传感器设计论文范文
时间：2023-09-24 14:38:22
传感器设计论文篇1
蓝牙技术为蓝牙特别兴趣小组（SIG，SpecialInterestGroup）在1998年提出。它是一种新的短距离无线通信协议，是一种无线数据与语音通信的开放标准，目的是以无线的方式取代现有的有线接口。其优势在于：具有很强的移植性，可应用于多种通信场合；硬件集成应用简单，成本低廉，实现容易，而且易于推广；蓝牙功耗低，对人体危害小；采用扩频跳频技术，抗干扰能力强，增加了信息传输的安全性。蓝牙系统支持点对点和一点对多点的通信。在一点对多眯的连接方式中，多个蓝牙单元共享一条信道，采用同一跳频序列。各个蓝牙设备构成的网络称为匹克网（Piconet）。匹克网中蓝牙设备以主从方式实现通信。由于蓝牙设备的物理寻址地址为3位，因此在同一时刻，匹克网最多只能激活8位设备（1主7从）；但不同时刻，多个匹克网可以构成一个可重叠的散射网络结构。蓝牙通信的有效半径和其输出的功率有关：当输出功率是2类（2.5mW/4dB）时，通信范围为15m；如果增加其功率到1类（4mW/20dB）时，就能使通信范围达到100m。
2基本标准和协议的传感器结构模型
基于IEEE1451.5和蓝牙协议的无线网络化传感器由STIM、蓝牙模块和NCAP三部分组成，其体系结构如图1所示。此方案的实现，相当于在IEEE1451.2的结构模型上取代了原有的TII接口。采用无线的蓝牙协议实现连接，类似于实现了一个无线的STIM和无线NCAP接收终端的模式。通过在原有的STIM和NCAP中嵌入了蓝牙模块，构成的无线NCAP和无线STIM，以点对多点在蓝牙匹克网以主从方式实现相互通信。
与典型的有线方式相比，上述无线网络模型增加了两个蓝牙模块。对于蓝牙模块部分标准的蓝牙对外接口电路一般使用RS232或USB接口，而TII是一个控制链接到它的STIM的串行接口。因此，必须设计一个类似于TII接口的蓝牙电路，构造一个专门的处理器来完成控制STIM和转换数据到蓝牙主控制接口HCI（HostControlInterface）的功能。
3蓝虎无线抄表传感器的设计
基于上述无线传感器结构模型给出的无线抄表传感器的结构原理，如图2所示。整个传感器核心部件是实现数据采集的前端STIM部分和实现网络接口的NCAP部分。STIM完成数据的采集和处理（滤波、校准等），NCAP完成传感器的网络接口，实现对PSTN电话互网连。STIM和NCAP之间用蓝牙无线接口连接。STIM选用8位处理器实现，而NCAP的网络接口通过8位的处理器和内嵌Modem的形式实现。
（1）NCAP部分硬件设计
抄表传感器NCAP硬件部分选用的处理器、蓝牙模块和内置Modem分别是Winbond公司的W78E58处理器、Erricsson公司ROM101008系列蓝牙模块以及OKI公司的调制解调芯片MSM7512B。
图3
由于系统中蓝牙模块接口采用的是RS232串口，同时处理器和内置Modem的通信接口也要用到RS232串口，因此我们选用W78E58处理器。该处理器具有双串口。ROK101008系列蓝牙模块遵从蓝牙1.1规范，是一个点对多点的通信模块。该模块可以同时和在其范围内被连接的7个蓝牙从设备实现数据传输。MSM7512B为OKI公司推出的FSK模式调制解调器芯片，通过设置引脚MOD2和MOD1选择四种工作模式的一种。MT8888C作为DTMF接收器时，DTMF信号从IN+和IN-输入，一旦信息被写入到接收寄存器中，MT8888C将置位状态豁口中接收寄存器满标志位和IRQ/CP端电平来通知控制器准备接收数据；MT8888C作为DTMF发送器时，数据被写入发送寄存器，经内部转换合成DTMF信号从TONE端输出。本处采用中断方式检测DTMF振铃信号。图3为蓝牙抄表传感器NCAP部分的硬件电路原理。
（2）抄表传感器NCAP部分软件设计
抄表传感器NCAP部分的软件设计，主要是在单片机上完成两部分功能的程序编制：一是初始化蓝牙模块，使抄表传感器NCAP部分上主设备模块和所有范围内的从设备模块建立连接；二是驱动MSM7512B和MT8888C工作，实现与PSTN的连接。
①蓝牙模块初始化。参照008蓝牙模块的工作方式，即通过单片机向蓝牙模块发送HCI（HostContr
olerInterface）分组。HCI指令包括指令分组、数据分组和事件分组。具体格式为：操作码+参数总长+参数0+……+参数N。
