傳感器與檢測技術實驗室開放項目探索與實踐

李珍 何一文

摘? ?要：結合南陽理工學院傳感器與檢測技術實驗室開放項目——超聲波測距儀的設計與制作，了解掌握超聲波測距儀的的工作原理，實踐測距儀的硬件制作和軟件編程，調試整機的工作性能。激發學生的學習興趣，鍛煉學生的實踐技能、團隊協作及科技探索能力。提高實驗儀器設備的利用率，提升教師的實驗教學指導水平。同時也對高等學校實驗室開放項目的設置和實施進行了一些探索和研究。

關鍵詞：超聲波測距儀? 卓越工程師教育? 自主性? 實驗室開放

中圖分類號：TP212? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（c）-0087-02

1? 實驗室開放項目的意義

隨著社會經濟的騰飛與發展，應用型本科院校人才培養方案與社會與企業接軌勢在必行，國家對大學生的綜合能力的重視程度也日漸提高。我們學院的機械制造及其自動化專業是國家《卓越工程師教育培養計劃》的試點專業，“卓越工程師教育培養計劃”是我國從實際出發，結合自身國情和世界科技發展情況而制定的一項戰略政策。實驗室開放項目是我校基于校內內各實驗教學平臺而設立的，它在實踐教學改革和探索，學生工程創新意識提升，動手能力和團隊協作精神的促進方面具有很重要的作用。這項工作的實施意義與卓越工程師的培養目標與要求髙度吻合。同時開放實驗室項目能夠為學生提供更多的自主實踐的機會，使他們用所學的理論知識解決工程項目所遇到的實際問題，培養他們的創新和實踐能力同時也提高實驗儀器設備的利用率，優化了教學資源的配置。

2? 實驗室開放項目的設置

實驗室開放項目必須具有一定的設計性、綜合性和創新性，開放項目必須是在專業綜合理論指導下，通過以項目為驅動，以調動學生學習自主性創新性為目的，將課堂教學拓展到實驗室的第二課堂，讓學生結合專業發展及今后就業方向，在項目任務驅動下自主思考討論，自行研究設計，團隊協作完成。因此我校每年進行一次項目申報，專家組評審通過立項一批實驗室開放項目，這些項目到期學校會組織評委會檢查驗收，達到預期目標的可以結項。超聲波測距儀的設計與制作就是立項項目之一，本項目通過超聲波測距儀的設計與制作，鍛煉學生的動手能力，提高對專業知識的理解，檢驗和鍛煉大學生的科技實踐能力，充分體現學生在測量控制領域的創新實踐成果，加強大家的溝通能力和團隊協作意識，增強學生的責任心和自信心，培養學生的科學探索精神，提前踐行工程師的職業道德和職業能力。

3? 參與人員的選拔及分工

由于超聲波測距儀的設計與制作需要學生前期學習過《電工電子》、《測試技術》、《單片機原理及應用》等課程，因此參與的對象必須是大二和大三的學生，并且對項目感興趣，自愿參加、積極參與。通過調研和選拔最終決定四名學生參與這個項目，其中大二、大三各兩名，具體分工為大三學生完成總體方案設計和軟件編程調試，大二學生負責分布電路設計調試，元器件選購，電路板焊接，大家一起完成最終調試。

4? 項目的實施過程

4.1 培訓學習

由指導老師召集項目組成員學習實驗室安全條例及實驗室應急預案，并進行安全演練;學習實驗儀器設備操作方法;學習項目需要用到的硬件及軟件相關知識。

4.2 項目分工及時間安排

根據學生的自身條件及實驗室的教學任務合理安排各項工作的時間節點;由于實驗室開放項目的性質是為了鍛煉學生自主學習、獨立思考、提高創造性思維和探索精神，所以讓學生們自己明確目的統籌安排合作完成，能夠更好地激發學生的學習熱情和科技探索精神，鍛煉他們的創新性和工程意識。

4.3 定期檢查輔導

根據項目內容和時間節點的安排情況，每兩周進行一次項目組成員會議;指導老師跟蹤檢查各階段項目進展情況的同時，對學生在項目實施過程中遇到的疑難問題給出指導性的建議。

5? 項目內容及成果

5.1 項目內容包括以下幾個方面

（1）對超聲波測距儀產生的背景、發展歷程及應用現狀進行了深入的認識，根據使用現場環境及實際需求，最終選擇超聲波測距方案。

（2）分析了超聲波測距過程中由于溫度因素產生的誤差，并設計出誤差修正具體電路，采用溫度采集電路來補償溫度對聲速造成的影響，進一步提高了測量精度。

（3）電路中采用了聲光報警及數碼管距離顯示，直觀地測距儀與障礙物間的距離顯示給操作者。

（4）測距儀的報警電路采用光報警和聲報警來提示操作者在工作時，與障礙物的遠近問題。光報警采用不同顏色的發光二極管，來分別提示危險距離（紅色LED）、保持距離（綠色LED）、安全距離（黃色LED）。聲報警采用一個蜂鳴器，并通過一個PNP三極管9012進行聲音放大，當倒車時，車與障礙物之間的距離為危險距離時，蜂鳴器響，來提醒駕駛員注意安全。

5.2 開放項目的成果

該測距儀利用超聲波實現了非接觸性測距;采用DS18B20溫度傳感器實現了對系統的溫度測量和補償，并且根據理論計算公式在軟件中對聲速進行了補償校正，提高了測量的準確度。利用單片機控制可以達到很高的采集速率和精度，可以檢測到前方的障礙物，并顯示其距離，至危險區域后會自動報警。

6? 結語

通過實驗室開放項目的實施，實驗設備得到了充分的利用，學生能力得到了提高，教師的教學指導水平也得到了提升，總之這是一項多方受益的工作。更重要的是，讓學生體會到從理論知識到功能實現不是件簡單的事情，要想成為一名合格的工程技術人才必須用更多的理論知識和實踐經驗來充實自己、鍛煉自己，這樣才能在以后的工作中解決更多的實際問題，才能更好地為社會服務。

參考文獻

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