时间：2023-02-28 15:31:18
导语：在硬件系统设计论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
从嵌入式处理器来看，从最初的4位处理器，目前仍在大规模应用的8位单片机、到日益受到广泛青睐的32位MCU，以及更高性能的64位嵌入式处理器，目前具有嵌入式功能特点的处理器已逾千种，数十种常用的体系架构。广阔的市场应用前景吸引了大量的半导体公司参与竞争，其中从ASIC、MCU、DSP到FPGA以及因为结合了MCU和DSP优势而近年来异军突起的汇聚式处理器，处理器速度越来越快、性能越来越强，而功耗和价格却越来越低。目前。丰富的嵌入式处理器已经广泛应用到从国防、工业、汽车到医疗设备和消费电子等几乎所有的行业和领域。
汇聚式处理器解决嵌入式设计技术挑战
尽管嵌入式设计经过数十年的发展，在核心处理器硬件平台、嵌入式操作系统和开发工具上已经有广泛的选择，然而随着市场竞争加剧、系统日益复杂化，目标应用对系统的功能、性能、成本的要求也日趋苛刻。工程师所面临的设计挑战似乎并没有随着半导体技术的发展降低，甚至日益增高，工程师在进行方案选择时必须正确评估应用面临的挑战。
处理能力要求越来越高。系统本身的复杂功能、友好的界面设计要求、各种接口和通信需求都需要占用大量的MIPS处理能力，单一的传统MCU或ASIC很多时候难以满足系统高处理能力的需求，双芯片甚至三芯片解决方案日益增多，但随之而来的高设计复杂性、功耗和BOM(材料清单)成本让方案缺乏竞争性。此外，当前嵌入式系统设计，特别是一些新产品和功能复杂的嵌入式产品设计，要在设计周期很有限的条件下完全从零开始实现设计已经变得不现实，也不具成本效益。因此，是否能提供完善的开发工具套件、必要的软件模块、成熟的参考设计、系统设计支持，以及是否有完整的设计生态系统等，对于是否能按期高质量地完成系统设计非常关键。
标准的多样性和不确定性带来产品升级换代的顾虑。当前在各个行业都面临一些创新型应用，例如智能电表和智能视频监控等，这些应用都具有一定开创性，目前没有或尚未形成行业统一的标准，如何在保证抢占市场窗口期的先机，同时确保当前的设计满足未来变化的市场和技术需求，必须考虑方案的可扩展性和性能裕量。
低功耗的要求日益苛刻。处理器性能要求越来越高，而系统功耗要求越来越低，这几乎形成一对矛盾。然而，实际设计过程中，工程师不得不面对这种近乎矛盾的需求。随着半导体工艺技术、嵌入式处理器架构优化以及设计技术的改进，低功耗设计技术日新月异，电压、工作频率自适应调整技术、多工作模式的节能技术、数字电源管理技术，以及低功耗的最新半导体工艺技术应用层出不穷。在众多方案中选择满足设计功率预算要求的系统方案也是系统设计成功的关键因素之一。
选择具有广泛嵌入式系统支持能力的解决方案非常重要。目前可用的嵌入式操作系统众多，各具优势，硬件平台方案对这些操作系统的支持能力是进行方案选型的考虑要点之一。
以Mcu或AsIc为核心器件的硬件平台方案在解决上述嵌入式系统设计要求上正面临挑战，有限的处理能力通常难以满足很多应用的高处理能力需求，或者缺乏进行功能扩展和产品升级换代的设计灵活性，某些设计为了满足系统的处理能力要求而增加DsP或协处理器，从而增加系统的复杂性、功耗和成本。
结合MCU和DsP性能优势的汇聚式处理器是有效解决上述设计挑战的方案之一，而ADI公司Blackfin处理器是目前市面上唯一的汇聚式处理器产品。汇聚式处理器典型应用有电力应用的智能电表，安防应用的视频监控，医疗设备的便携式房颤监测仪，工业应用的3DLevelScanner三维曲面测量仪等。预览全文，请访问本刊网。
科学大师是引用出来的
在一次期刊培训会上，我国一位期刊研究专家语出惊人：“科学大师不是评出来的，而是引用出来的。”例如达尔文的相对论、牛顿三大定律的引用率都属最高级。但目前，我国科技论文的引用量和引用率偏少，这不仅不利于众多科研成果传播，也不利于科研新人的显现，因此，应该鼓励科研人员在学术论文中多引用文章和著作。
参考文献
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基于ZigBee的智能家居控制系统的设计
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基于Cortex—A9的智能家居控制系统的硬件设计与实现
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基于Cortex—M3的智能家居监控系统的设计
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关键词：Proteus软件，嵌入式系统，设计仿真，联合仿真
1、引言
随着电子技术和信息技术的快速发展，嵌入式系统已经在通信、多媒体、工业控制、信息家电等领域得到了广泛的应用。嵌入式系统的设计包括硬件设计和软件设计。按照传统的模式，在整个项目开发程中，先根据要求设计原理图，搭好硬件电路和编写程序，通过仿真器对系统硬件和软件调试, 最后将调试成功的程序固化到单片机中。由于硬件众多可能出现各种故障，整个过程要花费大量的时间与精力。如果采用 Proteus 软件进行系统虚拟开发和仿真，可大大降低开发成本并提高开发速度。
2、proteus软件的体系结构
Proteus是目前世界上最先进最完整的嵌入式系统设计与仿真平台。它是由英国Labcenter Electronics公司开发的EDA工具软件。Proteus除了能实现模拟电路、数字电路、模数电路仿真等功能外，最重要的特点是它能够把用户编写的应用软件作用在微处理器上并和连接在该处理器的外围模拟器件及数字器件协同仿真，就像在真正的嵌入式系统的硬件平台上执行目标代码。还可以直接实时动态地模拟按键、键盘的输入，LED、液晶显示的输出，同时配合虚拟工具如示波器、逻辑分析仪等进行相应的测量和观测。
Proteus软件的体系结构如图1所示。Proteus PCB Design主要用于PCB设计，如自动或人工布线及其硬件电路仿真等。
图1 Proteus体系结构
Proteus VSM主要实现数字电路、模拟电路及数/模混合电路的设计与仿真，特别是能实现嵌入式系统的软硬件设计和仿真。它的核心是ProSPICE，这是一个组合了SPICE3F5模拟仿真器核和基于快速事件驱动的数字仿真器的混合仿真系统，SPICE内核使用众多制造商提供的SPICE模型。PROTEUS VSM包含大量的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪、函数发生器、数字信号图形发生器、时钟计数器、虚拟终端，以及简单的电压计、电流计。仿真过程中，可以用鼠标点击开关、按键、电位计、可调电阻等动态外设模型，使嵌入式系统根据输入信号做出相应的响应，并将响应处理结果实时地显示在LED、LCD的动态显示器件上，实现了实时交互式仿真。整个过程与真实的软件、硬件调试过程相似。
3、Proteus设计和仿真嵌入式系统流程
3.1 硬件系统设计流程
嵌入式系统是一个软硬件紧密结合的系统，首先要进行硬件系统的原理图设计，这是嵌入式系统设计的基础。只有在设计好硬件系统的原理图的基础上才可以进行仿真。硬件系统在Proteus中的设计流程如下：：
1) 创建设计文档和设置工作环境。在进行硬件系统的设计前，首先根据嵌入式系统要实现的功能构思好其硬件系统原理图，即必须知道所设计嵌入式系统需要哪些电路、元器件来完成。工作环境采用默认的，也可以根据实际硬件系统电路的复杂程度来设置图纸的大小及注释的风格等。在硬件系统电路图设计的整个过程中，图纸的大小可以不断地调整。设置合适的图纸大小是完成原理图设计的第一步。
