和“兩種液體混合裝置的PLC控制系統(tǒng)”的系統(tǒng)性和方向性，“車庫自動門的PLC自動控制”和“測速雷達信號處理系統(tǒng)”的檢測指標(biāo)要求等。

4.2材料整合。

在任務(wù)要求明確的基礎(chǔ)上，首先確定相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，對應(yīng)查找并列出論文結(jié)構(gòu)，一份畢業(yè)論文至少含有三到五門課的內(nèi)容，對應(yīng)于研究方向進行相應(yīng)編排和取舍。

4.3技術(shù)處理。

所搜集圖片的背景往往有水印，要去掉，圖片按要求進行不同方向的剪切。圖表里的文字應(yīng)是五號或小五，注意表格標(biāo)題要單獨標(biāo)出等等格式要求。流程圖、梯形圖的設(shè)計與表現(xiàn)。

多種教學(xué)方法和理論聯(lián)系實際教出具有學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的學(xué)生，系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用創(chuàng)造練就出具有競爭力的學(xué)生，專業(yè)課的有效教學(xué)和畢業(yè)論文的順利設(shè)計將顯示本專業(yè)沉甸甸的含金量。

參考文獻

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[3]李建新.《可編程控制器原理及應(yīng)用》，機械工業(yè)出版社，2012年9月

篇9

關(guān)鍵詞：汽車駕駛模擬器 回正力矩 單片機 直流電機

中圖分類號：TP391.9 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）06-0012-02

1 引言

駕駛員在汽車駕駛模擬器上不僅能實現(xiàn)實車駕駛上一系列操控動作，通過識景仿真系統(tǒng)體驗實車的感覺。集合了傳感器、計算機三維實時動畫、計算機接口、人工智能、數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)、多媒體等多種先進技術(shù)的汽車駕駛模擬器用于研究和訓(xùn)練時，可以模擬不同路況、天氣狀況，讓駕駛員獲得逼真的“路感”，以及以分析汽車的性能指標(biāo)。駕駛模擬器的在研究和訓(xùn)練中可以節(jié)省大量的自然資源，因此得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是車輛的重要組成部分。車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)四個階段[3]-[9]。方向盤回正力矩的仿真效果直接影響到汽車駕駛模擬器的真實感。過去采用特性彈簧或大型液壓元器件輸出力矩，不是仿真誤差太大，達不到動態(tài)仿真效果，就是造價太高不能只能用于科學(xué)研究而不能在日常生活中推廣[10]。近年來，隨著電子技術(shù)發(fā)展，電子元器件的成本大幅下降，使直流電動機作為回正力矩的生成部件得到廣泛的應(yīng)用。

2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計

驅(qū)動電路采用運動控制處理器LM629與運動控制H橋組件LMD18200構(gòu)成直流伺服系統(tǒng)，通過改變單片機的PWM占空比控制電機的輸出力矩。

3 串口通信電路

4 回正力矩的模擬

本系統(tǒng)通過直流力矩電機輸出力矩實現(xiàn)回正力矩的模擬。由于直流力矩電機輸出力矩與電流之間構(gòu)成正比關(guān)系，控制好直流電機電流的大小就能準(zhǔn)確的控制直流電機的輸出力矩。本系統(tǒng)回正力矩的模擬是通過單片機的PWM（脈寬調(diào)制）方式控制直流電機的平均電壓，選擇輸出力矩所需要的占空比，實現(xiàn)所需輸出力矩的控制。

5 回正力矩的計算

在計算機上輸入汽車車速和方向盤的轉(zhuǎn)角，算出方向盤上受到的回正力矩。計算機通過串口通信電路，將計算的回正力矩值傳送到單片機C8051上，單片機根據(jù)這個數(shù)值對直流電機發(fā)出控制指令控制輸出力矩。電機運行后，傳感器開始工作，將直流電機的輸出力矩反饋給單片機，單片機再將這一數(shù)值傳送給計算機，如果這個數(shù)值與計算值不在誤差范圍內(nèi)，計算機就通過PID算法實現(xiàn)調(diào)速，直到輸出值與計算值在誤差范圍內(nèi)。