如下给出主、从设备间实现ACL数据连接的HCI指令（字符对应相应指令的操作码，由前10位和后6位两部分组成，括弧内为该指令的参数）：从设备上电后实现查询使能进行复位Write_scan_enable(0x3)。主设备发送查询HCI指令Inquiry(0x9c8b33,8,0)，假定从设备的地址为0x000000000000,则建立ACI连接的HCI指令为Creat_Connection(0x000000000000,0xcc18,0,0,0,0)。从设备接收连接请求指令为Accept_connection_request(0x111111111111,0)，假定主设备的地址为0x111111111111。这样主从设备之间即建立了ACL数据连接。其中Inquiry对应的操作码为：0x0001,0x01。具体指令参见蓝牙规范。②初始化MSM7512B和MT8888C。首先使能MSM7512B，选择模式1。值得注意的是，复位MT8888C时，必须将上电后延时100ms。具体复位方式参见MT8888C数据手册。
如下给出单片机的初始化程序及外部中断0的服务程序。
/*初始化程序*/
TCON=0x40H;//Timer1使能
TMOD=0x20H;//Timer1为定时器，8位自动重装TH1到TL1
CKCON=0x30H;//Timer1和Timer2时钟为1/12CLOCK
SCON=0x50H//串口0模式1，波特率由Timer2决定
IE=0xD1H;//使能中断（串口1和串口2以及INT0）
SCON1=0x50H;//串口1模式1，波特率由Timer1决定
T2CON=0x34H;//Timer2自动重装RCAP2L到TL2，RCAP2H到T2H
WDCON=0x02H//Watchdog复位使能
TL1=0xFDH;TH1=0xFDH;TL2=0xFDH;TH2=0x00H;
RCAP2L=0xFAH;RCAP2H=0x00H;
/*初始值设置，设置串口1和串口2的波特率为9600bps*/
Init_008();//初始化蓝牙模块
Reset_mt8888c();//复位MT8888C
P1^0=1;P0=0x00H;//使能MSM7512，选择模式1
/*外部中断0的服务程序*/
voidservice_int0()interrupt0
{SendRecord();//传送监测记录……}
（3）STIM的设计
大多数传大吃一惊器的STIM部分设计相对简单，因为电表数据采集的功能比较单一。图4为STIM数据采集部分的原理框图。
硬件设计时，电表数据采集部分和传统的有线方式一样，只是硬件上增加了蓝牙模块作为和上层蓝牙传感器NCAP的无线接口。数据采集部分经光电转换后的数字脉冲接到单片机的计数器口，实现计数，然后将必要的电表数据量送至蓝牙模块。单片机迁移家长普通的8031即可，模块选用的是ROK101008系列。软件上除了要注单片机上完成数据采集的部分程序外，上电时还应该初妈哗蓝牙模块，使模块能够在其有效范围被搜索连接。数据采集部分程序主要是实现对计数器的计数，同时转换成电表参量，然后径蓝牙模块送到NCAP。
4基于蓝牙抄表传感器的抄表系统
整个抄表系统结构示意如图5所示。一个抄表传感器STIM部分对应一个电表，多个STIM完成和一传感器的NCAP无线连接。蓝牙抄表传感器NCAP部分的安放位置应根据具体住宅的情况进行选择要使其能采集到范围内所有抄表传感器STIM部分的电表数据。抄表传感器STIM部分和安置于每一处的电表相接，同时须注意的是远程抄表中心PC还应完成客户端软件开发，实现数据接收。
传感器设计论文篇2
【关键词】技指合一 信息化变革 课程体系 数据融合
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2012）03－0010－03
随着我军信息化进程的不断深入，已经逐步建立了信息驱动的作战方式。在信息化作战中，有效地获取、传输、处理、应用信息已成为取得战斗胜利的基本要求。由于我军信息化的历史较短，还缺乏对信息从生成到使用的深入理解。我们认为信息化应该是分阶段完成的，其首要阶段是以信息化来改造传统的作战流程，使传统方式更精确、有效；然后在获取信息使用经验的基础上，再以信息效益为目标来构造新的作战方式，从而进一步提升信息化水平。目前，我们还只是处于信息化的初级阶段，获取广泛的战场目标信息仍然是首要任务，急需把精确、全面的战场信息用于指挥作战流程中。《传感器数据融合》就是在这样的背景下设计的研究生课程，该课程面向多传感器、多目标的战场环境，用数据融合的方法，以形成目标的统一状态信息为目标，为指挥作战提供基本的信息支持。