2) 提取和放置元器件。根据构思好的硬件系统电路图从元器件库选取相应的元器件放到图纸适当位置，并对元器件的名称、标注进行设定，再根据元器件之间的走线等联系对元器件在工作平面上的位置进行调整和修改，使得硬件系统电路原理图美观、易懂。
3)元器件间的连线。根据实际电路的需要，利用 Proteus 的各种工具进行布线, 用导线把元器件连接起来。构成一幅完整的硬件系统电路图。
完成上述步骤后, 就构成一幅完整的嵌入式系统硬件电路图。如果要完成印制电路板还要还要进行以下步骤。
4)建立网络表。网格是设计中有电气性连接的电路。
5)对硬件系统原理图进行电气规则检查。当完成布线后，利用Proteus ISIS编辑环境所提供的电气规则检查命令对设计进行检查，并根据系统提供的错误检查报告修改硬件系统原理图。
6)调整。如果硬件系统原理图已经通过电气规则检验，那么硬件系统的设计就完成了，但是对于一般硬件电路设计而言，尤其是较复杂的硬件系统，通常需要对其电路多次修改才能通过电气规则检测。论文参考网。
7)存盘和输出报表。Proteus ISIS提供了多种报表输出格式，同时可以对设计好的硬件系统原理图和报表进行存盘和输出报表。
3.2、软件系统设计
软件系统是嵌入式系统的灵魂。论文参考网。在Proteus中完成硬件系统的设计后，要根据系统功能进行程序设计。论文参考网。在编制和输入的源程序代码时，Proteus 提供了一个简明的源程序文本编辑器 SRCEDIT。它本质上是 NOTPAD的改进版本，可以打开多个源文件。如果要使用像UltraEdit的第三方源程序编辑器，方法是：首先选择菜单的Source→SetupExternal TextEditor，弹出Source Code EditorConfiguration对话框，其次单击对话框中的 Browse按钮，并选择文本编辑器的可执行文件。此时在Executable中显示文件路径，最后单击 OK按钮。
源程序设计完成后，必须生成目标代码。Proteus 提供些代码生成工具。 如果要使用第三方代码生成工具，要进行注册，方法是：首先要大开菜单栏Source→DefineCode GenerationTools，弹出Add /Remove Code GenerationTools对话框， 再单击New按钮，出现Code GenerationTools对话框，选择工具可执行文件，单击“打开“按钮，即可将代码生成工具添到Add /Remove CodeGeneration Tools对话框中Tool下拉列表中。并在SourceExtn、Obj.Extn文本中，分别加入源程序文件和目标代码文件的扩展名，如分别写入ASM、HEX。在Command Line中输入编译器的路径，%1代表源文件，%2代表目标文件。最后为列表文件设置扩展名，并指定调试数据提取路径。
3.3、系统仿真
对所编写的程序进行编译、链接，通过后可以进行系统仿真。首先在硬件系统原理图中选择微处理器，单击左键弹出编辑元器件对话框，在元器件属性Program File中添加目标代码文件。在Clock Frequency中设置晶振频率。点仿真运行按钮，Proteus开始运行仿真过程。图2就是在Proteus中设计和仿真的计算器。可以用鼠标在计算器面板上操作，LCD显示结果，实现了实时交互式仿真。
图2 设计和仿真计算器图
4、Proteus和Keil的联合仿真
uVision是德国Keil公司的开发软件工具。它支持众多与此同时8051兼容的 8位单片机。内部集成C编译器、汇编器、连接器、调试器和软件仿真等基本组件，其界面提供了功能强大的编辑和浏览，非常方便的进行快速开发。它的用户比较多，相关资料也很丰富，而且用C语言开发单片机应用软件也是今后的一种发展趋势。因此结合Proteus和uVis ion进行联合仿真也十分必要。
由于Keil与Proteus之间通信是通过TCP /IP进行的，因此要确保你的计算机安装了TCP /IP协议，否则要安装此协议。KEIL和Proteus可以在同一台计算机上，也可以分别在两台计算机上。Proteus帮助文档通过实例说明其方法，下面给出连接步骤：
1) 把Proteus 的MODEL子目录下的VDM51.DLL复制到Keil安装目录下的 BIN 子目录里。
2) 用文本编辑器打开 KEIL 安装目录下的TOOLS.INI, 并在[C51]下添加 TDRV3=BINVDM51.DLL(“proteus VSM Monitor- 51Driver“)，保存。
3) 在Proteus的debug菜单中选中use remote debug monitor。
4) 打开 uVis ion, 进入到 PROJECT的 OPTION FOR TARGET“ 工程名” ，在弹出的对话框选择 DEBUG 选项卡,选中Use单选按钮, 并且在下三角按钮选择 Proteus VSM Monitor-51Driver。
5) 单击Setting 按钮，弹出对话框如果Keil和Proteus在同一台计算机上，不要改动设置，直接单击 OK按钮。如不在同一台计算机，则 HOST中填写另一台计算机的IP地址，端口号不变。
完成上面的设置后, 就可以联合仿真。
5、结束语
Proteus为嵌入式系统学习者培养研发能力和从事电路设计及嵌入式系统的工程师提高开发效率提供了一个平台。应用Proteus软件设计和仿真嵌入式系统，这对于提高产品的开发效率、 降低开发成本等有着非常重要的作用。也为嵌入式系统实践教学和建立虚拟实验室提供了新方法。
参考文献
[1] labcenters.co.uk
[2] windway.cn
[3] Proteus帮助文档
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但以技能培养为主的技工院校，往往没有开设这一教学环节。虽然有技能鉴定环节，对学生的理论知识水平和实操技能进行较为全面的考核，但学生往往缺乏“系统”的观念，看到的只是一个个单独的个体（科目），未能将这些科目串成一个“专业”。另外，技校生的写作能力很差，特别是对于专业论文，更是毫无概念。因此，笔者经过几个学期的实践、试点，认为在高技及以上层次班级开展毕业设计是必要的、可行的，具有重大的现实意义。
一、毕业设计的意义
1.高技及以上层次班级可开展毕业设计
依据“全国技工院校专业目录”，中技层次班级往往为三年制教育，并且最后一年为校外定岗实习。他们所学的知识、技能、综合素质等往往不足以开展毕业设计。而高技及以上层次学生比中技层次学生在技能上、特别是专业知识技能上，更能适应毕业设计的要求。对初中起点高技班而言，学生临近毕业前期，已经历了三四年的理论学习、技能培养，能较深入地理解所学专业，掌握更坚实的技能水平。对于高中起点的学生，开展毕业设计的意义就更加必要。据笔者了解，高中毕业起点学生，更愿意当自己是“大学生”，愿意被当做是“大学生”。而对工科生而言，毕业设计是必需的。
2.有利于综合应用所学内容
开展毕业设计能将所学的分散的课程整合在一起，培养学生的综合应用能力，培养他们树立起“系统”的观念。技校学生往往能很好地完成单一的任务，但若要将多个单一的任务整合成一个较为复杂的大任务（或“工程”），往往是他们的“软肋”。因此，透过毕业设计，培养学生综合应用能力是十分有意义的。同时，毕业设计也是检验教学效果的一种有效方法。
