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电路设计实训总结

时间:2023-02-17 07:07:19

电路设计实训总结

第1篇

全国大学生电子设计竞赛至今已成功举办了十余届,参赛学校和学生逐年递增。各省、市积极配合,大力宣传,也成为每年对各高校的教学成果的一次检阅标志。

2培训学生的选择及参赛选手的选定

首先,新生入校后,对其大力宣传大学生电子竞赛的目的和意义,让学生树立信心。以自愿和培训指导团队教师推荐方式相结合进行广泛、初级选拔。在指导老师的培训下,对一些理论扎实,善于动手,具有创新能力的学生进行全方面进培养。在参赛的五至六个月前,从众多的培养学生中再次选择写作水平较好的,理论和电路设计制作能力强的三人小组参加全国大学生电子设计大赛的培训。在报名参赛时,选择一个最佳小组队伍参赛。

3培训内容

全国大学生电子设计竞赛分本科组和大专组。纵观历届全国大学生电子设计竞赛题目类型:有电源类、信号源类、高频无线电类、放大器类、仪器仪表类、数据采集与处理类和控制类七大类。其知识范围广,涉及电子技术、传感器应用、电机控制、电子测量、单片机应用、电子CAD技术等内容。培训具体内容包含以下一些内容:A/D、D/A转换器,专用集成放大器,信号变换电路,开关电源知识;各种集成传感器,霍尔元件等及传感器调理电路知识;混频器、模拟乘法器,锁相环,锁相频率合成器,DDS技术知识;各种交、直流电动机的控制,驱动电路的设计知识;各种计量电路、测量电路等测量知识;单片机最小系统设计,仿真软件的使用知识;电子CAD、电子电路辅助设计软件进行电路图绘制,PCB板图设计,EDA技术应用知识等。电子系统的基本方法、制作步骤,硬件、软件设计,制板装配,调试与测试等知识;电子设计竞赛设计总结报告写作的方法与要求等。

4培训方式与方法

高等职业院校的学制为三年,时间紧凑,为了能使培训工作顺利进行,通常采用课外分散培训和短期集中培训相结合方式进行。

4.1课外分散培训

常设一个实验室,配有齐全的电子测量仪器和设备,常年对培训学生开放。按学生的层次不同,分别制订培训计划,周一下达培训设计内容,周末检查。指导老师每周按时对学生指导,采用老带新的方法。新生的培训从基本技能开始,进行一些常用电路安装、调试培训,由浅入深。老生的培训则采用个人和小组相结合的方法进行,培训、设计制作的内容相对复杂、难度较大。定期下达一个与全国大学生电子竞赛试题难度相近的电子系统设计制作任务,指导老师定时进行检查指导。

4.2暑期集中培训

对参加每年一届的省级竞赛的同学,其培训时间一般为期2-3个月,其中用一个月时间对常用电路设计知识进行培训。每周进行2次校内模拟竞赛,电路设计难度和制作时间与省级历届的题目相近。对参加每两年举行一届的全国小组竞赛的学生,其培训时间一般为3-5个月,充分利用暑期进行培训。要求每小组分工合作进行资料查阅,电路系统设计,程序设计,电路安装、调试,设计报告等工作。培训后2个月,每2周进行一次模拟竞赛,进行电路设计制作,充分提高各小组成员的协作能力。

4.3加强培训指导教师团队建设

学校建立大学生竞赛培训指导教师的培育与团队建设中心。在竞赛组织方面,通过开展各种形式和规模的研讨,集体讨论竞赛大纲、编写培训教材、完善培训方式。通过培训指导教师的共同参与,确定培训目标、内容及定位。支持培训指导教师开展各项科研工作,以教学为基础,以科研促进教学,全面提升竞赛水平。

4.4竞赛技巧培训

设计总结报告的撰写能力培训。竞赛最后提交的成果形式除设计作品之外还有设计总结报告部分。其撰写质量直接关系着竞赛的成绩,进行技术设计报告的规范性训练是很有必要的,包括结构安排、格式、文法与表达等。资料查阅能力培训。电子设计大赛涉及面广,哪些信息对竞赛更有效与有用,以及如何选择信息。进行资料查阅能力的培训,让学生明确自己需要的和必须掌握的信息,将对培训工作起到事半功倍的效果。团队协作能力培训。要求队员充分发挥聪明才智、群策群力、默契配合,要求队员平时在学习上和生活上都能相互帮助、团结协作,便于竞赛时能有条不紊。

5结语

第2篇

关键词:实验实训室 电源总控台 安全防护

如何管理好不断增加的实验实训设备,使其充分发挥良好的教学效果,是职业院校管理者和教师值得研究的重要课题。在职业院校实验实训室建设中,电源总控台的设计是建设中的难题,因为一般实验实训设备制造厂不提供电源总控台,然而,电源总控台在实验实训教学中起着重要作用,是安全、有效实施教学的重要保障。

据调查,目前职业院校的电源总控台大致分两种情况:一是没有专门的电源总控台,以装在实验实训室墙上的配电箱代替,只起到电源引入作用,教师难以监控学生在实验实训操作台上的用电情况,存在着严重的安全隐患,触电事故时有发生。二是部分学校实验实训室虽然装有独立的电源总控台,但没有对实验实训操作台进行单独控制或分路控制,没有对线路的短路、过载、漏电等原因引起的故障进行综合保护,保护系统很不完善。下面笔者根据实际经验,设计一款安全可靠的实验实训室总控台,供同行分享。

一、设计技术要求

学校电工电子实训中心新建一个电气控制综合实训室,已从某教仪公司购买实训操作设备28台,56个操作工位,但无电源总控制台,技术参数要求如下。

1.电源输入

三相五线供电AC 380V ±10% 50Hz,最大进线电流:60A(阻性负载)。

2.电源输出

每路输出为三相五线供电AC 380V ±10% 50Hz,共28路,每路最大出线电流:2A(阻性负载)。

二、设计方案

1.设计思路

首先要考虑供电电压,本实训操作台有的设备需要220V供电,而有的需要380V供电,另一方面还要考虑电源负荷大小,这是电源接线时必须考虑的因素之一,以免影响仪器设备的正常使用。另外,在设计上必须考虑到安全可靠、工作稳定、操作方便、交互性强。所以本设计采用三相五线制供电,保护接零可靠,有急停保护开关,短路保护,欠压、失压保护,漏电保护等多功能保护系统,及时监控实验实训中的送电和用电情况,采用桥架走线,为避免不同负载之间的互相干扰,电源线分管敷设。控制路数要考虑设计余量,根据需要增加到30路。

2.控制线路设计

基于上述设计理念和技术要求,线路如图1所示,其工作原理如下。

(1)供电控制。该电源控制平台只要有380V电压进入,则三个电压表就会显示进来的电压值,如果三相压正常,则允许送电。合上电源总开关ZRCD1,则整个系统可以启动,按下启动按钮SB2,则控制整个系统工作的交流接触器KM得电吸合并自锁,此时三相电源指示灯HL1、HL2和HL3点亮;合上控制系统控制电源总漏电保护开关ZRCD2,单相电源指示灯HL4点亮,控制30路工作台允许接通电路。此时,若1号工作台需要供电,则旋转SA1处“开”状态,交流接器KM1得电吸合,KM1主触点闭合,将电源送到1号工作台,同时红色发光二极管点亮,代表送电正常,如果1号工作台要用电,则推上1号工作台上的漏电开关FZCD1即可,此时,绿色发光二极管点亮,代表1号工作台已经合上FZCD1了,表明1号工作台正在用电。其余29路工作原理与此相同。

(2)断电及保护控制。当需要切断1号工作台的电源时,只要在电源总控台上将旋钮SA1处“断”状态,交流接器KM1失电释放,KM1主触点断开,1号工作台断电,同时红色发光二极管熄灭,代表停止送电,其余29路原理相同。当某工作台上用电出现故障,则可以直接按下急停开关,交流接触器KM失电释放,所有的工作台断电,从而保护设备和人身安全。当电压不吸或然后停电时,接触器KM则断电释放,可以起到欠压和失压保护。本电源总控台装有总的漏电保护开关,当某工作台上发生短路、触电或其他漏电情况,万一工作台上的漏电开关拒动,则总的漏电开关ZRCD1自动跳开,防止短路、触电事故的发生,可起到后备保护,如果总控台上单相控制电路发生短路、触电或其他漏电情况,则单相漏电开关ZRCD2自动跳开,同样可防止短路、触电事故的发生。

3.控制台面板设计

本实验实训室总控台使用了30个旋钮,30个红色发光二极管,30个绿色发光二极管,2个漏电保护器,4个电源指示灯,3个电压表,1个启动按钮,1个急停按钮,本控制台面板布置框图,如图2所示。

4.控制台侧面板设计

为方便连接多媒体等设备,进行设备测试和检修,在控制台的侧面还装有三个单相三孔插座,一个三相四孔插座,如图3所示。

5.保护接地(零)系统的设计

实验实训室的接地一般分为工作接地、保护接地(保护接零)、防雷接地和防静电接地四种。工作接地是指保证供电系统稳定工作以及交流和直流电源系统提供的接地,要求三相变压器输出绕组接成星形接法,其中性点直接接地来实现;保护接地(或接零)是为保障人身及设备安全而设置的接地或接零,在绝缘损坏或漏电等故障条件下才发生作用,要求实验实训设备或电源总控台的金属外壳与接地桩或保护零线有良好的电气连接,如果与专用接地桩连接叫保护接地,与保护零线连接叫保护接零,三相五线制供电有专用保护零线;防雷接地是为保证建筑物防雷装置可靠工作而设置的接地;防静电接地是为防护静电、防护电磁干扰等的接电。根据《科学实验室建筑设计规范》和本实验实训控制台设计技术要求,本设计应重点关注在保护接零的设计和施工上,要确保每一个工作台上设备和电源总控台的接地电阻小于4Ω,采用TN-S配电方式,分别设置零线和保护接地的汇流排,即零排和地排,并标志清晰,各工作台的保护接零线要并联连接于地排上,并要求专用保护零线(PE线)与地排必须可靠相联,导线采用黄绿相间的多股铜芯线,线径一般要求与相线一致,压接线要采用“O”形的接线鼻子,以防脱落,排列整齐,连接牢固。

