测控技术和仪器专业综合课程设计研究

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1、测控技术和仪器专业综合课程设计研究　　摘要：为加强测控技术与仪器专业学生的动手能力和实践经验，具有独立设计先进的仪器和自动测试系统的能力，开设了“综合课程设计”这门课。现以“智能电子秤”的设计为例，介绍如何逐步引导学生完成综合课程设计的一种具体做法，包括设计目标、设计要求、设计内容和实施方法等。实践证明，这些措施能激发学生自主学习的积极性，取得了较好的教学效果。关键词：单片机；电子秤；测控技术与仪器；课程设计作者简介：白洁（1968-），女，陕西西安人，西安交通大学电气工程学院，高级工程师。（陕西西安710049）中图分类号：G

2、642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）35-0085-028测控技术与仪器专业是由教育部在1998年把计量仪器、光学仪器、计时仪器、分析仪器、热工仪表、航空仪表、电子测量仪器等11个仪器仪表类的专业合并而成的，发展至今已成为一门实用性非常强的学科。[1]它专业口径宽，涉及知识面广，整合了多个专业方向的知识，主要包含了电子、机械、计算机等方面。测控技术与仪器专业综合课程设计是西安交通大学测控专业大学四年级必修的一门专业课程，旨在提高学生综合应用所学专业基础理论，独立设计、构建、调试仪器与检测系统的能力，强

3、化对仪器与检测系统工程的感性认识，培养学生在系统分析、设计、开发与研究等方面的基本能力。[2]一、综合课程设计实训方案测控专业综合课程设计被安排在大四的第一学期，是在所有必修课程和绝大多数选修课程学习完成后开设的，是对“模拟电子技术基础”、“数字电子技术基础”、“传感器原理及应用”、“电路分析”、“智能仪器”和“数字信号处理”等课程知识的进一步理解、巩固、加深和应用。测控专业综合课程设计共64学时，其中上课16学时，实验48学时。上课部分是由老师各用2学时把各自的研究方向、在研课题以及相关理论向学生进行介绍和讲解，学生再结合自己

4、的兴趣、能力选择课程设计的指导教师，教师以此为据分配课程设计的题目，提出具体要求，学生独立完成课程设计。指导教师和学生之间是双向选择，调动了学生自主学习的积极性。8综合课程设计是实践教学环节中除毕业设计的一次较大型实践训练，从元器件的选型到系统的构建以及放大、调理电路的选择与搭建、数据的采集及调试、接口程序的编制等全由学生自己去完成，而教师只起引导作用。这样，学生在完成实验后，不仅在系统设计能力、硬件选择能力和系统构建能力等方面大大增强和提高外，自信心和成就感也得到极大加强。[3]学生第一次遇到这种综合性强、设计的灵活性也较大的

5、实践项目，要在48学时内完成是有一定难度的。首先对实验室实行了开放式管理，学生可根据自己情况自主选择实验时间。其次，为了引导学生尽快进入课题，将设计目标细化，分为几个小目标，学生可根据自己的实际情况一步一步完成，最后进行综合。本文以选题之一的”智能电子秤”的设计为例，介绍其实施的具体方案。1.“智能电子秤”设计目标“智能电子秤”的设计这个项目虽然功能简单，但涉及了从传感器电路、信号处理电路到显示电路的整个测量系统组建的相关知识。通过该项目使学生掌握智能仪器设计的总体思路和方法，将所学的基础知识进行综合应用，理论和实践相结合，培养

6、学生的发现问题、分析问题和解决问题的能力。“智能电子秤”的设计目标：量程0～6.0kg，准确度1%，分辨力5g，输出方式为4位LED显示，并具有量程变换和超重报警功能。2.总体方案设计8根据设计目标，学生在查阅大量相关资料的基础上，采用模块化的总体设计方案。把“智能电子秤”的总目标分解为5个内容相对单一的小目标，包括了软硬件两大部分：查阅相关资料，确定智能电子秤总体方案；搭建活塞压力计YS–6、压阻式传感器及供电电路组成的传感器电路；使用protel对单片机C8051f020构成的信号处理及数码管显示电路进行硬件设计；使用C语言

7、进行程序设计，并使用keilc51仿真；对电子秤进行系统性能测试。智能电子秤组成框图如图1所示。测量系统的组建这部分内容是已经学习过的“电气测量技术“课程的核心内容，学生通过自主设计，结合相关的理论知识，就可以很好地完成这部分设计。通过实践验证了相关的理论知识，可以激发学生进行探索的积极性。3.“智能电子秤”硬件电路的设计由图1可知，智能电子秤由压力传感器、信号调理电路、具有AD转换功能的单片机和显示等4个部分组成。（1）压力传感器电路：选择的是实验室现有的由活塞式压力计YS–6、压阻式传感器及供电电路组成，其中压力计和传感器是

8、集成到一起的，可直接使用。（2）调理电路：包括差动全桥、放大电路和滤波电路三部分组成。与压阻式压力传感器8相配的调理电路采用恒流源供电的差动全桥，其中供电电流为14mA。单片机的AD转换基准电压是2.403V，而压阻式传感器的输出信号为–5～55mV，这就需要对