3.有利于培养信息检索能力
技校学生大多不懂得“检索”一词的含义，更不会自觉、主动地开展信息检索和信息处理。他们往往是被动地接收。笔者曾给学生某个主题，要求他们去搜索资料，最后合成一份报告。一开始，学生们不以为然，认为“百度一下”而已嘛。但结果是令人失望的，他们未能很好完成检索工作。因此，开设毕业设计，培养、引导学生学习有效的信息检索，并能对信息进行处理，取其精华，去其糟粕。检索能力的培养和锻炼，笔者认为无论对谁都是必需的、有意义的。
4.有利于学习论文写作
笔者在参加维修电工技师、高级技师培训班的论文辅导时，深感基本写作能力的重要性。在笔者辅导的学员中，有不少技能很好，但一提笔就头疼，甚至连一个完整的句子都表达不出来。另外，在工作岗位上，特别是在专业技术岗位上，论文撰写是必不可少的。它是一种合理的、准确的总结与表达，是一种有效的沟通、交流方式。对即将踏入社会的学生而言，指导他们认识什么是论文，并初步撰写简单的毕业论文，无疑是十分有意义的。
二、毕业设计的开展
1.合理选题，全程指导
老师拟定若干课题，学生根据实际情况选定。考虑到学生尚无自主选题能力，课题的设计必须由老师完成。老师必须结合学校实际情况（包括硬件、课程开设、专业特点等实际情况）和学生的实际知识水平、技能水平，有针对性地设计一些综合性课题。这些课题，不能是凭空设想的，必须是实际工程项目的一部分（可以是适当简化的）。只有实打实的、贴近生活的课题，才符合技校特点，才能让学生感受到实际场景。
笔者学校设计了如下几个课题：全自动化洗衣机系统设计；自动售货机控制系统设计；多路抢答器设计；多功能电子时钟设计；基于PWM的直接电机调速系统设计；5层电梯控制系统设计。每个课题都能结合学校实训设备进行实地实物制作与调试，作为毕业成果。
老师还必须结合学生实际情况，指导其合理选题，避免中途出现课题太难或太简单的情形，保证学生能在有效时间内完成相应要求。同时指导教师必须全程跟踪、指导学生，特别是引导学生学习如何检索资料、如何进行信息整合、如何寻求问题突破口。一句话，老师必须更加重视“过程”，而非“结果”。因为熟悉设计流程、学习信息检索就是毕业设计的一大目的。
2.制订计划，遵照执行
学生选题后，指导教师必须十分重视学生进度计划的制订。这一方面让学生体会到计划对开展工作的必要性和好处，另外一方面也是对学生的一种约束与鞭策。
老师必须重视指导学生开展计划的制订，合理分配时间段。计划制定后，必须由老师签名、学生本人签名确认，并定期开展验收工作。这样可以及时发现存在的问题，并及时解决，也能很好地避免学生惰性发作。
3.逐个击破，树立信心
课题要求阶梯式，每个课题分若干步骤完成，比如首先是基础功能（要求），接着是相互独立的提高要求。学生犹如搭积木似的开展毕业设计，逐个击破，而不要求系统地一次性完成整个设计要求。这样的好处是明显的，学生完成基本要求后，对后续提高要求的破解就更有信心。
笔者一开始开展毕业设计，一次性就将设计要求给出，最后发现效果很差。这再次验证了技校学生缺乏系统意识，无法全盘考虑问题、解决问题。之后，笔者将所有课题设计成“积木式”，每个学生都必须完成最基本的“拼装”（基本要求），之后逐个完成提高要求。其实这也是一种很重要的编程思想——模块化。
4.撰写论文，学习表达
开展毕业设计的重要一环，就是撰写毕业论文，对课题完成情况进行合理、准确、规范的表达。其目的不在于论文本身，而在指导学生认识到什么是论文，让学生明白有效地开展信息检索是有好处的，这对以后的工作是非常有帮助的。
在这一过程中，指导老师必须介绍论文的意义、论文的结构框架、撰写要求、技巧等，还必须给出范文供学生参考。另外，诸如字体、排版等基本要求，也是学生往往不重视的部分，他们往往认为，这是小事。对此，指导老师必须严格要求学生重视细节，让他们明白细节决定成败。
指导老师还应充分认识到学生表达能力差、不善于开展信息检索等问题，并全程引导、帮助学生开展信息检索，比如如何设定检索关键词，以更快获取期望的信息。同时，还必须指导学生学习如何对检索到的原始素材进行有效的取舍、组织、消化，最终形成对学生有意义的资料。总之，指导学生撰写论文往往比指导课题设计更难，需要花费更多的精力和耐心，但对提高学生的能力而言是毋庸置疑的。
三、小结
结合笔者近年来的教学实践，笔者认为高技及以上层次（特别是兼修大专或本科）的学生开展毕业设计对全面考核教育、教学质量，切实提高学生综合能力，特别是设计能力、信息检索能力、论文写作能力，具有十分有益的作用，可以为其走向工作岗位奠定良好的学业基础。
参考文献：
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（作者单位：广东省粤东高级技工学校）
关键词：毕业设计；团队合作模式；毕业设计改革
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）36-0161-02
近年来，在高校不断扩招，就业形势日益严峻的背景下，使得学生压力倍增，纷纷把考取研究生和找一个理想的工作作为头等大事，忽略了实践环节对于专业学习的重要性，这一矛盾对于通常安排在第八学期的毕业设计而言显得更加突出。在毕业设计环节，有些学生应用人单位要求提前到岗实习。然而到了工作岗位上，既要尽快熟悉新的工作环境，又要努力做好手头的工作，在相当短的时间内完成从学生角色到员工角色的转变，开始一种全新的生活，对不少学生来说在其心理上和生理上都是一个很大的挑战，很难再有精力去做好毕业设计。更有甚者，部分学生顶岗实习后，由于专业不对口，工作环境根本不具备做毕业设计的条件，尤其对于电气工程及其自动化这种实践性较强的专业而言，没有最基本的实验设备和实验环境，学生无法去做毕业设计，只能马马虎虎，敷衍了事。[1-4]
本文针对当前高校毕业设计（论文）环节存在的普遍问题探寻针对性的解决方案，以电气工程及其自动化专业BG1001试点班为例，尝试建立符合人才培养规律与学校定位的毕业设计（论文）模式。
一、改革方案
1.方案制订
为了使每个学生都能在毕业设计中得到实在的锻炼，目前，毕业设计（论文）基本实行单人单题目制度，学生在毕业设计（论文）过程中独立完成自己的工作。这种主要的模式虽然有利于培养学生独立解决问题的能力，但在协作能力的培养上却有所不足。因此，试点班BG1001电气工程及其自动化（试点班）尝试通过相互协作的团队合作模式，即2个学生相互合作、完成一个较大的综合性题目的模式。指导教师选择上尽量选择具有一定硬件开发能力及具有较高学术造诣的教师，此次试点班指导教师配备了2名教授、5名副教授（高工）、2名讲师。论文选题如表1所示。
团队合作模式的最主要特征就是个人的设计内容与他人的相互关联，具有下列特点和要求：
（1）题目具有一定的综合性或合作性，能培养学生的综合能力、创新能力和合作精神。为了能够满足2个学生共同完成一个项目课题，选题就比较重要，需要满足2个学生的工作量，又能彼此分工。本次选题要求能够完成实物，并在正式答辩时能够进行实物展示。
（2）题目来源多样化、自由化。指导教师可以根据专业内容或自己的科研课题命题，也可结合学生的想法和思路与学生商议共同命题。例如：基于ARM的四轴飞行器姿态控制研究项目有学生自己提出。本次选题类型有硬件设计、PLC控制、基于单片机的开发、基于ARM的开发、基于DSP的开发、仿真设计等。
（3）团队合作模式可以有三种方式：同一项目分工，可以一个硬件设计、一个软件开发。例如：超低功耗无线车位探测控制系统设计研究、光伏最大功率跟踪电路设计等项目就是采取该模式。同一项目可以不同方案实现。该方案在本次毕业设计中没有团队采用。同一项目，可以一个通过软件仿真实现、另一个完成实物开发。