6.主要元器件规格选择

参照《低压开关设备和控制设备》(GB14048.5-2008)等相关技术标准,结合市场产品的可靠性和性价比,选择本电源总控台的主要元器件,主要元器件的型号和规格见表1。

三、效果评价

1.主要优点

(1)安全可靠、操作方便,采用三相五线制供电,紧急停止控制、具有短路保护,欠压、失压保护,漏电保护。采用转换开关进行各工作台控制,并带有送电指示和用电指示,交互性强。

(2)安装简单、维护方便,采用交流接触器集中远程控制,设置端子排,引出线接线简单、检查容易。

(3)监视清晰、观察方便,采用三个电压表对供电线路的三相电压分别进行测量,能够分别对各电路的电压进行观测。

(4)性能稳定、抗干扰强,采用1.5mm、2截面以上铜导线直接连接到工作台,没有弱电部分,不会产生误动作。

(5)按需连接、灵活组合,由多组分控台组合,各组分控台与总电源控制组采用航空行连接,适合实验室使用。

2.缺点及改进思路

本电源总控制台只适用于教师在讲授时都切断学生实验实训台的电源,当学生连好电路经教师检查无误才给学生实验实训台供电情况。但是当教师指导学生人数较多时,则难以有效组织,教师不得不频繁往返于学生实验台和总控台之间,增加了教师的工作负担。今后考虑用远程遥控和智能集成控制的设计加以完善。

经过笔者单位三年的使用证明,这是一款安全可靠的多功能实验实训室电源总控台,非常适用各类学校、特别是职业院校的实验实训操作台的电源总控制及保护,也适用于企业有多个操作台的电源总控与保护。

参考文献:

[1]赖珍明.关于职业学校实验室电源控制改造方案[J].职业技术教育研究,2012(8).

第3篇

关键词:电工实训;教学模式;项目导学

随着我国经济、科学技术的快速发展,制造业水平逐渐提升,社会对实践性、技能性人才的需求增加,对人才数量、质量提出更高的要求。在目前的中职教育中,加大了对高技能人才的培养,加强了人才实践能力、创新能力的培养,为社会输送高素质人才。在中职电工教学、人才培养中,电工实训必不可少,通过实训使学生熟练掌握理论知识、分析电路原理图、识别电工元件、设计电路、电子产品等,培养学生的动手能力、实际操作能力,使其更好地胜任以后的岗位工作。

一、项目导向教学模式概述

项目导向教学模式是一种重视学生主动性、独立性、创造性的教学活动,即是将精心设计的教学项目贯穿于整个教学过程中,以教师为引导,教师与学生共同完善一个项目,并在教学中引导学生分析、研究项目。项目导向教学模式以学生为主体、以实践为目的、以项目为主线、以教师为主导,项目既可以是某个课题的理论设计,也可以是生产某个产品等。在具体的教学活动中,教师以项目的形式将需要解决的问题、完成的任务分配给学生,以小组的形式,学生结合项目要求、实际工作程序,制订工作计划、方案,合作完成任务、解决问题。在此过程中,学生自觉、主动地对相关知识进行构建,参与学习、研究,体验创造的乐趣与艰辛,深刻理解知识概念,以理论指导实践,掌握操作、实践技能,培养自主学习能力、合作能力、创新能力。

二、在电工实训中,项目导学教学模式的具体应用

1.合理设计电工实训项目

在电工实训教学中,项目导学教学模式的应用需要合理的项目,学生的学习效果直接受项目的选择、设计质量的影响。因此,在教学开展中,应有机整合理论知识和实践,选择合适的项目、设计合理的项目,提高教学质量。在项目导学教学模式的具体应用中,应注意项目设计的实践性、层次性、参与性等,将教学内容与实际生活相结合,激发学生学习的积极性,并根据学生的差异性和层次性布置项目设计,将不同层次的项目任务分配给不同学业水平的学生,确保每个学生都能完成任务。例如,在“白炽灯电路安装”教学中,结合现实生活,教师连贯性地展示该节内容,使学生了解课程内容、应该掌握的理论知识和操作要求等,利用多媒体对照明电路的各个组成部分进行展示。然后结合课程,向学生布置连接电路的任务,由于学生实际操作不熟练,且不了解各个设备的使用要求,因此,在实际操作中容易出现各种问题,如漏电、电度表等问题,这样学生之间便相互交流,尝试不同方法,共同寻找解决方法,且由于电路是一个整体,当一条线路变化时,其他线路的电流、电压也会发生变化,因此需要设计其他线路,学生需要全面统计,从而突出项目的实际性、参与性、层次性。

2.教学准备、操作阶段的应用

在电工实训过程中,在教学开展前,需要老师向学生认真介绍实训的总体安排、内容、要求,对学生进行分组,并选择小组负责人,对小组成员进行任务分配,制订具体的实训计划。在教学开展中,根据所分配的任务,由小组成员查找资料、研究问题,对每日的具体研究、学习情况进行研究总结,根据实训计划开展、实施具体的实训操作。在此过程中,教师应加强与学生的交流沟通,给予学生辅指导,提出合理化建议。

3.项目验收,教学评估

对于项目导学教学模式,项目完成并不意味着教学完成,还需要教师对项目进行验收,评估学生成绩,评估教学,总结项目、总结教学。例如,在电工实训中,当每小组的项目任务完成后,教师让每小组进行项目展示,并讲解该项目的设计思路、方案、目的等,并由其他小组人员提问,小组成员解答,然后教师根据项目完成的具体情况,给予总结性评价,并根据提交的实训报告,对每个小组的组员进行评价、打分,给予指导性建议。同时,教师对每个项目进行总结,从该项目所应用的知识、方法、实践性等方面入手,与学生展开具体讨论,分析每一步的设计,探讨所学到的理论知识及该项目可应用在哪些实际生活中,指出操作的注意事项。项目的总结、教学的最后评估,有助于教师更全面地认识学生,发现学生存在的问题,也可使学生更客观、全面地认识自己所设计的项目存在的优缺点等,提高实际操作水平,最大发挥项目导学教学作用。

在中职教育中,实践性教学必不可少,电工实训可使学生有效地掌握操作技能,提高实践、创新能力。将项目导学教学模式应用在电工实训中,通过合理的项目设计调动学生学习的参与性和积极性,通过小组合作,培训学生的任务完成能力、合作能力等,培养高素质人才。

参考文献:

[1]阳卫星,魏建.强化电工操作技能 提高电工实习效率[J].科学时代,2011.

第4篇

[关键词]能力目标;任务训练;学生为主体

[中图分类号]G642 [文献标识码]A [文章编号]1671-5918(2015)14-0133-02

引言

当前职业教育的改革应先从课程设计开始,将教材与企业的需求进行结合,消化吸收,写成新的教案,整理成新的讲义,再开发成新的教材。但在观念没有改变,改革经验没有积累之前,一本好的实训教材就很难完成。按照“以就业为导向,以服务为宗旨”的职业教育目标,我们培养的学生应当具有良好的职业道德和职业素质,具有熟练的职业技能,走上岗位后具备可持续发展的能力。目前的职业教育教学受传统的“一次性教育”的影响,总是希望在学校里尽可能把完整的知识系统灌输给学生,重视知识的传授、积累,没有建立“自主学习、终生学习”的现代学习观,忽视了学生“学习能力”的培养、训练。知识与能力之间的连接只能用“实训”来实现。因此,在职业教育中用恰当的任务进行能力训练,通过做事,来完成指定任务目标,成为培养学生技能的关键。

项目教学法是在学生实训过程中提高专业技能,解决实际问题而实施的一种有效的教学方法。具体就是以给定目标为任务,以具体实施为训练导向,让学生通过完成任务,在实训中开展一系列的学习和思考,相互讨论,集体解决实际问题。

电工实训是电气、机电类专业教学计划的重要组成部分,是掌握电工技术基本技能,达到国家职业技能鉴定标准的重要教学环节。要求学生通过实训,掌握电气设备的构造、原理、掌握电气设备及其附属设备的控制原理,正确绘制、阅读电工电子原理线路图,掌握维修技巧;会干,巧干;积累经验,增强实战能力,满足社会和企业技能人才的需求。利用项目教学法在一项任务中训练学生所有的能力是有可能的!当学生必须完成一个个实训目标,完成总的实训要求时,这些能力必然都能达到。本文以电工实训中三相交流异步电动机控制电路的实施为例来展开。

实训过程要求分组实施,每组5~6名同学,以小组为单位,各组提供一个设计方案,通过讲台这个平台,来交流学习,同学都可以来点评,提意见。通过这个过程,锻炼学生胆量,增强交流能力,拓宽知识点。经过讲台的演说历练,同学们的点评,对自己的成果有一个全新的认识。吸取经验和教训,对以后的学习工作中,遇到类似的事情,考虑问题的出发点就会更广泛一些。

一、策划电路

(一)任务一:明确工作原理。(组织同学们自查原理)

(二)任务二:提出电路分析设计,设计要求如下:

1.会分析:分析工作过程,分析工作细节像点动,长动,正反转,顺序启动,逆序停车,多点控制,时间控制,限位保护,自锁,互锁,电路短路和过载保护等,并分析所需器件。

2.会设计:根据动作过程分析来设计主、控电路,并画出原理图。

(三)任务三:设计实施

1.主电路分析与设计。(根据上述老师提出的电路分析设计要求,学生做出主电路图)

根据每组学生给出的主电路老师进行评测,最后确定最为合理的电路图。并且通过此过程使学生更加理解电路工作原理。

2.控制电路设计。老师提出控制电路设计需要思考解决的问题,由学生自我设计电路。

教师的点评,不能说哪一组最好,哪一组最差,好与差,让同学们自己通过视觉和听觉,电路的比较,通过同学们之间的点评去体会。最后关键是看哪组设计的电路用到的触点最少,电器通电的时间最短,电路最完善,相对来说就能提高设备的使用率,并达到节省设备材料和电能的目的,这才是很重要的。

二、实施

(一)任务一:画接线图

当我们有了电路后,要把电路变成实物还是需要一个过程的,在以往的实训中,很多同学都是按照原理图直接进行配线,虽然也能完成电路,但与我们的实训要求还差一个步骤,学生的配线必须按照接线图有步骤进行。

接线图和原理图是不是一回事呢?准备好几张电气施工图纸给同学们观看,通过实例的演示,让大家明白还有接线图这一概念。那么怎么把原理图变为接线图呢?(小组讨论)

1.位置图

位置图又称为电器排列图,是电器排列和安装指导要求。

电器排列的原则:在满足电器与电器之间的“安全距离”的同时,实现布局合理、美观,尽量节约导线,方便接线。

2.端子排

先让同学们观察实物,并考虑接触器和接触器之间触点的连接用什么样的导线?按钮和接触器之间的连接用什么导线?