随着通信技术多年的发展，战场信息传输问题已大为改善，但是，大量未经有效处理的、冗余的传感器信息不仅耗费宝贵的传输资源，所带来的信息垃圾问题极大地影响了战场信息系统的效能。有效地信息处理是战场信息系统形成体系作战能力的关键。信息化过程要求向更高的数据应用层面深入，在此过程中通信是实现信息化的基础，有效的信息应用则是信息化的目标，加速战斗力生成迫切需要信息处理技术的快速发展。目前军校研究生教育正在向“应用型”转变，强调“技指合一”，《传感器数据融合》课程恰逢其时，用多传感器信息处理技术满足指挥中面临的数据和信息需求。《传感器数据融合》不仅是战场信息处理所必须的技术，对于通信与抗干扰专业方向的研究生而言，分布式的信道估计、频谱感知和认知无线电的核心理论也是属于传感器信息处理。传感器数据融合侧重于数据处理，强调多学科的交叉，帮助学生建立从数据获取、传递、处理的完整流程。现有教材大多数局限于雷达数据处理或图像处理等方面，难以引起通信专业研究生的兴趣，所以我们认为，应该从各类传感器数据处理中提炼共性的理论问题，将数学基础知识的介绍与实际应用背景相结合，使学生在拓宽研究生数学知识面的同时，了解战场信息处理的需求和战场信息系统的发展。
一、课程目的
“课程是由知识、技能及与之相应的学生的活动组成的”。［1］针对战场信息处理中目标对象的状态信息获取，必须利用数据融合的方法，完成多传感器数据的互补和去重，为态势形成提供基础数据。传感器数据融合不仅是战场态势感知和威胁评估的基础，在物联网、传感器网络、认知无线电、通信抗干扰等领域也有广泛地应用。将信息化技术从通信层面提升到完整包含信息需求、信息采集、信息传递和信息处理应用的全过程，是信息化变革的需要。研究生教学中的《传感器数据融合》课程，以统计信号和信息处理原理为基础，强调多传感器获取战场信息的信息处理流程。通过《传感器数据融合》课程的学习，理解和掌握传感器数据处理的基本理论和方法，对提高研究生学生适应我军信息化变革的能力具有重要作用。
二、课程设计理念
课程设计是指在一定的课程理论或观念支配下的课程要素的选择、组织与安排的方法过程。本课程设计的价值取向以问题为中心，即强调我军信息化发展中的数据需求，以具体问题的解决进行课程的组织；针对不同类型传感器的共性特征选择内容，组织教学，满足多种专业方向的数据处理需求。在课程内容设计理念上主要表现为以下几个方面：①体现我军信息化需求，在信息化作战的框架内，把传感器数据处理的能力进行具体化，明确传感器数据处理的基本要素和信息流向，提高和加深学生对信息化的理解。②体现学科研究前沿，把最新的理论知识与实际应用相结合，为学生提供清晰的理论框架和应用背景。教学内容从多年的科研工作中分析、梳理而来，从对我军信息化过程中需要解决的问题而来。教学内容紧扣传感器数据处理在整个战场信息闭环中的层次和作用，紧扣不同军兵种对信息处理需求的差异。③体现实用性理念，体现“以问题为本”的教学设计，体现“以问题为本”的教学特征，避免理论的空洞化，避免实际问题的神秘化。④体现开放性理念，推行开放的教学方法，实施开放的考试方法，鼓励学生结合自身的专业方向，泛化传感器数据处理的共性理论，具有理解和解决本专业方向具体应用问题的能力，甚至可以从中选取毕业论文的研究题目。
三、课程内容
传感器数据融合的理论与技术在电磁频谱管理、认知无线电、战场侦察、传感网信息处理、数据链航迹信息处理中有大量实际的应用。在这些应用领域中，它们都是面向多传感器环境，从目标对象的重复感知信息中提取真实、单一的状态信息。目前常用的传感器类型包括：电、光、声、压力、温度、浓度等，传感器的输出数据可以是矢量类型、标量类型。典型的传感器有雷达、测向设备、视频采集设备、电磁频谱测量设备。在课程教学过程中，需要提炼出共性的理论内容，然后分别对不同传感器测量类型的数据处理流程进行讨论，针对不同的传感器输出数据类型和处理要求，可以梳理出不同的应用模型，把它们的数据处理过程归结为共性理论的应用。
1．共性理论的提取与课程内容设计