（4）要求教师对合作的两个学生同时进行指导。除了按照统一的毕业设计（论文）管理规范给予指导外，还要针对相关联和合作的内容，组织相关学生共同分析、探讨题目完成中遇到的问题等。
团队合作模式的优点是：每个学生不仅在各自的研究内容中得到科学研究方式方法的培养和训练，且能从相互间的配合和协作，培养学生的团结精神，为今后从事科学研究打下一定的基础。[5]
二、毕设执行情况
对于试点班的毕设执行情况，跟其他班的采取措施一致，同时进行。BG1001学生人数为43人，学生按照签约单位要求，在签约单位实习学生人数为29人。毕业实习单位主要有上海三菱电梯有限公司、上海阿尔斯通交通设备有限公司、上海振华港机重工有限公司中国电子科技集团公司第21研究所等17家单位。因此该班也存在着提前到岗的情况，给毕设工作的开展带来不少的困难。
1.开题报告
2014年3月7日，电气工程及其自动化专业举行了2014届本科毕业设计（论文）开题答辩，电气系共有149位本科毕业生，系部组织了6个答辩小组。试点班的学生答辩时分配到各个小组，同一课题的学生分到同一组。由于试点班的学生是2个人一个题目，答辩时，可以两个人一起进行答辩。这样方便参加答辩的老师整体上把握学生的研究内容、工作量，及时指出不足。答辩老师肯定了试点班学生按新方式进行毕业设计。认为学生的分工比较明确，题目选取上也有一定的工作量和难度，适合学生开展此课题。开展毕设过程中，能把该专业学过的电路、电子技术、嵌入式开发语言等灵活运用，达到了开展毕设的目的。但同时，但也指出了一些同学的不足。
试点班具体情况汇总如下：有的毕业设计（论文）研究目的、内容不明确以及课题范围太广，需要补学的东西较多，论文工作量偏大。例如基于ARM的四轴飞行器姿态控制研究，该课题涉及无线遥控、通讯，四个电机的驱动，飞行姿态的控制，工作量比较大，尤其是飞行姿态的控制涉及到空气动力学的知识，而电气工程及其自动化专业没有学过这方面的课程，因此需要补学得知识就比较多，学生完成该设计的难度也会比较大。有的毕业设计（论文）研究内容稍简单，难度偏低，工作量偏小，应增加其量程及控制功能。例如“基于单片机的电压-电流转换电路系统设计”，该题目主要是完成电压-电流转换，这个主要是运用运放及其反馈知识，相对来说比较简单，但是如果能增加其量程的选择、能够有效的控制切换并进行良好的显示，也能符合毕设的要求。“一种新型非接触式钢轨裂纹检测系统”该题目需增加其巡检功能，检测系统不仅能在固定的位置检测出裂纹，而且在移动中也能正常工作。
2.中期检查
为保证毕业设计质量，加强对毕业设计过程环节的监控，切实做好毕业设计工作，2014年4月18日，电气系举行了2014届本科毕业设计（论文）中期检查答辩，要求每一位毕业生进行PPT汇报答辩，并检查了毕业设计任务书、毕业设计课题的进度、毕业设计（论文）教师指导记录本、中期检查报告等。电气系中期答辩的分组跟开题报告答辩时一致，这样参加答辩教师对学生所做的东西比较熟悉，能够对学生现阶段的成果进行点评和指导。
经过答辩学生的宣讲、答辩组老师的询问和学生所交材料的检查，发现学生的毕业设计还存在着一些问题。试点班总共不通过人数为7人，具体情况见表2。其中4人是缺席了中期检查，三人应论文存在问题比较多，进度严重滞后而没有通过答辩。缺席4人次也说明这个班的部分学生对待毕设的态度也不是很积极。
存在问题：部分同学对毕业设计不够重视，投入精力较少，在中期检查中发现他们对研究内容尚不清楚，对毕业设计（论文）的要求理解不透彻，课题研究还处于起步阶段，没有真正突出重点。例如：光伏最大功率跟踪电路设计论文，该论文没有实际开展，对文献综述也比较简单，对里面的重点技术MPPT也不是太了解，论文中期报告也没有按照学校要求的格式撰写。部分学生收集、整理、分析信息、资料的能力欠缺，毕业设计内容稍单薄，数据运算、分析、处理能力不够，图纸规范化程度低，设计实验线路和搭建实验装置、实验数据的处理（图表，曲线）、实验结果与讨论能力稍欠缺。
3.全院毕业设计（论文）答辩
2014年5月27日、30日、31日，电气学院举行了2014届本科毕业设计（论文）答辩，要求每一位毕业生进行PPT汇报答辩，并检查了毕业设计任务书、毕业设计（论文）等。具体情况汇总如下：本届共有394位本科毕业生，学院组织了18个答辩小组，共有391位同学参加了答辩。其中3位同学（其中一位海外留学生）因为毕业设计（论文）没有完成，故没有参加答辩。经过答辩学生的宣讲、答辩组老师的询问和学生所交材料的检查，答辩组老师认为大多数同学能在规定的时间内完成毕业设计任务陈述、基本上能围绕主题展开，概念基本清楚。试点班学生基本按照预先的要求完成了实物，14个作品进行了展示。
在参加首次答辩的391位同学中，最后经过答辩组专家的一致推荐有38位同学（其中试点班学生9名）的毕业设计被评为电气学院优秀毕业设计，试点班学生约占23.7%。经过电气学院学术委员会的选优答辩、讨论研究，最终推荐8位同学（其中试点班学生2名，约占25%）参加学校的公开答辩，最终试点班学生一名获得三等奖，一名获得优秀奖。
三、结论
本次BG1001电气工程及其自动化（试点班）毕业设计，对毕设模式进行了一些尝试，采取了团队合作模式，即2个学生相互合作、完成一个较大的综合性题目的模式；另外选题上主要是以实物开发为主；指导教师选择上尽量选择具有一定硬件开发能力的教师；且要求毕设答辩时需递交实物进行展示。试点班毕业设计改革表明，尽管有67%学生毕设期间一直在企业实习，但毕设质量还是有明显改善，试点班的学生占电气学院的优秀率为23.7%，校级优秀占25%。
参考文献：
[1]张勋才，牛莹.“卓越工程师教育”背景下电类专业毕业设计改革探索[J].中国电力教育，2012，（6）：98-99.
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[3]左晓明，许兆美，郑晓虎.周仁和应用型人才培养模式创新实验区的探索与实践[J].中国制造业信息化，2010，39（23）：76-78.
关键词:单片机系统;综合实践课程;实践教学
abstract: single-chip system design is a practical application and have a strong curriculum. in order to fully stimulate the creativity of students so that students are familiar with single-chip application system and development process, to master the single-chip design and development of the principle, we created an integrated single-chip system design practice courses. this article describes the practice of integrated curriculum implementation plan, gives a typical example of the design. after several years of teaching practice, this course has been a good teaching results.