通过讨论,意见对比,我们可以发现,像接触器之间的连线用硬绝缘导线比较好,而像按钮的引出线用软的绝缘线比较方便。而软线和硬线的连接就是通过端子排来实现连接的。

3.编号图

另外我们通过观察我们发现图纸上还有编号,那么编号又是怎么实现的呢?画编号的目的是什么呢?

编号是我们根据电器实际的排列位置,在位置图上对器件进行编号,书写方式包含了器件号和端子号,中间用冒号隔开。有了编号图,某个电器的某个点就清晰多了,便于以后接线和线路查线。

最后根据位置图和编号图,依据原理图完成接线图的画法。可见位置图是画接线图的基础,而原理图是实现画接线图的依据。

最终我们得出一个结论,从一个电路的设计完成,到一个电路的实施,还要经历画位置图和接线图这个过程,按照指定位置排列进行排列和安装,用导线按照一定的工艺要求,实现电器之间的连接,最后完成一个实用电路。

(二)任务二:实施

有了具体的要求,怎么具体实施呢?让同学们根据前面的讲解要求,总结出自己的方法,按照自己的思路画出接线图。

在点评中教师要总结出一套画接线图方法,供同学们学习思考。

三、任务:工艺训练

工艺要求比较多,用顺口溜来表述好记忆

量导线,塑造型,有弯不直木块整;横平走、竖直行,紧贴盘面来绕行;上下接线要对称、美观好看易造型;控制电路要求多:少交叉、不架空、没接头、不压绝缘不松动;软硬相连用端子,硬线成排软成束,固定盘面要仔细;配线结束要检查,光用眼睛哪能行,还要仪表来完成,杜短路,防漏电,细心检查是关键;确保安全是第一,文明生产要体现。

主电路,后完成,纵向走线要贴盘,横向走线空中连;电流大导线粗,弯角莫直要圆滑;故障主要是缺相,嗡嗡不转来提醒;缺相后果很可怕,电机冒烟损失大;试车程序要牢记,人机安全保生产。

四、任务:检查线路和试车

当电机接线完毕后,不能马上进行通电试车,而是要在通电前,对所连电路进行仔细检查,确保万无一失,方可进行第一次通电检验。(让学生分析电路图找出自我检查线路的方法,最后教师总结)

五、任务:故障分析与排除

在实际配线中,同学们易犯下列几种故障:线路故障(接线错误,导线压绝缘皮、螺丝每拧紧造成接触不良),器件故障(触点、线圈)。线路故障的排除,需要在通电试车前,按照接线图和原理图认真核对,检查导线压接是否牢靠,用螺丝刀轻触看是否能松动;为了避免压绝缘皮,线头一定要露铜,但露铜不能太多;器件故障,用万用表检查接触器触点是否正常通断,线圈是否完好,热继电器常闭触点是否导通。同时还要排除另两类故障:短路故障和漏电故障。根据以往的经验,我们把各种情况作了总结,提高对电路的理解,对故障的判断。

六、任务:故障派对练习

在派对故障排除练习中,2人为一组,要求每一个同学先把自己的电路完成,然后在对方的电路中设五处故障,其中主电路两处,控制电路三处,并对故障点做好相应的记录。然后。每个同学依次排除五个故障,排除完后和设置故障的同学交流和比对,评价自己的水平。在排除过程中都要进行相应的考核,记录在平日成绩里。锻炼了学生故障排除能力,提高了兴趣,增加了自信。

社会的需要就是我们培养的目标。学生毕业后从事维修电工,主要是在工厂、矿山、企事业单位进行电气设备维护和修理工作。具备快速、准确地查找电气设备或电气装置及附属设施在运行中发生的故障点,并迅速进行处理和修复,使之恢复正常状态,保证企业的生产需要;具有安全操作意识和文明生产的职业要求。通过项目教学法,同学、教师之间的交流,共同探讨解决实际问题的方法,使学生具备了一定的创新和创业能力,好为我们更好地开展电工实训提供了理论和技术依据,在理实一体化教学课程设计上,进行创新和有益的尝试。

参考文献:

[1]杨瑞霞.以就业为导向改进课程设置浅析[J].成才之路,2010(2).

[2]刘艳红,朱丹平.再议高职院校商务英语商务英语专业外贸英语函电课程教学改革[J].牡丹江教育学院学报,2011(5).

第5篇

关键词:电子技术综合设计;发展;质量提升;实践教学改革

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)47-0206-02

电子技术综合设计实践教学是一门综合实践课程,是学生学习电子技术相关课程重要的实践教学环节之一,于2005年被我校写入电子信息工程专业人才培养方案,2013年修订人才培养方案时提出改革。该环节单独设课,实施是以学生团队的形势完成实际的电子产品设计,达到了解电子工程项目开发和研制流程,理解方案论证,设计调试等过程,掌握电子系统的设计和调试方法,重点是培养学生对所学理论知识的融会贯通,提高综合应用能力、创新能力和动手能力,使学生具备运用电子技术基础知识设计电路系统,创造性解决实际问题的能力。

一、电子技术综合设计现状

1.电子技术综合设计实践教学在大二第二学期期末开设,为期2周,是在学生学习了电路、模拟电路、数字电路、高频电子线路等课程后开设的一门综合性电子设计类实践训练课程。学生通过大二第一学期期末焊接和装配收音机的电工电子工艺实习,已经具备了一定的焊接和装配基础。

2.在2013版人才培养方案中,专业目标是培养学生的创新能力和动手能力,训练工程实践能力,解决设计电子产品实际问题的能力。因此,课程开设了很多实践环节,但是实践环节中综合性、设计性题目较少,不能很好地培养学生的综合实践能力,尤其是电子技术综合设计实践环节仅仅停留在仿真阶段。针对该环节中存在的问题,提出关于电子技术综合设计实践课程的教学改革,关于其发展与质量提升方法的研究。

二、发展与质量提升方法的研究

1.强化基础,抓好电子工艺实习质量。在电子综合设计实践教学环节前一学期开设电子工艺实习,通过实际制作组装FM收音机以及万用表等电子产品,了解整体电路的调试方法,熟悉完成电子产品的全过程。通过这一过程,让学生掌握基本电子元器件的识别和测量方法,焊接等技术。

2.利用好社团组织,定期培训。我院成立电子爱好者协会,该协会定期开展培训,针对各级学生本学期开设的相关课程开展相应的培训。大二的学生在第三、四学期将针对模拟电路、数字电路的相关内容进行培训。由于在理论课程开设的过程中,大部分实验都是验证性的,这些验证性的实验仅仅是巩固了相关理论知识,提高了部分学生的实验操作能力。为了提高学生对专业的兴趣,提高学生的动手能力,在培训的过程中,开设模拟电路与数字电路等专业基础课相关的设计性实验、综合性实验。通过综合性与设计性的实验,完成具有一定功能的小系统电路,实现电路系统设计,培养学生具备小系统电路的设计、安装、调试能力。通过在社团中定期培训,完成综合性实验项目和设计性实验,达到对学生实验技能和实验方法的综合训练,以及提高学生自行设计实验方案、独立解决实际问题的能力和对实验结果的总结能力。例如开设电源设计、楼道延时开关设计、信号源设计、信号获取与处理等设计性实验项目的培训,结束后布置相关任务。

3.开放实验室,为学生提供实验场地、基本实验仪器,并安排高年级学生以及教师进行指导。我院的“创新实验室”以及大学的“电子创新实验室”均为学生们准备了电烙铁、万用表、信号源、示波器等基本实验设备,设有开放元件库,学生们通过实验教师或学生管理者可直接使用常用电子元器件。为学生们自主完成综合设计提供了便利条件。“电子创新实验室”采取开放式的管理模式,由学生完成日常管理。学生在实验课堂上完成了规定的实验项目后,掌握了一定的实验方法和技能,通过参加社团的定期培训,可以利用开放实验室的仪器和设备,进行更深一步的实验研究和电路设计,主要用来完成社团培训制定的任务或综合性、设计性实验,以及学生参加的校级SRP计划项目和国家大学生创新创业计划项目。

4.提高实训题目、内容的质量[1,2]。制定设计内容选取电子信息领域内的前沿课题,结合近年电子竞赛相关方向的题目。每年的题目必须有所更新,既可以避免学生抄袭,又有利于培养学生的创新能力。

5.有序的实践安排[3]结合实施步骤的细化。在实施该实践环节过程中,通过以下步骤完成设计:题目选取、方案选择、电路设计、电路仿真、元器件参数确定、电路板制作与电路焊接、电路调试、设计报告撰写、课程设计答辩,共9个步骤。在实践过程中,每一步均要由指导教师认可后,方可进行下一个步骤。既便于指导教师的过程管理,也为整体设计提供了保证。实践过程有序步骤,如表1所示。

6.实践过程、结果考核同等抓[4]。为了提高学生的积极主动性,在实践环节中,以学生为主体,指导教师的角色定位在“引导”与“督促”。在完成每一步中,教师与学生所起的作用如表1所示。

严把过程管理,当然,结果考核同等重要,验收时设计报告格式与内容必须合乎规范;答辩时,每一个学生答辩问题均不同。例如:设计方案的优点与不足、某一单元模块电路的元器件参数选择、测量等问题。不仅仅只局限于理论知识点的问答,通过这些问题,考查学生自主完成设计的能力,考查学生使用测量仪器和设备的能力,以及独立解决设计中出现的“难题”。

三、结束语

1.根据2013版人才培养方案制定的该实践教学环节的培养目标,培养学生分析问题、正确判断和解决问题能力。采用团队方式,完成实际的电子产品制作。通过细化的具体实施步骤,保证实践环节中学生的主体角色任务较好的完成,提高学生的积极性与主动性,通过教师的引导与督促,提高实践过程的管理质量。

2.在实践的过程中,注重“以学生为中心的学习方式”,以项目形式完成一项任务,并仿照电子设计大赛中以书面的形式总结完成任务的过程和结果。整个实践过程以学生为中心,以问题为导向,致力于提高学生的实践能力、表达能力、管理能力等。

3.在本次改革中,提出了如何更好地发展电子技术综合设计以及提升质量的方法,学生个人能力得到发挥,提高了本专业学生的设计电路、调试电路的实践技能;提高了学生学习本专业的兴趣;促进了本专业学生第二课堂的发展,例如学生参加校级SRP和国家大学生创新创业项目的数量以及质量都有所提高,学生参加大学生电子类竞赛成绩均有所提高。

参考文献:

[1]高玲,于帅珍.依托电子设计竞赛推动电子信息工程专业教学改革[J].科技信息,2014,(08):44,49.