6 結(jié)語

本系統(tǒng)以單片機C8051與運動控制芯片LM629處運動控制H橋組件LMD18200構(gòu)成直流伺服系統(tǒng)，通過積分分離型PID控制算法把輸出力矩控制在一定誤差范圍內(nèi)，提高了輸出力矩的精確度。經(jīng)實驗驗證，本系統(tǒng)力矩的輸出值與計算理論值非常接近，達到了方向盤回正力矩仿真的效果。

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篇10

論文關(guān)鍵詞：教學(xué)改革，單片機，實驗實訓(xùn)裝置

 

1.課程特點與教學(xué)現(xiàn)狀分析

《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程是高職電子類和電氣類專業(yè)的必修課，這門課程的特點是：實用性和實踐性強，一方面，單片機技術(shù)在生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域都有它的應(yīng)用，具有實用性；另一方面，學(xué)習(xí)這門課程必須重視實踐環(huán)節(jié)才能真正掌握這門技術(shù)，具有實踐性。但是專業(yè)教師在多年的教學(xué)當(dāng)中，感覺到傳統(tǒng)的單片機課程教學(xué)模式存在許多不足之處：

（1）理論講授以老師為主體。學(xué)生作為一個聽眾，被動地跟著老師走實驗實訓(xùn)裝置，普遍地感到課程抽象、難學(xué)，缺乏學(xué)習(xí)熱情。

（2）現(xiàn)在的大多數(shù)教材對單片機的原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、編程等內(nèi)容作了深入的介紹，但在如何應(yīng)用單片機進行系統(tǒng)設(shè)計方面的引導(dǎo)明顯不足，這就使得教材和教學(xué)活動有脫離實踐的傾向。

（3）在教學(xué)活動中，實驗和實踐環(huán)節(jié)未得到應(yīng)有的重視，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣，抑制了學(xué)生的創(chuàng)造力和學(xué)習(xí)上的主觀能動性。

（4）現(xiàn)在的實驗普遍采用實驗箱作為平臺，學(xué)生做實驗時動手進行連線的部分很少，導(dǎo)致學(xué)生動手機會少，做完實驗看到的只是一種表面現(xiàn)象，至于單片機工作電路的結(jié)構(gòu)和原理還是搞不清楚。另外，實驗箱做的實驗是一種仿真實驗，與利用單片機開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)還有很大的差距，學(xué)生做完實驗后，對單片機的實際開發(fā)過程還是不清楚中國期刊全文數(shù)據(jù)庫。

由此可見，傳統(tǒng)教學(xué)模式不能更好地適應(yīng)單片機應(yīng)用技術(shù)課程的教學(xué)，必須嘗試新的模式和方法。

2.課程教學(xué)改革的探索及實踐

2005年在學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和系領(lǐng)導(dǎo)的教學(xué)安排下，我們開展了教學(xué)改革試點工作。提出“以充分培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力為本位；以專業(yè)知識夠用為度”的原則來實施理論教學(xué)；通過教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用完成專業(yè)教學(xué)活動；經(jīng)過不斷實踐和完善實驗實訓(xùn)裝置，逐步構(gòu)建出了一套使高職學(xué)生能具備單片機應(yīng)用技能的課程培養(yǎng)方案，并在計算機控制技術(shù)專業(yè)05、06、07、08、09級十個班進行試點運行。結(jié)果是試點班級全部按照教改的各項內(nèi)容完成了《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程的學(xué)習(xí)，教學(xué)效果超出預(yù)期的想象。

2.1理論授課改革

根據(jù)單片機課程培養(yǎng)的主要能力，本著理論知識“必須、夠用”的原則重新構(gòu)建課程內(nèi)容，以“智能尋跡車”――作為教學(xué)的載體。“智能尋跡車”設(shè)計有運動系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、通信系統(tǒng)四大系統(tǒng)，具備自動行駛、自動識別、自動避障、數(shù)據(jù)處理和傳輸、液晶顯示等功能，涵蓋了單片機技術(shù)在工程中的常見應(yīng)用，可以培養(yǎng)學(xué)生的電路焊接及電子產(chǎn)品裝配能力、電子線路的檢測與調(diào)試能力、單片機硬件電路的設(shè)計和程序開發(fā)能力以及單片機系統(tǒng)綜合開發(fā)和創(chuàng)新能力。整個課程緊緊圍繞“智能尋跡車”功能開發(fā)與實現(xiàn)這一工作過程展開教學(xué)，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，將課程內(nèi)容重新構(gòu)建為實際產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)計過程。