key words: single-chip system; the practice of integrated curriculum; teaching practice
1 前言
单片机系统设计是一门实践性、应用性很强的课程。传统的单片机系统设计实验教学,具有:①实验应用机会少;②缺乏具体的实验教学内容和完善的考试、考核方法;③验证性多,创新性少;④实验教学内容与实践应用脱节的弊端[1]。这样的教学模式和方法,很难让学生完全掌握单片机系统设计的基本原理和开发方法,更不用说培养学生的创新能力。因此,为了培养和训练学生具备独立设计简单的单片机应用系统、编写系统控制程序的能力和技能,激发学生的创造力,我校在学生完成了《单片机系统设计》的理论课和汇编程序设计、七段数码显示、键盘扫描、ad转换、串行通讯等实验教学后,特开设了为期2周的综合实践教学环节。此教学环节让学生完成一个单片机系统的设计、开发、调试的完整过程,整个综合实践教学环节完成后,学生对单片机系统的学习和应用兴趣更浓了,而且具备了自行设计、开发简单的单片机系统的能力。
2 任务与要求
利用伟福lab6000系列单片机仿真实验系统构成简单实用的单片机系统,要求如下:
(1)充分应用mcs-51系列微处理器和伟福lab6000系列单片机仿真实验系统所提供的硬件资源,自由选题实现一个简单实用的单片机系统。
(2)要求具备必需的人机接口。
(3)可以选用汇编或c51语言进行控制程序开发。
设计的系统性能如下:
(1)系统运行稳定,具有一定的抗干扰和故障自测能力。
(2)系统设计安全可靠,具有出错报警和应急关闭能力。
(3)系统精度达到一般民用品的基本要求。
(4)人机接口界面友好、直观、操作简单。
另外,我们提供了一些选题供学生拓展思路,主要有:
(1)出租车计价器。
(2)温度控制系统。
(3)可编程交通灯系统。
(4)pwm电机调
速系统。
(5)数字温度计。
(6)数字频率计。
3 设计范例
3.1 pwm电机调速系统
pwm电机调速系统如图1所示,系统包含电机驱动电路和测速电路,两者构成闭环系统。电机驱动采用脉宽pwm调压电路,测速电路的核心部件是霍尔元件。
图1 pwm直流电机调速系统原理图[2]
霍尔元件是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用。在外磁场的作用下,当磁感应强度超过霍尔元件导通阈值bop时,霍尔元件输出管导通,输出低电平。若外加磁场的b值降低到brp时,输出管截止,输出高电平。在直流电机的转盘上粘贴着一枚小磁铁,霍尔元件安装在转盘附近,每当磁铁靠近霍尔元件时霍尔元件导通,输出低电平,远离时霍尔元件截至,输出高电平。这样,直流电机转动一圈,霍尔元件就会输出一个脉冲,通过这个原理能够测出电机的转速。
pwm是单片机系统中常用的模拟量输出方法,通过外接的转换电路,可以将脉冲的占空比转化成电压。直流电机的转速和驱动电压呈近似线形关系,改变脉冲的占空比,就可以改变直流电机的转速。
系统结构图如图2,闭环工作时,测速电路测得的转速和给定的转速相减获得差值e,根据差值e运用pid增量控制算法获得控制量,即占空比,通过mcs-51的口线输出给定占空比的脉冲,再通过转换电路转化成电压来驱动直流电机。系统控制算法采用增量型pid控制算法,如果k时刻电机当前转速是y(k),给定转速是r(k),pid控制器输入信号为e(k),输出信号为u(k),则离散的pid递推算法如下:
图2 pwm直流电机调速系统结构图
3.2 数字温度计数字温度计的核心电路——温度传感器调理电路如图3所示,温度传感器采用负温度系数的热敏电阻(ntc),ntc的阻值随着温度的上升而非线性下降,具体温度-阻值特性为
(4)
式中,rt 、 rt0是温度分别为t、t0 时的电阻值;b为负温度系数热敏电阻的材料常数[3]。
固定电阻和ntc组成的电阻桥输出电压随ntc阻值的变化而变化,这种变化经过差动放大器的放大后送给ad转换器转换成数字量,具体转换遵循以下公式:
(1) 电桥输出电压u
(5)
(2) 差动放大器输出电压 u'(一般r7=r8,r9=r10)
图3 数字温度计原理图[2]
一般情况下,会事先根据ntc的温度-阻值特性计算出一张温度-阻值对应表。根据ad转换的数字值逆运算获得当前ntc的阻值,再根据ntc的温度特性表运用分段查表和表项间线性运算就可以获得当前温度值,把当前温度在输出设备(如七段数码管、lcd)上显示出来就构成了完整的数字温度计。本范例也可在其他温度测量的系统中应用。
3.3 出租车计价器
出租车计价器是一个较实用的设计范例,它的结构如图4。出租车计价器包含里程测量电路、实时时钟电路和人机接口。
出租车计价器里程测量的核心部件是霍尔元件,具体电路和图1的测速电路一样。在轮胎的转轴上粘贴了6个小磁铁,轮胎转动一圈,霍尔元件就会输出6个脉冲,对脉冲进行计数就可以获得轮胎转动的圈数,圈数乘以轮胎的周长就可以获得车辆行驶的里程数。
图4 出租车计价器结构框图
一般情况下,出租车白天和晚上的里程单价并不一样,因此需要一个实时时钟来获得当前时间。ds1307是一个i2c总线的实时时钟(rtc),在外部电池的供电下,它能提供高精度的年月日时分秒bcd码时间。另外,它还包含56字节的非易失性sram(nv
sram),可以用来保存系统的设置信息。
显示设备可以采用七段数码管或lcd,用来显示当前时间、行驶里程数、里程单价、和行驶
里程价格等信息。还需要少量的按键或矩阵式键盘用于输入里程单价、开始计价、清零、时间设置等操作。
4 实施过程
4.1 根据任务与要求进行总体规划与设计
这个过程包括:
⑴ 课题选择。
⑵ 硬件模块的选择和设计。
⑶ 软件整体流程的设计。
⑷ 查找各种所需资料。
综合实践课题题目是不是新颖,是不是能够激发学生的创造性和好奇心,直接影响学生实验的积极性,有的学生觉得做实验非常无聊,就是因为他们的好奇心和热情没有被激发起来。而集知识性、趣味性、创造性于一体,能应用所学知识解决具体问题的综合实践课题,是本综合实践的最大亮点,也是本教学环节区别于其他教学环节的标志。我们要求学生思考在实际生活中能应用单片机系统技术能解决的具体问题,并且考虑伟福lab6000系列单片机仿真实验系统所能提供的硬件资源,选择一个有自己特色、能在两周内独立完成的题目,题目要求新颖,鼓励创造性的思维,并且能解决实际生活中的具体问题。
受限于实验条件,硬件设计无法完全按照单片机系统设计的一般方法和标准步骤来实施。在教学过程中,我们要求学生可以根据伟福lab6000系列单片机仿真实验系统所提供的硬件资源自主地完成硬件部分的理论设计,也可以不完全局限于此实验平台进行理论设计。理论设计完全遵循单片机系统设计的一般流程,学生自己查阅资料,设计硬件电路图。指导老师对硬件部分的理论设计进行评审后,再根据具体的实验平台指导学生完成课题。
软件设计可以采用汇编语言或keil c51高级语言开发环境来实现,这两种软件开发环境是当前mcs-51系列单片机系统开发的主流环境。根据学生选题的特点,指导学生选择较为容易实现的开发环境。
4.2 根据总体规划实施软硬件的开发与设计
这个过程包括:
⑴ 硬件连接。
⑵ 软件编程。
⑶ 软硬件联调。
在这一过程中主要培养学生的硬件设计能力、编程能力和积累软硬件调试经验,熟练掌握单片机系统中人机接口的设计、控制算法设计、硬件驱动程序设计,体会理论与实践之间的差别,对单片机系统的设计与实现由理性认识转化为感性认识,激发学生的求知欲望,锻炼学生克服困难解决问题的能力。
4.3 交流总结
在2周的综合实践中抽出一天时间让能力较强的学生陈述他的设计思想和设计过程、设计中的难题和解决方法以及自己的心得体会。让进展不顺的学生提出他在设计中没能解决的难题,全班同学共同讨论,集思广益,找到解决问题的方法。这样可以使学生互相学习,取长补短,拓宽知识面,活跃思维,能在以后的工作和学习中更好地完成任务。
4.4 完成实践报告及验收评分
最后两天是综合实践报告的完成阶段,在进行了两周的综合实践以后有必要好好地总结一下,把自己在综合实践中所学到的知识以文字的形式表述出来,这样更有助于水平和能力的提高。
实践报告完全按照毕业论文要求书写,包含中英文摘要、设计任务与要求、系统结构及工作原理、主要单元电路的设计过程、控制软件的编写及调试、测试数据及调试中故障分析、收获和体会、参考文献等部分。要求学生重点讲述清楚故障分析和收获体会。
综合实践成绩由平时表现、实践报告、设计成果、创新点4部分组成,成绩构成比例是2:3:4:1[4]。
5 效果
> 经过几年的教学实践,单片机系统综合实践教学环节取得的效果主要体现在以下几个方面:
(1)让学生掌握了单片机系统设计的一般原理及其基本的实现过程,实现了从理论向实际的迁移,强化了学生所学的知识。
(2)让学生掌握了单片机系统硬件、软件设计的基本方法,具备了软硬件相结合的系统设计的基本能力和调试经验。
(3)本综合实践的课题真实性很强,让学生经历了单片机系统设计的全过程,提高了学生的研制开发能力和创新能力。
(4)本综合实践涉及到多学科、多知识点,是计算机软硬件知识的大综合。经过综合实践,学生运用所学知识分析解决问题的能力有了较大的提高,完成了多学科知识的融会贯通。
参考文献
[1] 罗钧,廖红华,付丽,黄勇.单片机实验教改与创新性人才培养的关系[j]. 实验室研究与探索,2006,25(8):958-959
[2] 南京伟福实业有限公司. 伟福lab6000系列单片机仿真实验系统实验说明书[eb/ol] .
