电子综合设计实验的教学改革

来源：职称阁分类：电子论文时间：2018-11-27 10:54热度：

　　这篇论文主要介绍的是电子综合设计实验的教学改革的相关内容，本文作者就是通过对电子工程实践的内容做出详细的阐述与介绍，特推荐这篇优秀的文章供相关人士参考。

电子综合设计实验的教学改革

　　关键词：电子综合设计;工程教育;空调集中控制

　　《电子综合设计实验》是信息工程、电子科学技术、电气工程及其自动化等专业的重要实践课程，是一门实践性很强的专业基础课，课程规定学时为2周，要求学生在两周内完成一项电子产品的具体设计并提交设计作品[1]。在以往的教学中，部分实验题目以原理验证为主、侧重于对某类知识的考察，如“数字钟设计”、“交通灯设计”、“风扇控制器”、“洗衣机控制器”、“可调直流电源设计”等，这些内容对于巩固学生数字电子技术等方面的理论知识确实起到了很好的作用，但这些选题内容工程实践性稍显不足，与工程教育专业认证[2]倡导的教学理念尚有差距。针对这一问题，对现有实验选题和要求进行改革，增加工程实践类课题。下面以“教室空调集中控制系统设计”为例进行介绍。

　　一系统架构

　　现在高校教室的空调控制方法基本采用“粗放式”管理，管理人员无法灵活地根据教室使用情况合理控制单个教室的空调，从而造成利用率不高、耗能严重等问题。实验所要求教室集中控制系统以降耗节能方便集中控制为目标，采用网络通信方式，将所有教室的空调与中央控制中心连接成一个一个网络，实现集空调数据采集、通信传输、远程控制一体的高校教室空调集中控制系统，及改善学生的学习环境又能使空调得到充分利用。如图1所示，该系统主要分为三个部分，分别是中央控制系统、(楼层)主节点和教室终端控制系统。教室终端控制系统包括有红外遥控模块，用来在不改变空调原有电路基础上向空调发出控制信号。

　　二设计要求

　　由于高校教学楼教室数量庞大，且每个教室内电力线负载较多，有照明，投影，安防，空调和电脑等众多用电设备，加之教学楼内建筑结构复杂，就通信部分而言，主要需求如下：(1)有较远的传输能力高校教学楼群数量较多，建筑结构复杂，从控制中心到每个教室，传输距离较远，因而需要通信部分具有较远的传输距离，较好的穿透能力和稳定的传输性能。(2)施工简单，安装方便大部分教室空调为后装的，之前并没有预留专用线路，所以需要在不改变原有装修设备，部署简单且不能改变空调原有的电路。(3)工作状态稳定在信息传输过程中能够实现信号的稳定传输，抗干扰能力强。

　　三系统硬件设计

　　系统硬件结构图2所示，系统硬件主要由以STC89C52为作为最小系统的中央控制端、433MHz无线收发端作为主节点和具有红外遥控的教室控制终端构成。(一)中央控制端电路(STC89C52)系统中央控制端采用的是STC89C52微处理器，晶振为11.0592MHz，在电力线载波模块与STC89C52之间采用串口通信的传输方式。电力线载波模块输出和输入的两根信号线(TXD，RXD)分别与STC89C52的P3.0(RXD)，P3.1(TXD)引脚对应连接后，通过模块的两个AC端直接连接220V，即可实现利用电力线进行数据通信。由于需要在P0口接入独立键盘，需要高电平输出以达到低电平触发的目的，所以在P0口接一个10KΩ的上拉电阻实现高电平输出。为了得到平滑稳定的电压，需要在电源与地之间接滤波电容，防止电压突变。(二)电力线载波通信模块系统使用单列9针小体积高性能同时具有过零检测功能的KQ-130F+电力线载波数据收发模实现电力线载波通信，该模块与STC89C52可共用5V电源，无需单独供电，减少施工难度，输出和输入的两根信号线(TX,RX)连接STC89C52后，通过模块的两个AC端直接连接220V(不分火线，零线)，实现通过电力线实现类似于485通讯的全透明通讯方式来收发数据，传送距离空载时可达1500米。(三)人机接口电路人接接口的输入部分采用了独立键盘的设计。当按键按下后，相应的端口变成低电平，在程序中通过查询的方法判断判断哪个端口为低电平，然后进入按键处理程序。把按键的一端接入STC89C52端口，另一端接地，当按键按下后，检测对应的单片机端口，低电平为按键被按下。显示电路采用LCD1602液晶屏，其数据口接STC89C52的P0口。(四)主节点电路中央控制端与楼层主节点之间的传输时基于电力线载波通信传输的，在主节点(楼层)与教室之间通过433MHz无线传输信息，主节点主要有433MHz模块与电力线载波通信模块组成，在电力线载波模块与STC89C52之间采用串口通信的传输方式。电力线载波模块输出和输入的两根信号线(TXD，RXD)分别与STC89C52的P3.0(RXD)，P3.1(TXD)引脚对应连接后，通过模块的两个AC端直接连接220V，即可实现利用电力线进行数据通信。433MHz无线模块通过广播模式与教室终端进行通信。(五)教室控制终端电路教室控制终端电路，由无线收发模块、红外发送模块和温度采集模块组成。电力线载波模块输出和输入的两根信号线(TXD，RXD)分别与STC89C52的P3.0(RXD)，P3.1(TXD)引脚对应连接，MD0、MD1与STC89C52的I/O口P2.7、P2.6引脚连接。AUX与STC89C52的P3.2引脚(外部中断0输入)连接，VCC接5V电源，GND接地。红外无线模块输出和输入的两根信号线(TXD，RXD)也是分别与STC89C52的P3.0(RXD)，P3.1(TXD)引脚对应连接。STC89C52的P1.0口与DS18B20的数据数据输入/输出引脚(DQ)连接，读取温度数据。

　　四统软件设计

　　系统控制流程如图3所示，设备上电初始化进入主菜单，然后等待控制人员选择，中央控制端向教室控制终端系统(B)(教室1)发送控制信号，教室控制终端收到信息后返回温度和空调开关状态信息，中控收到后显示出来，在延时一段时间内允许操作开关，延时结束后，不管是否操作，都把数据再次发送给终控制端系统B，B编码整合后发送温度和红外码(开或者关)信息至中央控制系统，然后中央控制收到返回的温度信息，中控端更新温度信息，更新空调开关信息的显示。通过控制人员的的判断后对空调开关状态做出操作控制，教室控制终端系统收到控制指令后通过红外发射端发射控制空调控制信号(开或者关)，然后教室控制终端再次将教室温度信息和空调开关状态信息发送至中央控制端即更新LCD1602信息的显示。发送端发出信息后两个(B、C)教室的终端控制系统都能接收到控制信息。在教室终端控制系统接收到的信息内容里包含有决定由B或C发送反馈温度给中央控制端。五总结为提高《电子综合设计实验》的工程性，并结合工程教育专业认证指导思想，以高校教室空调集中控制系统研发为背景，对《电子综合设计实验》实验选题及实验方案设计进行了探索，不仅有利于巩固所学专业知识、培养学生创新实践能力，更有利于培养学生的工程意识，促进高等工程教育向工程回归。

　　作者：陈世海王军代伟马文东单位：中国矿业大学信息与控制工程学院

文章名称：电子综合设计实验的教学改革

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