2.2教學(xué)方法與手段設(shè)計

課程組在教學(xué)方法和教學(xué)手段上不斷下功夫。對于比較抽象的教學(xué)摘要以基于工作過程的任務(wù)驅(qū)動方式安排實踐操作任務(wù)，在指導(dǎo)學(xué)生實踐動手過程中，運用舉例法、演示法等各種教學(xué)方法。在課后，教學(xué)課件及視頻指導(dǎo)等資料全部在網(wǎng)絡(luò)上共享，方便學(xué)生查閱與練習(xí)。

2.3實驗實訓(xùn)改革

課程組教師自主研發(fā)了“FX-A單片機實驗實訓(xùn)平臺”、“Mini_51DIY編程開發(fā)系統(tǒng)”等一系列用于單片機課程教學(xué)的實驗、實訓(xùn)和開發(fā)裝置，自2005年以來，已經(jīng)歷了四次更新。

研發(fā)的單片機實驗開發(fā)板、單片機編程器等裝置是從事單片機技術(shù)應(yīng)用工作必須的開發(fā)工具。裝置具有重復(fù)性搭建單片機硬件電路、實現(xiàn)單片機應(yīng)用系統(tǒng)編程、調(diào)試、仿真等功能。裝置配備有詳細的使用說明和操作案例，編寫有實驗實訓(xùn)指導(dǎo)書。在教學(xué)過程中，學(xué)生人手一套實驗實訓(xùn)裝置，在一體化教室里完成單片機實驗、任務(wù)試驗、實訓(xùn)練習(xí)、自主創(chuàng)新開發(fā)等學(xué)習(xí)內(nèi)容中國期刊全文數(shù)據(jù)庫。在課后，學(xué)生可在網(wǎng)絡(luò)資源的指導(dǎo)下在學(xué)生工作室、電子協(xié)會及宿舍里使用裝置繼續(xù)進行實踐練習(xí)，寒暑假學(xué)生也可將裝置帶回家里學(xué)習(xí)。

學(xué)生一人一套單片機實驗實訓(xùn)和開發(fā)裝置，有效地打通了課內(nèi)與課外的界限，實現(xiàn)以學(xué)生為主體的教學(xué)思路。對實際工作任務(wù)可進行長時間的、反復(fù)的動手實踐，使能力為本位的教學(xué)得以較好地體現(xiàn)

2.4考核方式改革

課程考核以任務(wù)和項目為單元進行，每完成一個項目或任務(wù)，教師均根據(jù)每個學(xué)生的完成情況、工作態(tài)度、操作規(guī)范度和回答問題情況進行評價，期末結(jié)合理論考試成績給于整體評分。結(jié)合其它專業(yè)能力課程，畢業(yè)前，學(xué)生應(yīng)取得“電子儀器儀表裝調(diào)工”或“單片機設(shè)計師”職業(yè)資格認證（信息產(chǎn)業(yè)部電子行業(yè)職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心授權(quán)，由中國電子企業(yè)協(xié)會認證）。

2.5管理方式改革

為了保證課程改革的相關(guān)舉措能夠按要求進行，項目組成員規(guī)劃設(shè)計了該課程的學(xué)習(xí)管理方式。在學(xué)習(xí)進度管理方式上采用學(xué)生實踐任務(wù)進度公示的方案，對完成情況比預(yù)期慢的學(xué)生予以重點幫助，對實踐項目完成優(yōu)秀的作品進行展示，并鼓勵動手能力強的學(xué)生起帶頭示范作用。