Abstract： In this paper， we use the Internet of things technology and vehicle LIN bus technology to collect the data from the car battery sensor to the remote server， remote server achieves the remote monitoring and fault diagnosis function of the battery through the data storage and display， to solve the shortcomings that existing car battery diagnosis must be diagnosed in a wired way.
关键词： 物联网；LIN总线；监测
Key words： Internet of things；LIN bus；monitoring
中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）31-0092-02
0 引言
随着无线通信技术的逐步发展以及物联网概念的提出，基于GPRS的物联网智能家居，水电气的无线抄表系统，智能交通领域迅速发展起来。但是直接将数据采集系统和GPRS融合到一起，开发出一种智能的关于车辆电池诊断的产品还无定型产品，大部分产品只是和已有的GPRS模块进行对接，实现数据的无线传输。但这种“组装产品”无法控制GPRS模块，给其运行和调试人员带来诸多不便，尤其针对于应用于研发阶段汽车电池匹配的设备并没有，所以说开发出基于物联网的车载电池诊断系统这种混合网络的无线网关势在必行，为汽车电池匹配工作提供了更加便捷的方式。
1 系统的框架设计
本系统主要有汽车电池信号采集系统和远程信号显示诊断系统两部分组成的。本系统的工作原理是利用汽车上的电池传感器（汽车电池的电流、电压传感器和电池温度传感器）采集到的电流、电压和温度信号通过车载LIN收发器和物联网发送到远程服务端，远程服务器端对采集到的信号自动存储数据，并自动生成诊断报告，对汽车电池的性能和工作环境做出判断。系统的硬件框架结构图如图1所示。
2 系统的硬件设计
系统采用STM32开发板作为开发平台，选用LIN收发器TJA1020进行信号处理，同时选用具有GPRS功能和短信功能的SIM300模块来与服务器诊断中心的数据传输。系统的硬件设计包括了电源电路设计、晶振复位电路设计、LIN总线电路设计、通讯电路设计等。
2.1 电源电路和晶振复位电路的设计
电源电路的设计主要考虑的是STM32微控制器需要的电压是3.3V的，而汽车上的蓄电池是12V的，所以电源模块的设计只需要把蓄电池的12V电压转换成5V的电压就可以，为防止意外短路情况的发生，在电源电路的设计过程中加上保险丝保护电路即可。晶振复位电路的设计直接采用STM开发板的电路。电源电路和晶振复位电路组成了系统的最小系统。
2.2 LIN总线电路设计
系统采用的LIN总线TJA1020收发器是一个物理媒体连接， 它是 LIN主机/从机协议控制器和 LIN 传输媒体之间的接口。该收发器可以工作在低功耗模式几乎不消耗电流，减少功率损失。TJA1020收发器把电池传感器采集到的信号输送给MCU，实现了电路信号的收发功能，而且TJA1020收发器具有隔离功能，有效的隔绝干扰信号，系统设计的总线电路图如图2所示。
2.3 通讯电路设计
为把采集到的信号远程输送到服务器端，系统设计了远程通讯电路，该电路采用SIM300模块。SIM300模块有完善的三频/四频GSM/GPRS解决方案。使用工业标准界面，使得具备GSM/GPRS 900/1800/1900MHz三种频率下工作，SIM300以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。
SIM300模块具有正常操作模式、断电模式、最小系统模式和警报模式4种模式。SIM300提供了两个不平衡异步操作的串口。将SIM300模块设计成数据通讯设备，通过信号与微处理器相连连接，支持从1200波特到115200波特的波特率。根据SIM模块的特性和本系统的要求，设计出的通讯电路如图3所示。
2.4 系统硬件抗干扰设计
系统硬件抗干扰设计对于系统的安全稳定的运行有着重要的作用，本文的抗抗干扰设计主要考虑以下两点。
①元器件的布局过程中将数字电路和模拟电路分开，布线时注意线的走向一致，减少回路环的面积。
②电源模块单独布置，以减小电源波动对电路的影响。
3 系统的软件设计
在软件设计的过程采用了模块化、结构化的编程思想，系统的软件部分设计主要包括数据库采集系统的程序、车载LIN总线通讯协议的设计及远程显示诊断系统的设计。
系统把采集到的信号经过MCU的处理，把数据发送到远程服务端，远程服务端先把数据存储起来，并判断数据是否在正常的范围内，如果采集到的数据正常，则在上位机上显示出来，如果数据不在正常的范围内则报警示意，提醒驾驶员更换电池。系统主控单元的流程图如图4所示。
4 实验结果及结论
系统测试采用的是60Ah的蓄电池作为实验对象，利用设计的远程车载电池管理系统实现了对汽车电池电压、电流、温度等信息的监测。一旦某个参数出现问题，系统会报警显示。这对电动汽车电池的维护具有重要的意义，可以快速提醒驾驶员电池的使用状况，对驾驶员提供汽车电池的使用提供技术支持，防止对电池的损害，延长电池的使用寿命和使用效率，节省成本。
参考文献：
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哈尔滨工业大学机械工程学科早在2007年就率先进行了硕士研究生分类培养的培养模式改革试点工作。分别制定了学术型和应用型的培养目标和培养方案，对应用型研究生培养的改革和探索，为贯彻执行全日制专业学位研究生的培养提供了实践经验，在实际的培养过程中，一方面积极与企业合作，建立校外实践基地;另一方面，面对工程硕士招生的逐年增长，也积极探索多种形式的实践基地建设模式，哈尔滨工业大学机械工程学科具有悠久的工程实践传统，在多年的办学过程中，形成了面向国防，服务航天的工程教育特色，在整合学科、学院实验实践教学资源的基础上，依托重点学科优势，通过校内实践基地的建设，对学生的创新实践活动起到了引领和促进作用。研究生培养计划中的课程实验、实习实践、学位论文3个主要实践环节，承担着不同的实践教育任务，课程实验的任务是加深对课堂知识的理解和掌握，围绕某一(某些)具体知识点进行感性认识训练。学位论文是训练综合运用科学理论、方法和技术手段解决某一具体工程技术问题的能力。因此，在目前的实践教学环节中，校内实践基地主要是完成实习实践的教学任务，其功能定位为:培养学生熟悉本领域产品研发全过程;综合运用所学知识进行创新性研发工作;熟悉生产和管理模式以及设备和工艺流程配置;在实践中发现、提炼和总结学术问题的能力。