传感器的数据处理以获取目标的状态信息为目的，常用的战场目标状态包括位置、速度、加速度等物理量。在单传感器数据处理时，目标状态的估计以线性滤波器理论为基础，包括经典的维纳滤波和基本的Kalman，针对非线性滤波问题，人们又发展了UKF、粒子滤波等新理论。在多传感器数据处理时，通常以单传感器的处理结果为基础，再用特有的数据关联、误差补偿、状态融合等理论完成数据的融合，形成统一的目标状态信息。以数据融合的观点，电磁频谱管理、认知无线电、战场侦察、传感网信息处理等不同的数据处理应用，反映的是不同层次的数据处理需求。它们在数据模型的建立上有所区别，但从多传感器处理的角度看，它们拥有数据关联、补偿、融合等共同的概念。目标的属性判别是更高层的数据处理需求，需要综合运用高分辨率成像传感器、多传感器信息融合和智能信息处理等技术。从理论基础和实现过程看，图像信息的处理需要使用计算机视觉的方法，对目标的特征进行建模，但是完成建模和目标提取后形成的图像目标数据，也可以用滤波理论来完成后续的处理。所以，图像传感器的处理只是滤波共性理论的一个分支。传感器数据融合的共性理论，见图1。
2．基于共性理论的数据处理应用模型
数学应用泛指应用数学解决实际问题的所有事情。数学模型虽属于数学应用的范畴，但更侧重于用数学的概念、原理和思维方法描述规律性的东西。数学模型是构建数学与现实世界的桥梁，它借用数学的语言讲述现实世界。应用性很强的数学模型的命名，都依赖于所描述的学科背景。比如，在生物学中有种群增长模型；在气象学中有大气环流模型；在经济学中有组合投资模型；在社会学中有信息传播模型。
数学模型的价值往往不是数学本身，而是对具体问题所起的作用。人们关注的并不是模型的数学价值，而是实际应用价值。在构建数学模型和实际应用的过程中，必然会从数学的角度汲取灵感。数学的基本思想，即抽象、推理、模型，为数学由现实到数学、数学内部发展、由数学到现实提供了思维功能。现代数学的特征是符号化、形式化和公理化，其本质是为了更好地描述数学成果。为了让学生理解数学理论，帮助学生建立理论的直观，在课程内容的设计上还需要反其道而行之：针对符号化对象要讲物理背景，针对形式化证明要讲直观，针对公理化逻辑要讲归纳。
传感器数据融合是理论结合实际的典型课程。由于传感器类型较多，输出的目标测量数据类型差异很大，从三维坐标值、纯方位值、图像信息到标量信息，对它们的处理必定用到不同的数学模型。通过对传感器的分类，针对不同的传感器类型建立数据处理的数学模型，相同的测量数据类型用相同的数据模型进行处理。由于数学模型以传感器类别为建模对象，相似工作原理的传感器都可以用这种数学模型处理。传感器数据处理模型中，要考虑单传感器处理流程和多传感器处理流程，它们是共性理论具体的选择和应用。例如，纯方位跟踪模型不仅适用于图像传感器、被动声纳和无源探测雷达，也可以用于电磁频谱感知中的辐射源定位。在纯方位跟踪模型中，以线性方程描述目标的状态空间，以角度量测方程描述目标的量测空间，用线性Kalman滤波器建立基本的单传感器目标状态信息跟踪模型。当纯方位跟踪需要多传感器协同工作时，要求使用数据关联方法计算多传感器的数据对应关系。以最大似然测度建立量测之间的关联关系，可以实现多目标纯方位跟踪。在纯方位跟踪模型中，根据传感器自身特征和输出数据类型的改变，只需对数学模型进行局部微调，就能满足实际的需要。
经过共性理论的组合和泛化，可以设计出多种传感器数据处理数学模型。这些模型用于指导具体传感器数据的处理。
3．明确课程包含知识点和能力点
《传感器数据融合》是交叉学科，主要的研究对象是多传感器环境下多目标数据的处理问题，其目的是获取战场态势计算的基础数据。统计理论和最优估计方法是本门课程的基本理论和知识点，要求学生能掌握线性最优估计理论，并熟悉常用的非线性估计方法。数据融合技术涉及的理论知识包括模糊数学、证据理论、智能计算、最优化计算等。这些理论知识在数据融合领域内的使用场合相对较窄，可以结合具体的数学模型，作为课程内容的补充适当讲解。
对数学模型的理解和应用是课程的能力要求。通过课程的学习，学生需要掌握多传感器环境下的数据处理流程；学会用分布式和网络化的观点来看待数据处理问题；要理解多传感器数据处理特有技术难题的产生原因，并掌握基本的多传感器数据处理方法。由于传感器的类型较多，不要求学生对每种传感器的数据处理都有深入理解，但要求他们能结合自身专业特点，熟悉一种数学模型的具体应用实例。
四、课程教学中应把握的问题
1．创新教学方法与手段