2.6專業(yè)學(xué)習(xí)環(huán)境改革

學(xué)生的學(xué)習(xí)具有不可替代性規(guī)律和自主學(xué)習(xí)的原則，在此基礎(chǔ)上才能培養(yǎng)出具有更高創(chuàng)新能力的學(xué)生，為建設(shè)這樣的一個能激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新潛能的環(huán)境實驗實訓(xùn)裝置，我們制定了相關(guān)的獎勵措施，成立了學(xué)生興趣活動小組，并配備幾名指導(dǎo)教師，興趣小組經(jīng)常開展專業(yè)相關(guān)的技能展示，并組織小組成員利用專業(yè)知識服務(wù)社會，對有條件的實驗設(shè)備及實驗場所進行開放管理，鼓勵學(xué)生獨立開發(fā)實踐項目，提供條件讓學(xué)生自己來開發(fā)更多更好的實踐案例。

3.應(yīng)用效果與社會效益

經(jīng)過三年多的實踐教學(xué)，各項改革措施不斷深化和完善，教學(xué)效果十分明顯，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性高漲，學(xué)生在課程中的實踐項目完成情況比預(yù)期的要好，學(xué)生動手實踐能力提高很快。通過考核反映出學(xué)生掌握理論知識和實踐技能的效果比改革前大有提高。通過調(diào)查問卷，普遍對改革后的教學(xué)方式、管理制度等表示歡迎。學(xué)生普遍認為自己在這一門課程的學(xué)習(xí)過程中不但掌握了以前難于掌握的理論知識，更重要的是通過親自動手實踐提高了自己的動手能力和認知能力。

改革后的教學(xué)方式，使從事該課程的教師感受到了教學(xué)改革后帶來的優(yōu)越性，教師的教學(xué)工作效率得到了提升，理論授課實驗實訓(xùn)裝置，實踐指導(dǎo)環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量顯著提高，而教師的教學(xué)負擔(dān)反而減輕。這樣，教師有更多的時間投入到科研開發(fā)中來，有更多的時間來指導(dǎo)學(xué)生進行實踐操作，教與學(xué)通過改革與實踐很好的融合在了一起。

項目組開發(fā)的實踐裝置成本低、功能全、體積小巧、維護方便，能做到“人手一套”、“時時能練”、“處處能練”，配套開發(fā)的實踐項目案例越來越豐富，為該課程的教學(xué)改革工作創(chuàng)造了條件。多年的應(yīng)用表明，該實踐裝置的可靠性高，教學(xué)功能突出，非常適合我國高等職業(yè)教育中同類課程實踐教學(xué)的需要，具有大規(guī)模推廣的前景和價值中國期刊全文數(shù)據(jù)庫。目前，已有多家教學(xué)儀器公司有意向進行合作推廣，特別是上海大中教學(xué)儀器有限公司，不但積極吸吶我院畢業(yè)生，還提供資金與我們合作進行項目開發(fā)及使用推廣。

該課程的教學(xué)改革工作也帶動了其它課程的教改與實踐，為同類課程的教改工作提供了模板和示范作用。經(jīng)過大量的實踐動手，學(xué)生的綜合應(yīng)用能力顯著提高實驗實訓(xùn)裝置，畢業(yè)生也受到了多家用人單位的青睞。其中中船重工鄭州713研究所下屬的海神工程公司幾年中點名使用我專業(yè)的優(yōu)秀畢業(yè)生，認為學(xué)生能在工作崗位上很快接受實踐操作，動手效果好，做出的工程項目質(zhì)量過硬。

“千里之行，始于足下”，幾年來的教學(xué)改革與實踐讓我們倍嘗艱辛，更多的是感受到了教學(xué)改革的效果，也讓我們發(fā)現(xiàn)了教學(xué)改革中的新問題。經(jīng)過不斷的完善和實踐，建設(shè)一套能有效培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力的課程培養(yǎng)方案是完全有可能的。雖然我們個人的專業(yè)技術(shù)力量有限，但投身于高職教學(xué)改革的激情與信心是無限的。在學(xué)院各部門的支持下，只要大家共同努力，不斷實踐，不斷完善改進教學(xué)改革的各項內(nèi)容，必定能實現(xiàn)有特色的課程培養(yǎng)方案。

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