通过在校内实践基地的训练，使学生基本熟悉机械工程领域的各类典型工作流程、关键核心技术的实现途径、相关职业及技术规范，培养实践研究和技术创新能力，并结合实践内容完成论文的选题指导工作，为进一步进入企业深入实践奠定前期必要的技术基础和知识储备。为了实现上述功能定位，校内实践基地在构建中遵循以下原则:(1)系统性。综合考虑到我校机械工程学科及各二级学科的研究方向和特色，在平台的建设上避免围绕某一(某些)具体方向进行实践环节建设，而是通过整体平台的构建为学生提供一个系统接触机械工程领域各种先进技术和方法的实践场所。(2)综合性。在平台所完成的实践教学功能的设计上，注重依托校内实践基地将培养方案内的实验、实践等各环节单元知识进行综合运用与具体实施。(3)开放性。为发挥学生在实践中的创造性，构建了自行设计、自由探索的开放环境，培养学生进行自主创新能力的实践。(4)示范性。作为实践教学环节的硬件平台，在保证其教学功能实现的基础上，应最大化地体现出对机械工程领域典型企业的示范作用。(5)学术性。面向研究生的实践教学环节，更为注重的是通过实践培养学生从中总结规律、发现科学问题的能力，因此实践环节应具有一定的学术内涵。
2校内实践基地硬件平台的构建
与课堂理论教学不同，实践环节的教学需要依赖于仪器设备等硬件条件，因此需要结合学科的特点来构建完成预定实践教育功能的硬件平台组成。哈尔滨工业大学机械工程一级学科包含机械电子工程、机械制造及其自动化、机械设计及理论、车辆工程、工业工程、精密与微纳制造和航空宇航制造工程7376个二级学科，年招收硕士生350人，其中应用型硕士研究生和全日制工程硕士240人左右。机械工程学科覆盖的各个二级学科各具内涵，互相独立而又互为支撑，形成了各具特色的研究方向。机械工程领域工程硕士研究生的应用能力培养主要体现在以下方面:①大型/复杂/先进机械系统设计能力;②各种传动及其检测、控制技术应用能力;③先进制造技术应用能力;④机电融合应用能力;⑤科技协作能力。这些能力的培养需要一系列超出单个课程的综合实践平台来提供学生从实践中锻炼和掌握工程技术能力的实践机会。依托校内实践基地，建设一个独立于课程教学之外，支撑全院研究生工程实践能力培养的工程实践平台具有重要意义。对于应用型硕士研究生，应该在机械工程一级学科的框架下，培养其对各相关研究方向的了解和掌握，培养出知识面广博、适应性广的交叉复合型人才，因此，校内实践基地所建设的教学平台应体现出综合性，并具有一定的辐射性，加强硕士研究生对机械工程领域相关研究方向的了解，拓展知识面，培养学生的实践创新能力。所建立的校内实践基地硬件平台的结构如图1所示。图1校内实践基地硬件平台的总体结构校内实践基地硬件平台包括实验平台和实践平台两个部分，其中实验平台用来支撑培养计划中的实践学分，由传感及测试技术实验子平台、数字化制造技术实验子平台、机器人技术实验子平台和微纳米测量技术实验子平台组成;实践平台用来为学生提供一个实现自主创新、自由探索的实践环境，由金属零件少无切削制造技术工程实践子平台、空间机构及机械系统设计与实践子平台、数控运动控制综合实践子平台和液压伺服传动与气压传动综合应用实践子平台组成。
2．1传感及测试技术实验子平台传感及测试技术是机械工程学科研究生必须掌握的一门偏重于基础的技术，并且是其它众多技术的基础，因此该实验子平台的建设侧重训练研究生对常用传感器的基本原理及其典型应用，使学生不但对传感技术中所涉及的各种传感器的测量原理和性能指标有深入具体的认识，而且还能够针对具体的问题，选择合适的传感器完成相应的检测任务，为将来的学习和工作奠定实践基础，提高应用型研究生对相关专业理论的认知、加强对专业技术工作适应能力和开发创新能力的培养。
2．2数字化制造技术实验子平台该实验子平台以对数字化制造技术的原理和核心技术的理解为主，以校园网络为基础，建立数字化、集成化、网络化的设计和加工子系统，两个子系统共享一个服务器，实现信息共享。以现有的CAD/CAM软件和自行开发的数控技术、数字化加工、数字化装配等软件为基础，为数字化设计、建模和仿真、加工技术的研究提供基本的实验教学环境和条件。使学生掌握数字化制造技术在产品的设计、分析、制造、制造系统规划等方面的应用。
2．3机器人技术实验子平台该实验子平台是一个具有一定规模的、模块化的、可扩展的机器人系统开放实验平台，子平台的建设以常规机器人技术教学为主，并兼顾机器人智能运动控制和机构空间复杂轨迹的实现等相关教学实验。能够进行14个机器人技术方面的教学实验，各实验间既可以独立进行，也可以联合进行;能根据教学的需求及课程的变化需求进行迅速调整，以适应实验教学的需要。这些实验要求学生应用所学知识进行设计、编程和实施，培养学生设计、分析和动手能力，促进机器人技术教学水平的提高，培养机械工程学科研究生的综合技能和创新能力。
2．4微纳米测量技术实验子平台随着超精密加工技术和纳米加工技术的发展，对机械加工表面形貌的微观检测提出了越来越高的要求。因此微纳米检测技术成为机械工程学科新的研究热点。通过实验教学，使学生掌握原子力显微镜测量原理、测试参数的选择，数据处理知识。掌握利用原子力显微镜获得力曲线，根据纳米压痕法的理论基础及弹性接触理论计算材料的机械力学特性，分析研究测量仪器的原理、精度、误差及适用范围。
2．5金属零件少无切削制造技术工程实践子平台本子平台对学生进行金属零件少无切削制造技术的实践训练。学生通过设计制造零件的实践，培养研究生:先进绿色制造技术运用能能力;产品制造生产线管理与运用能力;数控等先进装备控制与运用能力。
2．6空间机构及机械系统设计与实践子平台通过先进传动装置的学习和拆装，使学生了解、学习高性能谐波减速器等国外先进传动装置的原理、设计方法、结构和工艺;由学生利用基本元部件设计并构建机械系统，如多自由度关节串联机构和行走机构等。根据学生自己构建的机械系统，运用机构设计与动力分析软件建立虚拟样机，进行仿真。学生为自己构建的机械系统配备运动控制系统，利用计算机和PID控制来控制交、直流伺服系统，实现其构建的机械系统的预期运动目标。
2．7数控运动控制综合实践子平台以机床运动形式为主要控制目标，运动控制为主，顺序控制为辅，训练学生机电系统计算机控制能力。实践子平台以单轴运动模块为基本单元，可搭建一轴、两轴和三轴运动控制系统。控制系统采用PC-Base运动控制控制器为核心，交流伺服系统为基础，形成一个开放式的、学生可实际搭建的(包括内部控制软件)实践系统。
2．8液压伺服传动与气压传动综合应用实践子平台该实践子平台对学生进行流体传动与控制重要基础和综合应用的训练。平台包含竖直液压伺服搬运、水平液压传动搬运、气动插拔销三套子系统，训练学生:流体传动与控制系统总体方案设计能力、液压伺服系统(位置和力及其切换)设计调试能力、液压传动系统设计调试能力、气压传动系统设计调试能力和团队协作能力。
3校内实践基地的实践教学体系