[2]顾亦.电子信息工程专业综合课程设计实践教学改革[J].武汉大学学报(理学版),2012,(58):211-213.

第6篇

关键词: 运动训练; 信息管理系统; 系统设计; 信息处理

中图分类号: TN02?34; TP391 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2017)09?0054?04

Abstract: In order to improve the information management efficiency of sports training, the optimal development and design of the sports training information management system was performed. The Internet of Things (IOT) technology and embedded system design based development and design method of the sports training information management system is put forward. The overall design of the information management system is described to construct the system development environment and software platform. The information statistics module, information processing module, data storage module, and information access and output module of the system were designed. The multithreading technology is combined to control the IOT access of the information management system. The integration and reliability of the system were optimized. The system test results show that the system is reliable and stable.

Keywords: sports training; information management system; system design; information processing

在大稻菪畔⑻跫下对体育运动训练的信息管理可以有效进行运动员运动训练的生理指标特征分析,结合科学的训练管理方法,进行一对一的训练指导,提高运动员的训练针对性和面向对象性[1]。在物联网环境下,通过构建运动训练信息管理系统进行软件开发,提高信息管理能力。当前,对体育运动训练的信息管理多建立在人工统计分析的基础上,结合电子表格等传统工具进行训练效果评估,但是随着数据信息规模的扩大,导致信息管理的集成度不高,信息处理的时效性不好,需要进行运动训练信息管理系统的优化设计,本文针对这一问题进行系统优化设计的研究。

1 系统总体逻辑设计

1.1 运动训练信息管理系统的开发流程

本文提出基于物联网技术和嵌入式系统设计的运动训练信息管理系统开发设计方法,在物联网环境下进行运动训练信息管理系统的软件开发设计,保障运动训练信息的有效统计和预测评估[2?3],运动训练信息管理系统建立在嵌入式操作系统基础上,通过移植后可以运行在不同的硬件平台上,结合控制算法和前期的硬件电路设计,实现对运动训练信息管理系统的多线程控制,进行运动训练信息管理系统的集成智能控制与开发。系统运行在ARM,PowerPC等多种硬件平台上,保障控制系统的软件程序具有较好的移植性和人机交互性,研究在物联网环境下的运动训练信息管理系统[4],根据上述开发环境分析,运动训练信息管理系统软件开发的基本处理流程如下:

(1) 运动训练信息的采集过程。通过体育运动训练信息的采集,为运动训练信息管理提供数据输入基础。采用嵌入式统计信息系统输入运动训练信息管理系统的统计信息,包括运动成绩、身体健康状态和运动擅长项目等,通过A/D信息采样和数模转换进行信息的统计分析和滤波,结合FIR滤波器进行运动训练信息的抗干扰抑制,为运动信息管理系统提供准确的数据输入[5]。

(2) 运动训练信息数据处理过程。在Linux内核下进行运动训练信息加载和PID控制程序引导,实现对运动训练管理信息处理,采用PCI桥接芯片与上位机通信,在MVB总线控制环境下进行运动训练信息管理系统的网络设计和数据收发,包括控制信息的存储,在物联网环境下进行数据采集和系统的控制时钟设计[6?7]。

(3) 统计信息输出和人机交互过程。采用交叉编译环境进行控制信号输出和人机交互,利用计算机辅助GUI人机的交互系统,采用LabWindows/CVI实现运动训练信息管理的可视化多线程远程控制。

根据上述运动训练信息管理系统的开发流程设计进行系统设计和软件开发。

1.2 系统总体设计分析

根据上述设计原理和流程介绍进行运动训练信息管理系统的总体设计。系统设计中,其功能模块主要包括信息统计模块、信息处理模块、数据存储模块和信息访问及输出模块等。系统结构如图1所示。

根据图1分析,进行系统的功能模块和总体结构描述。本文设计的运动训练信息管理系统建立在物联网环境下的嵌入式Linux系统基础上[8],系统的总体设计分为四个层次,分别为:

(1) 运动训练信息的引导加载程序(Boot loader)。通过引导加载程序进行运动训练信息管理的PID模糊控制和加载,同时对时钟、存储器、串口、网口等硬件进行初始化操作,将不同文件系统的操作和控制纳入到加载程序模块中,建立Linux的根文件系统进行主控模块的程序写入和读取。

(2) 嵌入式网关设计。在物联网环境下进行嵌入式网格设计,以及信息管理系统的网络控制和数据共享。Linux内核用于实现运动训练信息管理系统的特定功能,在嵌入式设备上进行运动训练信息管理系统的交叉编译,把编译器路径加入系统环境变量,修改最上层的Makefile文件,在文件系统加载安装根文件系统,并执行init进程进行文件配置。采用以ARM920T为核心的32位RISC微处理器执行网关的设计,将训练信息管理系统接入以太网,网关硬件原理如图2所示。

图2中,S3C2440是韩国三星公司生产的以32位RISC ARM920T 为内核的一种网络微控制器,RS 232接口在调试过程中与PC进行通信,作为运动训练信息管理系统的控制台,输入调试指令,进行网络互连,其中,接口支持网关以10 Mb/s,100 Mb/s 自适应的速率接入物联网的以太网,提高系统的数据传输能力。

(3) 文件系统(File System)。文件系统实现对运动训练信息管理的数据存储和调度,在交叉编译环境编辑.Bashrc文件,运行代码如下:

export PATH=$PATH:/Kernel_rtrtgfjrn /cofdghgion/ maadfile 920t?esfgvi/bin

(4) 用户应用程序(Application)。用户应用程序模块是实现内核配置、编译的总体控制模块。Linux内核需要在运动训练信息管理系统的输入层实现用户应用程序写入,采用双路16位电流输出进行控制信号激励,让有许可权的数据包传输通过网关进行信息传递和数据共享,提高运动训练管理系统的用户应用能力和面向对象性。

2 运动训练信息管理系统的实现

在运动训练信息管理系统的信息统计模块设计中,采用S3C2440与无线传感器网络连接,运动训练信息管理系统的接口程序及RS 485网络,用来连接PC机,UART1和UART2的是TTL接口,采用嵌入式RAM作橹骺匦酒进行信息统计和控制,K9F1208和2片SDRAM芯片HY57V561620并联构建32 位的SDRAM存储器进行运动训练信息管理系统的数据存储,执行运动训练信息管理操作系统中各类数据的缓存[9?10],信息管理系统的RAM缓存芯片接口设计如图3所示。

结合多线程技术进行信息管理系统的物联网访问控制,分别运行make以及make install进行运动训练信息管理系统的文件系统编译,新建一目录filesystem,在Busybox中实现对运动训练信息管理系统的嵌入式Linux应用。在RAM缓存中,设置相应波特率后进行RS 485网络接口控制,在配置完成JTAG接口后,分别运行make以及make install进行编译和安装,编译程序为:

event void Timer as Check;.startDrtggre(esfdvfr_t ok) {

if (ok == SUsfv vS) {

call DissesdfvgnConhgthjl.stsdt();

call ColsdfvConsdfrol.start();

call LowPdfLisfvfdbng.setLocalWvfdgrervedal(512);

call Checksvvfdodic(DEsdffdvbT_sfdbK_INTERVAL);

}

else {

call Ragfdggg.start();

errorLed();

}

}

运动训练信息管理系统的信息处理模块的主频为533 MHz,采用双16位MAC,双40位ALU的缓存设计,核心处理芯片具有16位DSP和32位DSP两种类型,采用8位A/D芯片进行运动员训练状态分析模型的特征信息采样,其中DSP数字信号处理模块主要包括电源供电模块、程序加载电路、复位电路、A/D电路、功率放大器等。LEEP帧的估计通过LEEP帧的信息来估计EETX值,尾部存放的是本节点到邻居节点的链路质量表,得到运动训练信息系统的LEEP帧的估计过程如图4所示。

RTC模块作为运动训练信息脉冲分析输出特征的复位电路,调用 addLinkfregggderAnd?Fosdfr()执行DSP复位后,得到运动训练信息系统的信息处理模块的主控电路,如图5所示。

图中MCP6002为运算放大器,采用A/D转换驱动程序,DSP内核电压决定PLL的锁定周期,设置A/D转换控制寄存器,创建嵌入式图形用户界面,采用Qt/Embedded 4.6创建控制系统在嵌入式设备上的图形用户接口,通过电位器RP1和RP2调节放大器的倍数,运动训练信息管理的数据经过放大后通过输出脚S_OUT输出。

在信息处理模块的主控电路配置完成后,在telosB节点中采用FT232作为USB与UART的桥接芯片,控制A/D转换驱动程序等工作,进行数据存储模块设计,在telosB中使用M25P80存储器,实现可视化控制, M25P80存储开发环境建立在X86上,执行存储器的初始化操作:

Root file systemTuning ???>

[*] rootfs.yaffs /etcDevice driver

[*] Generate bin, SBIN folder commands

[*] deprecated:aliased

[*] Copy new root file system

[*] Script server configuration file

Shells ???>

??? Ash Shell Options //服务器配置文件

[*] Check for echo Root File System //复制到新建根文件系统

直接从地址0x20000000执行运动训练信息的耦合调制,从外部的8位或16位存储器引导程序加载,通过JTAG接口访问CPU的内部寄存器,接口代码为:

interface DirtgtrhnValue as Settsfvfald;

interface Send as Alefedgbfot; //外部数据存储

interface Invfdgrthh rgthhjit;

//外扩数据存储和PCI9054之间进行数据通信

interface Stddergrol as Senfdegrgntrol; //外接FLASH存储器

interface Stdsdfrgol as Colleegrhghrbtrol; //地址线相连

interface Stefrghghtrol as DissfrhyCofrhgol;

//FLASH的数据线控制

interface SsfvrgitCdewfol as Rasdfrgyyntrol; //输出方位控制

interface LowsfergtytwerLiarh6jsferng;

//5409A的硬件接口控制

interface Modegfnt; >> Pdafeg stofdage //外接FLASH

interface Cgfrg5yrage; //数据线初始化

在此基础上进行信息访问及输出模块设计,通过pwm_ioctl控制指令监测信息访问模块,采用物联网进行数据通信,构建信息输出模块,输出接口程序设计为:

event void Brtggd() {

call Sefgfevefit.init BUSY/IINT0 (); // Init高速A/D转换

call Moffetghgt();

//Mount FLASH利用信号作读数标志信号

}

3 系统联调测试与性能分析

在LabWindows/CVI平台上进行系统集成软件开发和联调测试,结合多线程技术进行信息管理系统的物联网访问控制,通过“浏览”选择运动训练数据文件,在用户管理层中实现程序加载和自动配置,得到运动训练信息管理系统的数据测试界面如图6所示。

图6中,输入数据在窗口的上半部分,输出数据在窗口的下半部分,分析图6得知,采用本文方法进行运动训练信息管理系统的数据加载和传输测试对数据信息的输入和输出具有一致性,说明在运动训练信息管理中数据传输调度的准确性较好。

4 结 语

本文提出基于物联网技术和嵌入式系统设计的运动训练信息管理系统开发设计方法。通过运动训练信息管理系统的优化开发设计,提高了体育运动训练信息的智能化管理能力。结合多线程技术进行信息管理系统的物联网访问控制,在系统的集成度和可靠性方面进行优化,系统测试结果表明,该系统可靠稳定,具有可行性。

参考文献

[1] 杨照峰,王启明,吕海莲.基于任务延迟的云计算资源调度算法研究[J].计算机测量与控制,2014,22(2):499?502.

[2] ALEXE B, DESELAERS T, FERRARI V. Measuring the objectless of image windows [J]. IEEE transactions on pattern analysis and machine intelligence, 2012, 34(11): 2189?2202.

[3] ZHANG Luming, XIA Yingjie, JI Rangping, et al. Spatial?aware object?level saliency prediction by learning graphlet hie?rarchies [J]. IEEE transactions on industrial electronics, 2015, 62(2): 1301?1308.

[4] 陆兴华,吴恩.基于安卓客户端的智能家居电力控制优化设计[J].电力与能源,2015,36(5):692?695.

[5] 周小娟.一种轻量级大数据分析系统的实现[J].电子设计工程,2016(8):40?43.

[6] ,刘思峰.基于灰色关联分析和D?S证据理论的区间直觉模糊决策方法[J].自动化学报,2011,37(8):993?999.

[7] 王锐,何聚厚.基于领域本体学习资源库自动构建模型研究[J].电子设计工程,2015,23(24):32?35.

[8] 郑道宝,王怀杰.基于ARM/GPRS的远程图像报警系统的设计[J].计算机测量与控制,2013,21(1):149?151.

第7篇

关键词:实验教学;教学改革;实验教学改革背

      近年来,培养学生实践能力和创新能力已成为各高校实验教学的重点,各高校积极推广新的实验教学模式和教学方法,加大对实验教学的改革和投入,为学生实践能力的全面培养做充分的准备。电路分析是一门非常重要的学科课程,在电气、信息工程技术等专业课程体系中起着奠定基石的作用;电路分析实验课程可谓电类专业基础实验课程的“第一课”,为专业基础和专业实验的顺利开设起到至关的作用。这就要求学生,通过电路分析实验教学,进一步巩固理论知识,掌握实验理念和技能,树立理论联系实际的科学观点和提高分析和解决问题的能力;同时为了适应院校教学转型和调整“三性”(验证性、设计性、综合性)实验的要求,在验证性实验基础上,我们加大设计性与综合性实验所占比重,积极引入前沿技术,为学生提供可行的实验平台。

一、 教改实施中得几点体会

1、实验理念的总体培养

   多年的实验教学,我们认识到,大部分学生在进行实验前,对整个电子技术的总体实验情况不了解,甚至是盲从地为完成某些实验任务而来。这对今后顺利完成整个学科的实验教学是十分不利的。因此我们采取利用一定学时的方法,先给介绍电类实验基础知识,主要包括常用仪器仪表的使用、电参数的测量方法以及常用元器件的识别与检测等,让学生从总体上了解电类实验的基本内容、要求和实验方法、技巧等,使其对总体实验有一定的认识和了解。特别是,增加Multisim仿真软件和LabVIEW虚拟软件,让学生在操作前,不必再拘泥于实验室所提供的条件,而是在一个通用的仿真和虚拟平台发挥自己的聪明才智,实现自己的“奇思妙想”。

2、“三性”实验相结合

实验的实施中,通过前面总体理念的培养,在教师的指导下,学生基本上能根据实验情况,正确选择电子元器件;根据仪器仪表的测试参数,选用合适的仪器仪表;采用恰当的实验方法正确地连接实验电路和操作。

我们的“三性”实验是:

验证性实验:基本涵盖电路分析实验课程中的经典内容,如“戴维南定理”、“正弦稳态电路的研究”等,学生通过实验,掌握验证方法和实验技能,加深对理论课重要定理的深刻理解。

设计性实验:由易到难,从验证性内容过渡而来,如“延时电路的设计”、“仪表测试电路的设计”等,以验证性实验为前提,进一步加强电路分析知识和掌握仪器仪表的使用,学生自行设计和实验,提高独立分析和解决问题的能力。

综合性实验:在验证性和设计性实验基础上设定,如“数字万用电表的组装”、“基于LabVIEW的虚拟示波器”等,在学生掌握焊接、选件、组装、调试、仿真和虚拟等基本知识前提下,让他们参加各种小课题、小项目的制作和研究,为各类电子设计竞赛做充分的准备,培养他们的实验兴趣和自主创新能力。

3、增加Multisim10仿真训练

几乎每个开设的实验都包括Multisim10仿真训练与实际训练两个部分。根据实际情况自行选择,如果某些专业学时有限,教师演示仿真部分,学生完成实训部分;在学时充裕的情况下,让学生先完成仿真部分的内容,再进行实训,通过仿真和实训相互印证,利用该软件进行理论分析,并和实测对比,发现“理论与实践”的差别,培养学生的工程实践意识。

4、仪器仪表的使用扩展

实验实训中,正确选用仪器仪表非常重要,对测量结果和分析有较大的影响。因此,对于常用仪器仪表,我们每种仪表至少对两种型号讲解,把使用范围扩大,让学生能正确使用不同型号的仪器仪表来适应不同的实验要求,达到最佳的实验效果。

5、选用LabVIEW作为虚拟实验软件

通过一定学时的讲解和演示,学生正确掌握LabVIEW8.20的使用,开阔了视野。在教师指导下,他们根据对仪器仪表各功能块的了解,可以简单地“定制自己所需的仪表,组建自己所需的实验室”,达到了“虚拟与实践结合”、“软件与硬件兼修”的教学目的。

三、总结

几年来,在对电路分析实验课程中的教学改革地探索中,取得了一定的教学效果。但也认识到:

1、让学生理解实验不是针对完成某一实验任务而设置的,是通过实验,掌握正确的实验方法,获得较强的动手能力和科学实践技能,这是一个学习和探索的积累过程,是培养创新能力的过程。

2、“三性”实验的比例必须分配合理。否则,验证性实验过多,会使学生按部就班,创造力得不到提高;而一味追求设计性或综合性实验,由于较难,学生不易完成,可能会消弱学生实践的积极性和兴趣。

3、为有效地提高实验教学效果,传统实验教学中,应合理和恰当地引入仿真分析和虚拟实验等新的实验方法和技术,摸索新的教学方法和规律,更好地为学生提供新型实验平台。

参考文献:

第8篇

关键词:模块化生产线; 资源共享; RS-232C总线

1 引言

在工业控制领域,传统的现场控制方式已经越来越不能满足工业自动化的要求,这种控制方式不但耗时、费力而且很不完善。工业自动化控制系统发展到今天,随着通讯技术的不断提高,摆脱了以传统的现场控制方式为主体的控制方式,出现了利用上位机通过现场总线通信来控制生产线的全新模式。本设计中的控制系统是针对FESTO公司生产的模块化加工生产系统设计的现场总线网络控制系统。

德国FESTO公司的MPS(Modular Production System)模块化生产加工教学与培训系统,是一个完整的面向自动化控制技术的培训系统,它由多个模块组成,是一个完全开放型的操作系统,操作人员可根据不同的需要进行各种模块的组合、扩展和控制。MPS系统很接近实际工业生产系统,因此基于MPS系统的培训在大学工科教学中是很有实际意义的。

但MPS教学培训系统价格昂贵、数量有限,为了最大限度的利用MPS教学培训系统的资源,充分提高实验设备的利用率,并在有限的时间内取得最佳的教学效果,因此需要设计一套完善的资源分配与管理系统,通过资源的优化配置实现资源共享、分时选用等要求。本文对实现资源共享的总线网络系统的结构、功能以及软硬件设计内容进行了描述。

