智能傳感器在教學實訓平臺開發中的應用研究

陳鑫洋

【摘 要】針對目前現代職業院校教學中教學實訓的設備功能單一、設備短缺、安全性能低等缺點，利用智能傳感器的優勢，探討智能傳感器在教學實訓平臺開發中的應用研究[1]，從而提高設備使用效率，解決設備不足的問題，有利于技能型人才的培訓。

【關鍵詞】教學實訓設備；智能傳感器；應用

中圖分類號： TP391.6；TU8-4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）31-0127-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.061

1 實訓設備在教學中存在的問題[2]

實訓教學是高職院校中一個重要的教學環節，對培訓高技能技術型人才起著關鍵的作用。教學設備是實訓教學中重要的載體，不同的教學課程的實訓設備也有所不同，目前主要存在以下幾個問題：

（1）實訓設備的功能比較獨立、單一。每一臺設備能夠完成的實訓任務很單一，可以培訓的任務較少，難以達到實訓效果。而且每臺實訓設備都是獨立工作，教師難以實時監控全部學生實訓的情況。

（2）實訓設備集成度不高。很多實訓設備雖然集成了多種電路功能，但是都是采用獨立式元件搭建而成，這樣電路故障率非常高，導致維修工作量大。

（3）實訓設備安全性低。由于實訓設備采用的是獨立元件搭建而成，很多元件都是裸露安置，在實訓過程中，如果學生稍微不小心或操作不準確，就很容易觸摸到，可能會造成元件短路損壞，甚至出現安全事故。

（4）實訓設備的采集的數據難以統一監測，而且數據精度低。借助網絡與實訓設備結合，可以實時對數據進行監測，而且采用獨立元件構成的傳感器電路，需要教師一一查看，不僅效率不高，獲得的數據精度也不高。

2 智能傳感器

智能傳感器是一種配有單片機處理器，集成了采集、處理、交換等功能于一體的傳感器，具有精度高、可靠性好和穩定性高、分辨力高、自適應性強、性價比高和集成功能多的優勢。

由于智能傳感器集成度高，一般都集成了通信協議的接口，方便使用。目前智能傳感器的主要通信協議有：I2C總線、單總線（1-WIRE BUS）、SPI總線（Serial Peripheral Interface）、ModBUS總線、CAN總線（Controller Area Network）和PROFIBUS總線（Process？Field Bus）等，實際應用中可以根據需要，選擇適合的通信方式，簡化設計的步驟。

在實現的方式上，智能傳感器主要有非集成化實現、集成化實現和混合實現三種。目前國內外有不少產品都采用了非集成化實現方式，集成化的智能傳感器具有高自適應性、高精度、高可靠性與高穩定性[3]，是智能傳感器的最高級形式；根據設計的需要或者可能，可將系統各個集成化環節以不同的組合方式集成在芯片上，就是混合方式。

3 智能傳感器在教學實訓平臺開發中的應用[4]

3.1 硬件連接和接口方式

一間教室的實訓設備根據教學需要一般都由30-60套設備組成[5]。為了能夠組成一個檢測系統，可以采用現有PC機和智能傳感器來組成一個檢測系統。檢測系統監控端和控制端組成，監控端主要用于完成數據的計算和處理，并通過硬件設備完成人機交互的功能；控制端設備是系統的核心，主要設備是智能傳感器，兩者之間的通信可以采用RS-485總線。考慮到系統PC機的通信接口是232串口。為了能實現一對多的通信，我們可以采用RS-232/RS-485型通信接口轉換器實現，具體如圖1所示。

在選擇智能傳感器時，選用具有Modbus協議通信的選擇智能傳感器或者可以自行開發傳感器。之所在選MODBUS協議，是因為此協議具有結構簡單、偵錯能力強、數據傳輸量大等特點。在數據通信時，只需要指定的智能傳感器的地址，就可以實現數據間的通信。每個智能傳感器的地址都是唯一的，在數據通信時，只有發送的地址與本身的地址一致時方能進行數據通信。

3.2 軟件實現方式

由于每個智能傳感器都有其固定的地址，因為PC機要間隔地向連接到總線上的智能傳感器發送指定的地址和操作指令，當智能傳感器接收到與本身地址一直的指令時，就會向PC機發送數據。PC機定時向智能傳感器發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" '地址碼

tbisend（1） = "&H03" '功能碼 讀寄存器

tbisend（2） = "&H00" '起始地址高位

tbisend（3） = "&H00" '起始地址低位

tbisend（4） = "&H00" '寄存器個數高位

tbisend（5） = "&H05" '寄存器個數低位

tbisend（6） = "&H84" 'CRC高位

tbisend（7） = "&H2B" 'CRC低位

MSComm1.Output = tbisend

ElseIf Temp = 2 Then

ybisend（0） = "&H04" '地址碼

ybisend（1） = "&H03" '功能碼 讀寄存器

ybisend（2） = "&H00" '起始地址高位

ybisend（3） = "&H00" '起始地址低位

ybisend（4） = "&H00" '寄存器個數高位

ybisend（5） = "&H05" '寄存器個數低位

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傳感器，具體的流程如下：

PC機接收到數據進行分析后顯示、處理和存儲。

3.3 應用情況

使用此方法應用到傳感器技術的課程中，用于采集直流或交流電壓、電流等，能夠得到良好的效果。而且數據采集穩定、準確度高，能夠滿足實訓教學的要求，達到良好地實訓效果

4 結論

本文分析了實訓教學過程中實訓設備存在的相關問題，并從智能傳感器的優勢角度出發，研究了智能傳感器的硬件連接和接口方式、采用的協議和軟件的實現方法，設計并應用到傳感器技術課程的實訓中，取得了良好的實訓效果。

【參考文獻】

[1]黃瑩.智能傳感器的應用及其發展[J].科技創新與應用，2016（07）：99-99.

[2]羅品.高等院校實訓教學管理探究[J].太原城市職業技術學院學報，2017（06）：39-40.

[3]丁露 梅恪.智能傳感器在物聯網領域中的應用[J].信息技術與標準化，2010，（08）：22-25.

[4]高同輝 劉東曉.智能家居實訓平臺開發與應用[J].實驗技術與管理，2015，（07）：168-172.

[5]田曉.職業院校實訓設備的合理配置與科學使用[J].湖南工業職業技術學院學報，2011，（03）：90-91.