主要教学方法有互动式教学法、案例分析教学法、情景模拟教法等。由于课程对象是研究生，应充分发掘学生的自身能动性，把课程知识与他们的专业方向相结合，使抽象的理论和数学模型与他们有直观感受的专业背景相结合，使数据融合的概念在他们的专业领域中找到坚实的立足点。这不但有利于学生理解数据融合的思想，还对今后他们独立应用数据融合的方法解决实际问题大有益处。所以，在教学法的选择上应该以互动法和案例分析法为主，鼓励学生自己准备课堂发言，积极发掘自己专业方向内的数据处理应用，在独立思考中熟悉数据融合的基本理论和模型。
2．研究性教学
研究性教学是教学与研究相结合、以研究为基础的教学模式。［2］ 要求教育者激励、引导和帮助学生去主动发现问题、分析问题、解决问题，并在这样的探究过程中获取知识、训练技能、培养能力，特别是培养创新能力。［3］研究性教学主要是通过课程教学实现教学和科研的结合，在教学科研结合的氛围中加强师生互动。［4］因此，研究性教学既是一种教学理念，也是一种教学模式。作为一种教学理念，认为知识不是被动吸收的，而是由认知主体主动获取的，学习过程是学生主动建构的过程。在《传感器数据融合》课程学习中，以问题为牵引，启发学生寻找解决问题的思路和方法，从问题的最终解决来理解理论知识，对理论知识有更进一步的直观感受。
3．课程编制问题
课程编制是课程管理的关键环节，它包括对课程在培养计划中的地位、课程学习的目的和考核方式等多方面的设计。由于传感器数据融合是交叉学科，涉及传感器物理原理、统计与估计理论、指挥控制流程等方面，是通信、计算机网络、传感器设计等多个学科的综合应用。在设计课程内容时要充分考虑先修课程，不但要求学生具有概率论和数理统计的基本知识，还最好了解一种传感器的工作原理。对传感器的了解是理解本课程中数学模型的重要条件。
多元化构成的课程考核。传感器数据融合是应用型的课程，其目标是拓展研究生的数学基础知识，提高数学应用能力和战场信息系统的开发设计能力。在课程考核时，以学生的专业背景为依托，尽量从其专业知识中发掘兴趣点，允许文献综述和课程论文的方式对本专业中的数据融合处理进行总结。同时，应该鼓励学生动手实践，把数据融合的理论知识和模型进行仿真实验。尽管编程实践会带来较大的工作量，但它对理解理论知识带来的好处是无与伦比的。
五、总 结
多传感器数据处理是我军信息化过程中出现的新课题。为了培养合格的信息化人才，我们对《传感器数据融合》课程在人才培养体系内的地位和教学内容进行了设计。通过课程的学习，可以帮助学生理解传感器数据处理流程和基本方法，其目的是为了更好地理解信息化技术，从而推进信息化建设快速、平稳发展。
参考文献
1 钟启泉.现代课程论［M］.上海：上海教育出版社，1989
2 夏锦文.研究性教学的理论内涵与实践要求［J］.中国大学教学，2009（2）
3 刘伟忠.研究性教学中的难点与实施重点［J］.中国高等教育，2006（24）
传感器设计论文篇3
关键词：传感器实验；教学改革；创新人才培养
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)18-31739-01
Experimental Teaching Reform of Sensors Course
ZHANG Huai,Chen Fu-jun,YANG Yong,LIANG Feng
(Huanghuai University,Zhumadian 463000,China)
Abstract:Sensors is a most practical course, the students can verify theories through an experiment, and can strengthen the cultivation of the student’s innovation and practice ability. Aimed at the present situation of the experimental teaching for sensor of our university, we do some beneficial reform and the aim is to improve the practice ability of students and cultivate the innovative talents.
