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单片机课程下的实践性实验设计

2019/08/16 阅读:

摘要:随着我们社会科技的发展,智能化的生活和智能化的设备成为越来越多人的关注热点。基于单片机课程实践性强的特点,采用51单片机设计一款智能晾晒衣架。在实验实施过程中发挥学生的综合知识应用能力,充分调动学生的学习积极性,提升学生的动手实践能力。在课程评价上采用师生、生生之间的多种评价机制,完善课程体系。本实验涉及的实验操作简单,可以作为高等学校单片机基本课程实验的有益补充,增加学生对单片机课程内容的兴趣和提高学生对应用单片机的工程化意识。

关键词:单片机;实践性实验;智能晾衣架

一、引言

单片机课程实验设计是该课程实践教学的一个重要环节,不仅可使学生巩固理论所学的概念、原理、设计方法,提高学生分析问题解决问题的能力以及动手实践能力,同时培养学生的工程项目开发能力和创新能力[1-2]。随着我们社会科技的发展,越来越多的人们希望能够活在智能化的生活里,对智能化的生活也是充满了向往之情。近年来,在各国科技创新的努力下,我们的社会还有我们居住的环境即将成为一个方便快捷智能化的大环境。目前,我们平时所使用的家电已经在逐步完成一系列的智能化,我们在公共场所见到的,被服务到的设施也是充满了智能化,智能化的发展能够带给我们便利并且节约很多社会资源。本实验所设计的智能晾衣架能够达到智能晾衣架所需要的智能化目标,实现真正的智能化晾衣。并且它还有很多的优点,比如说占地面积小,操作简单方便,外形简洁得体,成本经济实惠。除此之外,实验设计还可以运用红外遥控来完成人工升降的操作。本实验设计所涉及的实验操作简单,可以作为高等学校单片机基本课程实验的有益补充,增加学生对课程内容的兴趣和提高学生对应用单片机的工程化意识。

二、整体系统的实验设计

本实验涉及的智能晾衣架设计在控制方面主要是采用STC89C51单片机完成的。在工作的时候,通过光敏电阻与DHT11温湿度传感器等元器件来检测外界空气中的光线照射情况与湿度情况,然后将自己检测到的信息传送到单片机上,单片机经过之前设置好的参数进行对比,来确认步进电机是需要进行正转操作还是反转的操作,从而完成智能晾衣架的功能。图1所表示的是对于智能晾衣架的总系统设计框图。

(一)基本控制系统本系统逻辑功能简单,由于大部分的学校均有开设关于51单片机专业的课程,学生比较熟悉其功能与基本知识,而且51单片机的价格相对于Arduino等芯片来说要便宜不少,并且功能齐全。因此使用ST-C89C51这款单片机来作为我们所设计的系统上的一个主要的控制器。

(二)DHT11温湿度传感器我们选择使用DHT11温湿度传感器来作为检测空气中湿度的元器件,因为这款传感器使用的是单总线方式,这样做的好处在于它可以把系统的集成变得更为简单和快捷,它的特点不仅如此,卓越的可靠性以及长时间的稳定是这款传感器的一大特色。这款传感器的组成也不复杂。DHT11温湿度传感器的测量范围广泛,测量的相对湿度是在百分之二十到百分之九十相对湿度这个范围之间,测量的摄氏温度在零到五十摄氏度这个范围之间。温度的测量精度大约为±2.0℃,湿度的测量精度大约为±5.0%RH。本模块之所以会采用它,也是因为这款温湿度传感器的优点很多,其中响应的速度快,还具有很强的抗干扰性。它对于信号的传输距离可以达到二十米以上。

(三)光敏检测电路在光敏检测模块里,实验主要使用光敏电阻来完成在光敏检测模块部分采集到光线照射情况强弱的任务,利用它的感光特性并且配合好DHT11温湿度传感器来判断出实验中所处环境天气的好坏,以达到适合不适合把衣服拿出来晾晒还是需要把衣服给收回去的情景模拟,这样便可以根据天黑天晴的情况来实现控制步进电机的升降操作,从而完成实验设计的智能晾衣架所需要实现的功能。

(四)电机驱动电路ULN2003A是由美国TexasInstru-ments公司和美国Sprague公司生产的。7组达林顿晶体管阵列以及相应的电阻网络和钳位二极管网络共同构成了ULN2003元器件。它的优点是十分的强大:它能够同时完成7组负载的驱动操作,为单片双极型大功率高速集成电路[3]。

三、实验考核体系的构建

(一)实验效果的验证将学生根据实验要求搭建的电路板进行通电测试,可以充分验证学生是否完整地完成了实验的全部内容。我们可以通过几步操作根据测量和控制对应的结果对学生的作品进行验证。如图2所示,我们打开电源开关,经过DHT11温湿度传感器检测到我所在的寝室里湿度值为70,红色小灯亮起代表为处于自动模式下,此时的湿度值小于我们所设定的参数,并且光照充足,绿色小灯亮起代表电机处于正转情况。图3湿度高且没有光照电机反转如图3所示,我们用喷雾喷一些水汽,使得湿度值变高,经过DHT11温湿度传感器检测到的湿度值95,用一张卡片遮住光敏电阻挡住光源,红色小灯亮起代表为处于自动模式下,此时的湿度值大于我们所设定的参数,而且光线被挡住了处于黑暗的情况,黄色小灯亮起代表电机处于反转情况。

(二)实验课程的评价体系单片机实验课程的教学,一般是采用在教师指导下,学生实验以基本设计目标为主,自主发挥实验相结合的方式进行。单片机实验课程是一门理论性、实践性和技术性都很强的课程,因此对于本课程实验达成目标一定是多样的。采用实践性设计该课程的实验并对学生的实验结果考核评价,既需要评价学生掌握学科知识的情况,又需要评价学生实验操作的技能,还需要评价学生综合运用知识的能力,更需要评价学生的创新意识等等。因此,要求考核评价内容要尽可能全面,这样才能真实反映学生该课程的具体掌握情况以及体现教学过程参与主体的多元性。并且教师、学生都参与评价,可使师生、生生之间得到更多的情感交流,增进团结,关注合作,促进学生共同进步。本实验评价采用教师评价(占60%),学生的自评(占40%),这样的评价方式既可提高学生对评价结果的认可程度,还可促进学生反思,提高他们的反思能力[4]。

四、结语

采用51单片机设计一款智能晾晒衣架,并以此设计带入单片机课程实验中去。在实验实施过程中发挥学生的综合知识应用能力,充分调动学生的学习积极性,提升学生的动手实践能力。在课程评价上采用师生、生生之间的多种评价机制,完善课程体系。本实验涉及的实验操作简单,可以作为高等学校单片机基本课程实验的有益补充,增加学生对课程内容的兴趣和提高学生对工程化应用单片机的意识。

【参考文献】

[1]袁明新,申燚,王琪.单片机能力培养的实践教学体系构建及实施[J].实验科学与技术,2014,12(3):72-75.

[2]葛浩,林其斌.单片机课程设计教学改革与实践[J].实验技术与管理,2011,28(10):138-140.

[3]万天才.高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品及其应用[J].国外电子元器件,2001(2):19-21.

[4]冯小安.实践教学评价指标体系的构建与实施[J].中国电力教育,2010(13):125-126.

作者:王一  吴竹晶 单位:贵州大学大数据与信息工程学院

单片机课程下的实践性实验设计

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