2 总体方案设计

德国FESTO公司的MPS模块化自动加工生产线是一套模拟加工生产线教学与培训设备,可以由西门子公司的S7-300型可编程控制器——PLC作为控制系统,对整个自动加工生产线进行过程控制。

总线网络系统设计所要解决的核心问题是:对控制MPS自动生产线的可编程控制器———PLC实现资源共享。所谓资源共享用一句简单的话来描述就是“多选一”和“一选多”。“多选一”就是指多台PC机可以分时与同一台PLC进行通讯,实现多台PC机对MPS生产线的某一个工作站进行控制;而“一选多”就是指某一台PC机能够分别与多台PLC进行通讯,实现一台PC机对MPS生产线的多个工作站进行控制。

在进行总线网络系统设计时,首先要确定硬件设计方案,也就是把总线网络系统中的硬件环境设备——多台PC机和多台PLC,通过硬件电路设计有序的连接在一起,再配合一些必要的其他设备实现资源共享和分配管理工作。为了实现多台PC机对PLC资源共享,本设计提出了一种以一台单片机为控制站的总线网络设计方案。这一总线网络设计方案是由多台PC机,一台AT89C51单片机,通过RS232总线和总线适配电路实现对PLC的资源共享。

要通过总线网络实现资源共享,除了完善的硬件环境外,还必须开发相应的通讯程序与之匹配。通讯程序设计分为两个部分:一是单片机的通讯程序设计,二是PC机的通讯程序设计。单片机通讯程序是利用汇编语言编写的源程序,它的主要功能是轮询各PC机,以便接收PC机发出的联机申请,并根据申请内容发送联机许可信号。PC机通讯程序是应用现成的编程软件来设计的,它的主要功能是发送联机申请并接受联机许可信号。这些通讯程序不是独立的,它需要与总线网络的硬件适配电路相配合,两者只有共同作用才能够实现资源共享和优化管理。

3 总线网络的硬件设计

总线网络的硬件设计就是要设计能够实现资源共享和分配管理的总线适配电路。总线适配电路由两部分电路组成,一部分是单片机轮询电路,另一部分是资源共享电路。总线适配器电路所要完成的主要工作是:由作为控制站AT89C51单片机采用轮询的方法,通过RS-232C总线接收各PC机发出的联机申请信号和联机机号等信息,单片机经程序分析后向该PC机发出允许联机信号,并发出指令接通PC机所要连接的PLC的控制信号线,接下来就可以把在PC机已编好的程序通过总线RS-232C下传到PLC,实现PLC的资源共享。

3.1 单片机轮询电路设计

第9篇

一、电工综合实训装置改造的途径

高职院校的机电、电气专业学生的一项基本技能就是能够熟练地对机床电路进行安装与调试,此项技能主要是通过购买的相关实训装置来完成的。但目前要求该专业学生只掌握这项基本技能是不够的,还要能够跟随企业发展获取生产一线的新方法及新工艺。经过近几年的使用,发现这些装置不仅存在技术上的局限,更重要的是在一体化教学中该装置提供给学生动手实践的机会不多,任务引领型教学的先进理念得不到充分应用和发挥,因此教学效果不够理想,同时对学生而言实训装置还缺乏系统全面的“新技术、新方法、新工艺”技能训练。如何开展“新技术、新方法、新工艺”实训装置的改造与创新设计呢?途径一:课题组根据任务引领型教学的要求积极寻找突破口,经过思维和观念的碰撞,从企业获得先进的职业教学理念,提高学生的创新能力,并强化学生的动手操作技能,培养适应现代企业需要的电类高技能应用型人才就是现在要解决的问题。经过改造的“电工实训装置”包含了机电一体化、电气自动化等专业所涉及的基本技能和专业知识,包括了机床电气控制技术、PLC技术等知识与技能的要求,目的是为学生提供一个典型的、综合训练的工程环境,而且还可为学生构建一个发挥学生潜能和创造力的实践平台,进而能在此平台上实现知识的实际应用、技能的综合训练和实践动手能力的客观考核。途径二:针对机电一体化专业开设的一体化课程“机电设备安装与调试”,开发有关PLC新的项目,让学生动手。通过学生自己的设计、安装进一步了解如何用PLC控制外部设备,提高设计与动手操作技能以及应变能力。途径三:在改造过程中可以让毕业生参与进来,教师通过给学生制订工作计划与分配工作任务,在指导过程中渗透对学生能力的培养,在任务实施过程中使毕业学生在知识运用与获取、实践训练与素质养成、沟通与合作、总结与创新等方面取得一定的进步。

二、改造的创新点

1.综合性改造完成的网孔型电工综合实训装置除了可以完成机床电气部分的内容外,还可完成PLC实验室所缺少的项目,不仅可以提高学生的学习积极性,还可增强学生的创新设计和应用能力,具有一定的实际价值。改造重点是在改造过程中增加PLC的内容,让学生认识PLC与传统电气控制之间的联系与本质区别,学习PLC外部接线技能,探索如何将PLC编程模块化和层次化。网孔型综合实训装置主要由实训桌、网孔板、自购实训元器件组成。改造过程中,自行购买西门子CPU226主机,集成数字量I/O(24路数字量输入,16路数字量输出)、RS-422通讯口、SC-09通讯编程电缆及转接输入输出口、中间继电器、电源模块等。主要利用PLC软件编程,通过S7-200虚拟环境实时显示PLC的运行状态,并对PLC的外部接线进行错误检查、PLC编程训练、PLC程序编写测试等功能。2.灵活性改造设计完成的电工综合实训装置,实训项目可自行确定,根据所选的项目选择相应的元器件。该装置即可以作为课程考核设备和维修电工技能考证模拟训练设备,也可以作为PLC课程实训项目设备。学生根据自行设计的线路进行元器件的合理布局,安装、接线全部由学生自行完成,接近工业现场,通过一系列项目实训培养学生的动手能力和实操技能。3.实用性改造完成的装置在实训时采用已有的网孔板与购买的PLC模块相结合的方式,实用性较强,不仅操作方便、更换便捷、易扩展或开发新的实训项目,而且具有动手能力强、接近工业现场,投入使用不仅占地面积小,节约实训场地,而且减少基建投资,经济效益显著。4.安全性该实训装置安装电压型漏电保护器和电流型漏电保护器可以确保学生的人身安全,电源输出有监视及短路保护功能。

三、不足之处

在改造过程中,设想添加实训管理器,其功能是平时作为时钟作用,在实训操作过程中可以设定操作时间、定时报警、切断电源等。除此之外,还能够自动记录由于接线或操作错误所造成的漏电报警总次数,为学生实训考核提供一个统一标准。但实验没有成功,在以后的教学过程中将继续努力完成。五、结束语通过设计和改造电工综合实训装置,走产学研结合道路,不仅可以为学院节约一部分教学经费,而且为专业建设和今后的发展注入了新的内涵。设计与改造该装置不仅可以锻炼教师队伍,提高教师的动手实践能力,还可以促使教师更好地将教学转入到理论和实践相结合的道路上来。俗话说:“行而不思,创新无望;行而三思,脱颖出新。”只有不断思考,反复推敲研究,并形成自己解决问题的思维方法,才能不断推陈出新,实现超越。

作者:任晓敏 李宁 党智乾 王曙侠 单位:西安航空职业技术学院

第10篇

1我院电子设计竞赛存在的问题

从我院参加历届大学生电子设计竞赛情况来看,存在以下5个比较突出的问题.1)前期培训实践时间较短.我院参赛选手历年来均是从大三学员中选拔,集中培训一般是从大三下学期5月份开始,学员要在短短的4个月内掌握电子设计竞赛要求的如单片机、可编程门阵列(FPGA)、传感器、自动控制等相关知识,并且能够在实践中熟练应用,对辅导教员与参赛学员来说都是难以做到的.2)理论知识掌握不够扎实.如模拟电子技术、数字电路、单片机原理等,学员对一些常用的知识点没有学深悟透,无法将理论知识进行灵活应用,所以分析电路功能时常常觉得无法下手,对电路功能的进一步改进和创新更加困难.3)工程实践能力有待提高.学员在完成相应电类理论课程学习后,如果平时没有大量的时间去投入实践,理论知识无法得到有效巩固,就难以具备一定的工程实践能力,例如有些学员在连接电路时,布局布线不规范,电路的模块之间不够清晰;有些学员对常用仪器如示波器、频谱仪等操作不熟练,基本的焊接技能也不够扎实;有些学员对调试过程中出现的问题,难以准确快速地判断故障点;部分学员的作品制作完成后,在现场测试时出现失误,甚至出现作品烧毁的情况,影响比赛的成绩.4)缺乏综合分析能力.大部分学员缺乏一定的系统综合分析能力,不能按照竞赛题目的指标要求,经过全面深入分析并设计合理方案,只是单纯地按照查阅的资料将参考电路原模原样地拼接在一起,缺乏系统性,这样完成的作品,其技术指标往往难以达到题目的要求.5)缺乏相应奖励激励机制.军队院校与地方院校相比有其自身的特殊性,地方院校学生由于存在就业压力,参加电子设计竞赛获奖后会对今后就业有一定的帮助,所以学生的参赛积极性较高.而军队院校学员没有就业压力,而目前奖励激励机制又不明确,从而导致指导教员与参赛学员积极性不高.

2以电子设计竞赛促进实践教学改革

电子设计竞赛不仅能够反映参赛学员的综合能力,也基本上能反映出学校的电类课程教学质量,特别是培养学员工程实践能力的教学水平.针对我院电子设计竞赛目前存在的一系列问题,确立了以培养学员实践能力、创新能力为主线的培养模式,通过加强电类相关专业课程和实验室的建设,促进教学模式及人才培养模式改革,切实提升学员电子设计综合能力.