在校内实践基地硬件平台构建的基础上，结合应用型研究生培养方案，构建了校内实践基地的实践教学体系，根据两类平台的特点，结合培养目标，依托实验平台下设的4个子平台建设了一门具有特色的实验课程“机械工程学科应用型研究生综合实验”，综合实验课程在内容设置上立足机械工程学科的主干课程，从机械工程一级学科的角度去组织实验教学的内容，规划建设的实验项目既是对若干门学位课程内容的深化和提升，又是对某门课程课内实验的强化，支撑研究生培养计划中2学分的实践教学环节，可以完成总计66学时的实验教学，根据课程的设置和培养计划，要求研究生从中选择22学时进行本门课程的实验教学，以加强硕士研究生现代实验方法和技能的训练和提高。在教学体系的建设上，实践平台是对实验平台的进一步深化和运用，目的是注重学生自主实践能力的训练和培养，实践内容的设计充分体现出开放性和探索性，学生利用平台所提供的基本元件和模块，根据给定的技术参数和指标，自行搭建系统，独立完成相应的实践训练项目。结合实践平台的硬件设备，建设了一门面向全院硕士生的实践课程“机械工程综合实践”，以独立实践课程的形式来实现校内实践基地的实践教学功能，使本领域的应用型研究生能够经历一个相对完整的机械系统设计、制造、检测和控制的工程应用过程的基本训练，支撑研究生培养计划中的实践教学环节，根据课程的设置和培养计划，要求研究生从中选择若干实践项目进行实训，培养学生的实践创新能力。依托校内实践基地开设的两门实验实践课程，初步确定了机械工程领域应用型研究生的实践教学体系。解决了应用型研究生培养方案中实践教学环节薄弱的问题;确立了实践教学环节的主体地位，以独立的课程形式来加深课堂理论知识的理解，提高创新实践的能力，满足机械工程学科研究生培养方案中实践环节的教学计划，为进一步的分类培养模式改革提供实践。
4校内实践基地的运行效果与深化建设
【关键词】电涡流；传感器；单片机
1.引言
现代社会是信息化的社会，人们的主要交流和沟通都是通过对信息的传递、处理而进行的。传感器就是人们从自然界获取各种相应外界信息的方式，能够将相应的需要采集的信息转换成为控制芯片能够识别的电流或者电压等信号，在现代的控制测量系统中具有不可缺少的作用。
本论文主要介绍的是电涡流式位移传感器。电涡流式位移传感器属于电感式位移传感器的一种，是基于电涡流效应而工作的传感器，具有很多优点：高分辨率、高可靠性、较宽的频率响应以及较高的灵敏度等等。
该传感器还具有很强的抗干扰能力，相比而言，传统的传感器具有非线性误差，要求工作环境恒定或者价格较高[1]。
2.电涡流式微位移传感器
2.1 传感器发展历程
国外在工业化的过程中，逐渐将传感器广泛应用在各个生产领域，在航天和军事领域也有十分领先的传感器应用。之后伴随各个国家的机械、自动化、计算机等信息产业如日中天，欧美国家以及亚洲的日本都对世界的传感器具有相当重要的影响。
我国主要是在1960年开始对传感器进行开发工作。国家组织大批科研人员对其进行研究和开发，并实施了“八五”、“九五”等国家计划，使得其取得了十分瞩目的应用成就。然而我们也应该清醒地意识到，我国在传感器的基础制造工艺等方面还不能和发达国家相提并论，许多核心技术以及芯片都要进口。与此同时，我们的传感器在国际上没有太大竞争力，产品研发和更新速度很低，缺少实用创新性[2]。
2.2 传统传感器缺点
以往的传感器和电涡流位移传感器比起来，具有以下几个方面的严重不足：
（1）输入一输出特性存在非线性且随时间而漂移；
（2）环境会干扰参数，使得测量结果发生漂移；
（3）因结构尺寸大，而时间响应特别差；
（4）易受噪声干扰、信噪比低；
（5）灵敏度或者分辨率不够理想。
2.3 电涡流式微位移传感器
本论文所要介绍的电涡流位移传感器，其工作原理是利用了涡流效应。该类型的传感器，通过涡流效应使相应的位移的变化，转换成线圈的阻抗值变化；之后利用特定的电路将线圈阻抗值变化转换成为电压的变化，再进行检测和输出，根据相应的公式或者经验，能够还原成位移信息。这种传感器具有很多优点，比如具有很高的灵敏度、简单的结构以及及时的动态响应。该传感器广泛应用在测量振动和位移等信息量上。大体上输出的电压信号与位移的变化量是线性的关系，公式是ΔS=K・ΔV。其中K是系统的比例常数，在不同的传感器中根据系统结构的不同是不一样的。
2.4 电涡流式位移传感器测量原理
公式能够精确描述该原理。我们根据公式可以得知，在其他条件不变的情况下，Z（线圈的阻抗）与S一一对应。电涡流传感器测量位移的原理就是基于此公式，在特定的信号激励过程中，传感器会依据位移变化而产生电压的变化。
3.测量系统的硬件设计
3.1 主控芯片
本论文设计的电涡流微位移传感器使用的主控芯片是AT89S52单片机。MSC-51单片机是八位的非常实用的单片机。本论文所使用的AT89S52单片机就是基于这款单片机的。MSC-51单片机的基本架构被ATMEL公司购买，继而在其基本内核的基础上加入了许多新的功能，同时扩展了芯片的容量以及加入flash闪存等等。51内核的单片机具有很多优点，因此无论是在工业上还是在一些电子产品上应用都很多。全球也有许多大公司对其进行扩展，加入新的功能。即使是在今天，51单片机仍然在控制系统中占据很大市场[4]。
下面对本论文所使用的单片机作简要介绍。AT89S52单片机具有最大能够支持的64K外部存储扩展，同时还具有8K字节的Flash空间。该单片机具有4组I/O口，分别是从P0到P3，同时每组端口具有8个引脚。每个引脚除了能够作为普通的输入和输出端口外，还具有其它功能，也就是我们通常所说的引脚复用。其还具有断电保护、看门口、计时器和定时器。51单片机一般的工作电压是5V。
3.2 显示模块
本论文设计的LCD1602电路，该液晶模块能够显示2行*16列的字符，相对于数码管而言，显示更加灵活多变。该液晶模块用来显示其测量处理后的数据。
4.测量系统的软件设计
本论文的主程序循环采集电量的变化，并实时显示在液晶模块上。系统软件是指完成系统设计功能的软件。为了提高系统的实时性、可靠性，在编写系统应用软件时，主要考虑以下两方面：
（1）提高系统抗干扰性能。在工业现场不可避免的有各种抗干扰因素。因此本系统除了在硬件上硬件复位和加电容滤波外。在软件上，采用了指令冗余技术、延时消抖技术以及对位移大小采样值进行中值滤波的数字滤波方法，进一步提高系统的抗干扰能力。
（2）采用模块化编程。将系统的应用程序分为若干个功能模块，这些模块可以任意更改而不影响程序的其余部分，将各个功能模块程序调通后，再把各个功能模块结合起进行联调，这大大减少了调试时间，提高了程序的通用性，方便程序的修改和检查。
5.总结
电涡流位移传感器是一种基于电涡流效应的传感器，能够将位移的变化转换成电量的变化。本论文主要介绍了传统传感器的发展历程，进而介绍了电涡流式微位移传感器的测量原理和优势，并基于单片机设计了测量系统。
参考文献
[1]谭祖根，汪乐宇.电涡流检测技术[M].北京：原子能出版社，1986.
[2]于鹏，许媛媛.利用插值法和曲线拟合法标定电涡流传感器[J].中国测试技术，2007，1（33）.
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