Key words:sensor experiment;teaching reform;cultivation of innovative talents
传感器技术作为现代三大信息技术之一，广泛应用于工农业生产及日常生活中，是测控过程中反映被测对象、保证控制质量的重要一环，也是自动化、测控技术、机械电子等专业的一门实践性和应用性很强的基础课。随着计算机技术，信息技术和网络技术的发展，传感器技术与应用也飞速发展，而传统的传感器教学尤其是实践环节的教学迫切需要改革创新。为此，针对我校传感器实验教学的现状做一些有益的改革，旨在提高学生对传感器原理及特性的理解并进而达到设计和应用的目的，培养高素质技能型人才。
1 我国传感器及实验教学的发展及需求
传感器及智能仪器仪表自上个世纪60年代以来一直作为自动化、测控技术、机械电子等专业的一门专业课程，特别是进入80年代后，国际上出现了“传感器热”：日本把传感器技术列为80年代十大技术之首，美国把传感器技术列为90年代的关键技术，我国把传感器技术列为“八五”、“九五”的重点研究项目之一；并且2003年3月国家教育部紧跟国际科技发展步伐，已将传感器的教学纳入到普通高级中学物理课程的教学体系中。由此可见，传感器在当今科技发展及国民教育体系中所处的重要地位。而对于传感器本身又是一门实践性和应用性很强的学科，而且传感器实验教学是整个教学环节中的一个重要子系统，因此，加强传感器实验教学以适应我国高等教育的任务――培养学生创新精神和实践能力的需求。
2 传感器实验教学的现状
长期以来，理论教学重于实验教学的观念根深蒂固，影响了传感器教学的效果。传统的传感器教学尤其是实践性环节迫切需要改革创新。传统的传感器实验教学的问题主要反映在以下几个方面：
2.1教学中存在不重视实验的倾向
实验教学是理论知识和实验活动、间接经验与直接经验、抽象思维和形象思维、传授知识与训练技能相结合的过程。但是，对传感器实验教学现状的调查结果表明，目前很多高校在教育观念上，仍存在着重理论、轻实践，重理论知识传授、轻动手能力培养的倾向，在课程体系上，实验教学少有独立的教学体系以及相应的学分评价体系，实验课从属于理论课，实验内容含在理论课程中，实验学时与内容的开设随意性强，随意削减实验学时成为普遍现象，实验课时同理论课时比例不太合理等问题，从而大大影响了学生对传感器特性的理解及在传感器应用中解决实际问题能力的培养。
2.2实验项目验证型多于设计型
目前，我系使用的传感器实验装置是由浙江高联科技开发公司提供的CSY2000D型传感器检测技术实验台，它所提供的实验项目大多为验证性实验，虽然各传感器透明式封装比较直观，但缺乏设计性、综合性要求，与工程实践脱节严重。
2.3教学方式单调枯燥
传统的传感器实验教学是注入式的，从实验原理、步骤、实验注意事项，甚至连实验结果都面面俱到地由老师讲解，然后由学生“按方抓药”地操作。这使学生处于消极被动的地位，影响其学习主观能动性的发挥，严重阻碍了学生的全面综合素质的培养。
2.4实验经费投入不足
实验室建设对各高校来说是一项重要的投资，特别是对于一般的普通高校在资金有限的情况下，对实验室的建设投入更少；而传感器又是精密测量仪器，一般单个售价都在50元以上，我系于2003年购置的6台CSY2000D型传感器检测技术试验台就高达1.83万元/台。因此，在资金紧张的情况下，使得高校扩招后由原来的一名学生一台设备，改为2～3人一组，这样在实验过程中往往一个学生做，同组人旁观，教学效果很不理想。