2.1教学模式机制改革

1)优化整合教学内容.根据电类专业课程体系改革要求,对电类课程的所有知识点进行了梳理,将重复讲授的知识点进行了整合,将衔接不紧的知识点进行了补充,目的是完成电类专业基础课理论教学内容之间、电类专业基础理论和实验课程教学内容之间、电路专业基础课程与专业课教学内容之间的融汇贯通,重构教学内容,建设与之相适应的教材体系.2)实践研讨式教学.2013年开始尝试在每门课程中增加综合性实验,即在相应理论课程之后集中一周左右时间,通过教员出题、学员自拟题目等方式,围绕与理论课程相关的设计题目进行的工程实践训练,以团队合作、各自分工等方式来巩固强化所学知识点,提高学员工程实践能力和团队协作能力.针对综合实验小班化的特点,在选题和方案论证过程中倡导研讨式教学,通过学员之间激烈的思维碰撞,提高了学员的学习兴趣,增强了学习的自主性[3].3)引入示教系统.电类理论课程与其他理论课程相比,其实践性较强,目前电类课程还是以课堂理论讲授为主,虽然一直强调教员要在课堂中注重引导学员如何将理论知识与实践结合,如何与现有装备结合,并贯穿到课堂中,但学员依然只是了解局部电路,对系统电路理解不深,不知道在实际装备中电路为什么要这样连接,真正到用的时候就不知道如何下手了.通过在电类课程中大量引入军民应用实例,制作了5门主干理论课程的虚拟与实物示教系统,增强课程的针对性和实用性,使学员不仅看到了装备中的实际电路,还学会分析现实装备的电路图,从而提高了学员理论分析能力及动手操作能力.4)选拔实验小助手.在每次上课前根据上次实验课的表现,指定1-2名实验最快做完并且实验报告写得规范的学员作为实验小助手,让这些小助手提前预习并做一遍实验,在上课的时候就可以帮助其他学员解决实验过程中遇到的问题,并且帮助教员检查部分学员的实验结果.对这些实验小助手,因为平时动手能力较强,所以可以给予更高层次的实验锻炼.通过选拔实验小助手,可以有效激发他们对电类知识的学习热情,锻炼他们独立实验能力,在帮助其他同学排故过程中也可以增进相互交流,更有利对于实验相关知识的理解与掌握,培养团结协作精神,同时也减轻了教员的部分工作量[4],提高了实验教学效率.5)改革实验成绩评价方案.我院之前电类课程的成绩评价方案是:在学期末只统计理论考试成绩与平时成绩,实验课的成绩没有计入总成绩,导致部分学员对实验课不重视,影响实践能力的提高.现在对原有的成绩评价方案进行了修改,使得现在的实验与理论课无缝衔接,将原有的实验成绩与理论课程成绩进行了合并,即“总成绩=理论成绩(60%)+平时实验成绩(25%)+综合实验成绩(15%)”.这样更能突出体现学员的工程实践能力(更加突显实验成绩比重).同时在实验评价中,采用了全程跟踪式的多方面的评价体系,摒弃了单纯依靠实验报告和期末考试的做法,将每一个实验进行分解,分阶段给予评分,对学员学习状况和实验能力的检验也更加客观、有效,也减少了学员抄袭实验报告的现象[4].

2.2实验室管理模式改革

1)实验室体系化建设.实验室总体上按照四类五层进行建设和管理,具体内容如图1所示.改建后的实验室功能划分更加清晰合理,总体上采用阶梯式实验模式,在实验室为学员设计构造一个能够充分自主、不受制约地运用知识科学研究、工程实践和自主创新的场景与条件,进行通过项目需求分析、知识学习补充、理论推导计算、实现方法选择、电路设计仿真、实验步骤设计、参数测试方案、实验总结分析等环节,全面培养学员自主学习、科学研究、规划管理、工程实践、团队合作、交流沟通等科学研究基本素质和工程实践综合能力[5].⑤科技创新层图1电类专业基础实验教学平台体系示意图2)实验室管理信息化建设.引入实验室综合信息化管理软件系统,实现对教学资源、课程资源、实验过程、教员考核与设备器材的信息化管理.目的是实现对实验资源的精细化管理,提高仪器仪表的使用效率,全面提升实验教学的质量[5].3)开放型实验室建设.通过信息化系统中门禁与实验台位电源管理,学员通过预约系统可以在课余时间进入实验室.在开放型实验室中教员会预先一些与生活联系比较紧密的、学员比较感兴趣的小型实验题目,这些实验题目需要采取多种技术实现系统设计,例如防盗报警器、镍镉电池充电器、水温控制系统等,题目也可以是学员自己通过查阅资料、调查研究选择的,其目的是鼓励学员选择感兴趣的题目进行实验.学员有了目标以后会查找资料并确定实验方案,通过仿真实验室进行设计方案验证到最终实现.通过开放型实验可以有效提高实验室的使用效率,深化学员对所学理论知识的理解,强化学员的综合性实验技能,激发学员的求知欲望和学习动力,培养学员独立发现问题、分析问题和解决问题的能力,通过有趣的实验使原本枯燥的理论学习变得有趣和具有挑战性.同时鼓励并引导学员参与电子设计竞赛俱乐部,积极参加学院的创新杯与大学生电子设计竞赛[6-7].4)加强现代电路设计课程比重.为锻炼学员使用现代电路设计与仿真工具的能力,在教学中引入了EWB、Multisim、Matlab、Pspice及Quartus等目前主流的电路分析、现代数字电路设计与仿真软件.计算机仿真使学员有了更加灵活的时间进行实验,同时电路结构与元件参数可以灵活修改,计算过程简单,对于电路分析结果还可以以图形的方式展现,有利于学员对电路有更深层次的认识.通过计算机仿真实验的开展,可拓展学员的视野,便于学员课余进行电路分析和设计.同时注重强化学员在单片机、FPGA、ARM等创新设计平台和高频实验平台开展实验的能力,将理论、虚拟实验与实际实验进行无缝结合,提升学员从理论分析到验证仿真到最终实现的整体能力[6-7].

2.3电子设计竞赛组织方式的改革

电子设计竞赛的根本目的在于以竞赛为平台和牵引,培养学员的创新能力、实践动手能力和团结协作精神.通过借鉴华中科技大学、海军工程大学、空军工程大学等院校的一些做法,结合我院实际,对目前电子设计竞赛的培训对象和参赛人员、资源利用、培训内容进行了如下调整.1)学员从大二开始进入电子设计竞赛准备.学员在大二下学期末基本学完了电类大部分理论课程,具备了一定的相关电路知识.从2013年开始,我们尝试从大二学员开始培养,在前期培训中,与大三学员一起进行集中培训,如果个别学员能力突出,可以与大三学员一起参加比赛,在比赛时我们专门为大二学员安排房间进行模拟比赛,并有教员进行辅导,这样做的目的在于延长学员的培训时间,增加学员参加比赛的经验,同时还可以指导下一级学员的实验开展.2)参赛资源循环多次利用.每年电子设计竞赛结束后,实验室会有部分的剩余器件,而电子设计竞赛的部分器件针对性较强,价格昂贵,一般很难在普通的实验中用到,难免造成一定的浪费.从2013年开始,我们将历年电子设计竞赛题目和器件通过开放实验室定期,供有兴趣的学员或者教员通过信息系统进行预约实验,一方面学员可以按照自己的兴趣将历年的题目进行实现,提高学员的工程实践能力,另一方面也可以提高实验室的器材使用效率,使部分器材的功能发挥最大作用.3)培训内容从广到专的转变.目前的培训方式是学员按照统一的培训计划,所有的课程与实验统一进行,要在极短的培训时间内将所有相关知识统一讲授,对学员来说难以接受.而历年电子设计竞赛的题目一般分为如电源类、控制类、通信类等几个方向,学员可以按照自己的兴趣确定一个方向,使培训内容聚焦,在有限的时间内学员的精力会投入到一个方向,并能迅速地积累在某个方向上的丰富经验.

作者:李凯张金林张容刘潇工作单位:空军预警学院

第11篇

关键词:模拟器;模拟训练;故障模拟

中图分类号:TM743 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2015)34-0191-02

Abstract: In order to meet the training needs of a certain type of naval gun weapon system, combined with the semi physical simulation and virtual modeling, the training simulator is developed. The general design idea of the training simulator is introduced. The function and composition of the simulator and the simulation method of the operation training and fault elimination are discussed in detail. The simulator can meet the needs of training posts competencies of students in assignment education academy. And it has a strong reference to the development of new equipment training simulator.

Key words: simulator; simulation training; fault simulation

1 概述

由于受到装备、场地、经费、维护保养等条件的限制,某型舰炮武器系统实装联动及故障排除训练很难开展,尤其是实装不可能随意产生各种故障现象,装备故障分析排除的训练更是难以开展,而模拟训练以安全、经济、不受气候条件和场地限制、能实现“全任务”训练、大批量训练等独特优势,成为解决上述问题的主要途径。

模拟训练是计算机技术和仿真技术融合的产物,已经成为军事领域重要的训练手段。本文通过实装仿真和虚拟场景相结合的方式,设计了具备操作训练和故障排除训练功能的某型舰炮武器系统模拟器,能较好地满足任职教育院校培养学员岗位任职能力的需求,能有效促进装备技术保障能力的形成。

2 总体方案

模拟器由导控台、射击指挥模拟台、跟踪雷达模拟台、舰炮监控模拟台、舰炮虚拟台、舰炮监控模拟台、大屏幕投影及音效系统等组成。可以实现系统管理、操作训练、故障排除训练、考核评估、理论学习等功能(如图1)。

2.1 台位组成

导控台由一台电脑和网络设备组成,主要用来对系统进行综合指挥控制,模拟产生目标、我舰姿态、气象参数、操作场景等信息,综合处理各模拟台位之间的信息交换,设置并故障、管理训练人员信息等。

舰炮虚拟台由一台电脑组成,安装舰炮三维模型。舰炮的机械和电气机构复杂,用实物模拟实现难度太大,并且成本高昂,实用意义不大,可采取全虚拟模拟,从整体外观到具体零部件建立三维模型,模拟舰炮的实战场景、内部各部件的动作过程及配合关系、各种故障现象等,并能接收火控模拟台和舰炮监控模拟台的命令,演示舰炮相应的动作。

