仿真軟件和實驗儀器相結合的傳感器教學改革

楊 柳

（湖北廣播電視大學，湖北 武漢 430073）

仿真軟件和實驗儀器相結合的傳感器教學改革

楊 柳

（湖北廣播電視大學，湖北 武漢 430073）

針對高等院校傳感器傳統教學中存在的問題，提出了使 Proteus軟件進行傳感器教學設計，并結合實驗儀器的教學方式，詳細分析了 Proteus在傳感器課程的課堂教學，實驗儀器的應用特點，通過實例說明了Proteus軟件和試驗箱的傳感器設計及調試方法。

傳感器教學；Proteus軟件仿真；實驗箱

傳感器是機電一體化中各種設備和裝置的“感覺器官”，它將各種各樣形態各異的信息量轉換成能夠被直接檢測的信號。在當今信息社會的時代，如果沒有傳感器，現代科學技術將無法發展。傳感器在機電一體化系統乃至整個現代科學技術領域占有極其重要的地位。為了適應這一時代發展的需要，全國各大中專院校及各類職業技術學校都相繼將傳感器教學納入教學任務，作為電子、電器、測控以及工業自動化類專業的一門必修課。它能使學生掌握傳感器與自動檢測技術的基本知識，成為具有高素質的高等技術應用性專門人才。

筆者經過不斷的嘗試摸索，探索出了一些提高教學效果的授課模式，即仿真軟件和實際操作相結合的教學模式。學生可以利用Proteus軟件自己設計電路，完成一些傳感器的基本功能，并通過傳感器試驗儀更形象的了解電路的結構和傳感器的工作原理。

一、仿真軟件在教學中的應用

Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發的電路分析與實物仿真軟件，該軟件是一款集單片機和 SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。

在傳感器的課堂教學中，引入Proteus有著重要的意義。首先，傳感器是個實用性比較強的課程，書本上的實例僅僅對電路做了分析，不能看到實際的效果，教師可利用Proteus設計與書本上實例相應的電路圖來，在講授理論的同時進行效果演示，增強教學的生動性。其次，采用Proteus便于教師針對系統的各功能部件進行講解，增強教學的直觀性。使用Proteus教學，教師可將系統中的各功能模塊單獨放大出來供學生觀察，便于講解各功能模塊的作用，并進行功能演示，可使學生對各功能模塊的作用了解得更詳細，并且對于設計一個完整系統的各步驟有更清晰的認識。再次，課程設計是學生走向就業的重要實踐環節。由于Proteus提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設計的靈活性、提供了實驗室在數量、質量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養學生實踐精神、創造精神的平臺。

Proteus對改進實驗教學也起著重要作用。使用 Proteus開發環境對學生進行培訓，在不需要硬件投入的條件下，對單片機的學習比單純學習書本知識更容易接受，更容易提高。實踐證明，在使用 Proteus 進行系統仿真開發成功之后再進行實際制作，能極大提高單片機系統設計效率。

二、實驗儀器的作用

CSY型傳感器技術實驗儀是根據傳感器的教學大綱，綜合多所院校老師的教學意見開發的傳感器系列實驗系統。主要用于各大、中專院校及職業院校開設的《傳感器原理及技術》、《自動化檢測技術》、《非電量電測技術》、《工業自動化儀表及控制》、《機械量電測》等課程的實驗教學。CSY型傳感器技術實驗儀采用的大部分傳感器雖然是教學傳感器，但其結構與線路是工業應用的基礎，希望通過實驗幫助廣大學生加強對書本知識及實驗原理的理解，并在實驗進行的過程中通過信號的拾取、轉換、分析，掌握作為一個科技工作者應具備的基本的操作技能與動手能力。

CSY型傳感器技術實驗儀內含15 種傳感器，基本涵蓋了高校教學大綱中要求掌握的所有傳感器。各單元部件及變換處理電路的多種組合可以進行幾十種傳感器的實驗；在外配雙線示波器的情況下可以進行多種動態演示實驗。實驗編排的層次從易到難、從靜態到動態、從驗證型到應用型，力求做到通俗易懂，貼近人的認知過程。學生在實驗之前應對相應實驗內容進行預習，實驗完成后根據原始記錄進一步加深對實驗原理的理解，力求完成實驗后對所有的傳感器能有全面的認識。

三、仿真軟件和實驗儀器相結合的應用實例

以一個教學實例為例，來說明Proteus和實驗儀器在傳感器實驗中的應用。這個實驗主要利用單片機、LCD顯示器、A/D轉換器、發光二極管與壓力傳感器mpx4115來設計溫度報警器。該設計首先由用 mpx4115傳感器來檢測壓力參數，adc0832進行模數轉換后，利用AT89C51進行數據處理后送液晶顯示壓力值，還可以進行壓力上下限報警。當壓力超過極限壓力時，發光二極管報警燈也會相應地閃爍，發出燈光報警提示。首先讓學生利用Proteus軟件繪制詳細電路圖后，在Kell C51集成開發環境下編制程序，再編譯、調試，調試通過后生成一個后綴名為.hex的十六進制文件。最后選中Proteus仿真圖中單片機AT89C51的圖標，單擊鼠標左鍵后打開一個對話框，在對話框中找~Program File選項，點擊載入hex文件，然后點擊“OK”就設置好了。如要開始仿真，只需點擊界面左下方的“Play”鍵，即可觀察效果。然后在利用實驗儀器觀察真實的實驗現象，驗證仿真結果，這樣既提高了學生們的興趣，又讓學生們更深入的了解電路的內部結構，鞏固所學知識。

四、結語

傳感器的學習是一個比較抽象的學習過程，雖然通過真實的實驗能提高學生們的學習興趣，但是所做的實驗一般都是一些驗證性實驗，實驗教學效果不理想。而利用 Proteus軟件可以直觀地通過電路仿真設計，了解傳感器的每一部分，更深刻的認識傳感器。

[1] 常健生. 檢測與轉換技術[M]. 北京：機械工業出版社，2001.

[2] 馬忠梅，籍順心，等.單片機的C語言應用程序設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，1999.

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