舰炮监控模拟台、火控模拟台、跟踪雷达模拟台和射击指挥台主要包括电脑、操控面板、指示灯面板、各种电路板和外壳等(部分台位如图2),能模拟各台位的各项操作和相应的页面显示,并能通过导控台在各台位之间交换信息。各模拟台内部的电路板不需要具备实装电路板的功能,但要能模拟各种故障现象,如各种指示灯的状态,各测量孔的测量值等,电路板通过单片机系统与模拟台的电脑相连,传送各种数据。

2.2 系统功能

系统管理可以实现用户管理、训练信息管理、目标环境管理、兵力信息管理、训练科目管理、故障代码管理等。

操作训练可以实现舰炮、火控、跟踪雷达的单机训练、战位训练、武器系统操作训练等三类科目的训练。实时在虚拟台上演示操作相关的动作引起机械动作、电路动作等。

故障排除训练可以在训练时能够根据导控台设置的故障在系统的各设备中产生相应的故障现象,根据故障现象操作人员可以确定故障设备,进一步进行故障排除。对于电气故障,主要通过实装模拟台位,进行故障电路板的定位、拆卸、换板、安装、调试及检测等模拟故障排除训练;对于机械故障,主要通过虚拟台位,进行机械部件的检测、拆装、更换,在训练结束时对排除故障过程进行记录和上报。

考核评估可以实现对舰炮武器系统理论知识、操作技能和维修技能的考核评估。

理论学习可以实现对舰炮武器系统装备结构、工作过程、操作方法、维修方法、日常保养方法等知识的学习。

3 技术实现

3.1 三维建模

利用Solidworks软件进行舰炮三维建模,舰炮零部件模型为主要部分,包括炮身、炮闩、开关闩机构、供弹机构、击发机构、反后坐机构、随动系统、冷却机构、炮架等。另外,为了逼真表现舰炮的运行环境,也要建立舰船场景、舰炮射击场景等模型。利用PostEngineer软件组合各模型,完成舰炮射击前准备、舰炮的瞄准、舰炮射击动作、内部各零部件间的动作(包括开关闩动作、装卸弹动作、退壳动作、后坐复进动作、弹鼓动作、冷却装置动作、反后坐装置动作、随动系统动作等)、零部件的分解结合、机械故障现象等。

3.2 人机交互的实现

人机交互是模拟器模拟的重点,主要包括各种信号的输入和输出两个方面。输入信号包括数字信号、模拟按键或开关输入两种,输出信号包括各种显示页面、指示灯和数码管等。数字输入信号和各种页面的显示可以利用软件编程实现,模拟按键或开关输入以及指示灯和数码管的显示可以采用单片机电路控制实现,实现过程如图3所示。通过对输入输出信号的控制,可以模拟舰炮武器系统的操作、操作结果的显示及各种故障现象的显示。

3.2 故障排除的实现

舰炮武器系统故障排除主要包括舰炮机械部件故障和各台位电气故障两部分。

机械故障在舰炮虚拟台上通过三维模型虚拟实现,包括射击不过火故障、卡弹故障、退壳故障、供弹故障等,预先设置好这类故障发生时机、故障现象、排除过程等,可以在舰炮虚拟台上以单个项目的形式进行故障排除训练和考核,也可以在武器全系统中以总体项目的形式进行故障排除训练和考核。

各台位电气故障主要模拟台位内部数十块电路板发生的故障,这类故障发生后,要根据故障现象及监控页面,检查相应电路板指示灯显示,测量电路板测量孔信号,在定位故障电路板之后更换故障电路板,最后进行调试,直至故障排除。故障排除的主要手段是通过分析检查找到发生故障的电路板并进行更换,所以模拟台位上的电路板要能够通过单片机控制,实现各指示灯的显示、测量孔信号的输出,并且判断电路板的拆卸、安装及更换。

4 结束语

该型舰炮武器系统模拟器的开发能有效解决训练部门因缺少装备而无法进行操作训练的问题,在模拟器监控系统下进行操作和维修训练能有效监控训练内容,有利于规范操作过程,提高训练效果,同时也为执掌装备人员提供了各种条件下的训练平台。该型模拟器的成功运行也能为其他新型舰炮武器系统模拟器的开发提供方法和依据。

参考文献:

[1] 王桂芹,刘海光,张永. 某大型训练模拟器的设计与实现[J].四川兵工学报,2012,33(8):10-11.

[2] 金烈元. 标准实施的两种模式[J]. 军用标准化,2007(6).

[3] 王彤,卢世超,武智晖. 训练模拟器总体设计技术及应用[J].国防技术基础,2010(4):43-46.

[4] 张磊,冀海燕,卢文忠. 模拟器测试与维修训练应用仿真研究[J].现代防御技术,2011,39(1):153-156.

[5] 杨文兵,朱元昌,邸彦强,等.基于本体技术的分布式模拟训练系统操作监控平台[J].指挥控制与仿真,2014,36(2):136-139.

第12篇

关键词:Proteus仿真;单向可控硅;实训电路设计;理实一体化

中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1672-5727(2013)12-0164-02

在中职电子专业课程教学活动中,教师总希望使用实用、有趣的电路,但实际上适合具体教学环境的电路数量不足、已有电路与专业课程内容联系不够密切、涉及的知识技能跨度大。解决办法之一就是电子专业教师根据实际教学情况需要,主动进行实训电路的设计与制作,开发合适的理实一体化实践课程项目。

中职电子专业对可控硅的教学往往采用“理论讲解元件识别测试调光台灯电路安装”的模式。在这种教学过程中,理论知识和实训技能各个部分相对独立,缺乏相互融通,且电路采用220V交流电源不方便调试检测,所以学生对可控硅的理解难以全面和深入。一线教师应用心、认真地寻找解决办法,提高专业教学的有效性和针对性,增强学生的专业技能水平,同时提高自身的科研能力。以下针对一个基于Proteus仿真的可控硅测试电路实训项目进行分析研究。

项目电路设计

为了更直观显性地掌握可控硅专业理论,解决以上所说问题,需要设计一个安全、简单、直观、多功能的可控硅实验电路。笔者经过多方资料查找、原理分析,确定了一个简单实用的单向可控硅实训电路。整个电路的结构包括:变压器变压桥式整流电容滤波集成稳压可控硅主电路可控硅触发电路可控硅关断电路等部分。具体电路图如下页图1所示。

在实践中,首先,根据设计电路进行Proteus各项仿真,包括:(1)整流、滤波及稳压后电压、波形测试仿真。(2)通过单向可控硅触发导通、保持、关断过程仿真,得出其通断的条件。(3)通过单向可控硅控制极(G极电阻/电压)的仿真得出其控制极状态对导通的影响。在仿真中验证理论、发现问题、解决问题,并以此为依据设计电路功能所需要的专业知识、技能目标等相关因素。

接着,笔者在以下方面进行理实一体化教学:(1)学生分小组根据教师提供的资料包进行单向可控硅理论、实训电路原理等必备知识的自学。(2)电路图的识读,元件识别及测试。(3)PCB电路板(万能板)的设计及电路的焊接搭建。(4)用万用表、示波器等工具进行电路测试、数据记录、数据分析。(5)实验报告的填写,可控硅工作原理、导通与截止条件的归纳总结。(6)小组讨论本次实训的经验、收获、不足及改进办法等。

Proteus仿真实践研究

(一)思路

电路图大致设计好后,具体的元件参数还要确定,试验的现象还要定性,测试的数据还要定量。在具体焊接装配前,我用Proteus仿真软件对电路进行仿真、设计、调试。

(二)仿真内容及过程

在明确整个仿真的目的、任务之后,进行实际的仿真操作。在这个过程中,由于仿真的具体元件与我们实际焊接组装所用的元件参数不完全相同,以及所用软件的自身局限性,所仿真的数据、现象可能会有所差别。这在实际设计、仿真过程中要加以注意和区分,并采用合适的方法、措施进行补偿或修正。

电源部分的仿真 在给15V变压器通电后,运行仿真软件,仿真结果如表1所示。

单向可控硅触发/维持/关断过程仿真 单向可控硅工作条件的仿真过程如表2所示。

至此,整个电路的仿真基本结束。在此过程中,我们预计到和预计不到的情况都体现出来了,为我们下一步的电子组装、调试做好了准备。

电路制作实践与教学实施

以电路原理图及仿真结果为依据,接下来就是进行PCB设计和电路装接、调试了。由于这个电路比较简单,同时考虑到方便学生组装、测试,我就用单块的“万能板”安装,且将元件间距适当扩大。经过PCB设计和元件焊接安装、调试,完成的电路板如图2所示。

电路安装完整后,进行实际加电测试,发现仿真中的各项功能完全正常,各处的电压波形也与仿真相吻合。至此,在仿真指导下的实际电路制作、调试就完成了。然后就是根据理实一体化教学模式进行课程设计和实施教学。在讲授理论知识时以“必需、够用”为原则,强调“实用、适度”,而技能训练部分强调科学、规范及创新能力培养。在教师的安排引导下,使二者同步交叉进行,达到理论指导实践,实践又加深对理论知识理解的效果。同时,教学中还贯穿“教学做考”四位一体化教学,达到了较好的效果。

经过教师对电路的仿真验证、实物装调,以及对课程的整体设计、完善、教学实施,学生通过理论学习和综合实训探索得到了技能的增长。更重要的是,学生掌握了整流、滤波、稳压原理,还通过实验现象和数据分析等显性因素获得了单向可控硅的触发、维持、关断相关理论知识,并培养了学习、探索、团队合作等方面的能力。

用Proteus仿真软件指导的教学实训电路设计、教学设计及实施,已经是一个很有效的教学思路和途径,也使实训课有了良好的保障。更重要的是,教师在整个过程中探究了教研教改,增长了知识技能,获得了自信和乐趣,是一个良性循环,好的开始。

参考文献:

[1]王英.电工电子技术与技能[M].北京:科学出版社,2010.

[2]清华大学电子学教研组.模拟电子技术基础简明教程[M].北京:高等教育出版社,1995.

[3]人力资源和社会保障部教材办公室.电子EDA(Proteus)[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2009.