3 改革与探讨
实验教学是高等院校教学的重要组成部分，是对课堂所学理论知识的直观认识和拓展应用，是学生理论联系实际的重要途径，它在培养学生综合素质和创新能力方面有着不可替代的重要作用。因此传感器实验教学必须从理论教学中解脱出来，实验教学应与本课程特点紧密结合，做一次全面的改革：
3.1深化传感器实验教学改革，着力培养学生动手能力
为推进我国全面的素质教育，培养学生创新精神和实践能力，根据传感器实验教学的现状和面临的问题，充分调研，对目前的传感器实验教学进行全面改革：从本科培养计划的约束，到实际实验教学的实施；从教师的教学观念，到学生的实验的目的等各方面都要充分认识到传感器实验在传感器教学中的重要性，在实际实验教学中不断培养学生独立的操作动手能力。
总体上说，注重引导，加强实验考核，使学生普遍对实验重视程度提高，能主动预习准备实验，甚至带着问题进实验室，学生的动手能力明显增强。
3.2切实加强传感器实验室基础建设和科学管理制度
实验器材是开展实验教学活动的基础平台，虽然传感器实验器材价格相对较贵，但也应逐渐增加传感器实验室经费的投入，除了确保正常的教学实验所需各项经费外，还要投入一定经费改进和完善现有仪器设备。同时，还要加强实验室科学管理制度的建设，现在各高校的实验室管理专职人员紧缺，一般由理论课老师来担任实验的教学和实验室管理，其间存在管理漏洞，仪器损坏无法及时维修，严重影响实验教学的开展。因此，传感器实验室要根据本学科的特点和自身条件建立切实可行的实验室管理制度和实验操作规程，逐渐形成较为完整的实验教学管理和保证体系。
3.3加快传感器实验教材的编写
实验教材是提高实验教学质量的重要环节。传感器实验是近几年才在各高校普遍开设，据调查现阶段各高校采用的传感器实验教材都是在厂家提供的仪器使用指南的基础上编写的讲义，缺乏规范性、普适性。根据高校实验教学改革和本学科发展的现状更新充实实验教学内容和教学方法，编写配套的、高水平的传感器实验教材是刻不容缓的。
3.4改革传感器实验教学的内容及方法
3.4.1实验教学内容的改革
为了突出实践教学，培养学生的应用意识、工程实践能力，使学生“消化理论、发展能力”我们对该课程的实验内容进行了较大改革：一方面保留了一些基础验证性实验，如电阻应变、电涡流位移特性、光纤传感器位移特性实验等，使学生通过这些实验，理解传感器的基木原理和特性，消化教学内容；另一方面开设一些设计性实验，如我们利用电阻应变片设计了数字电子秤，以及结合单片机知识设计出自动避障小车和全自动洗衣机控制器等，通过学生自己制作出一些小产品模型，使学生进一步认识到课堂中学过的传感器在其中的限位、距离检测等作用。在教学过程中除了要求学生写出实验报告外还要求撰写设计论文，这样更能够将设计思想、方案论证、技术路线等一些列创造性工作反映出来，同时还可锻炼学生的总结能力，为将来撰写科技论文奠定基础。
3.4.2实验教学方法的改革
实验课是验证理论、应用理论、锻炼学生动手能力的重要环节。在实验指导的方法上,我们进行了一些改革探索，在实验指导过程中,注意因材施教,采用启发式教学方法,提示学生是否有更好的改进方法等等。如电阻应变实验中对电子秤标定时反复调节Rw3、Rw4直至托盘空时电压表显示为0v、200g砝码时显示为0.2v。反复调节最终是可以达到要求，当学生反复调节几次没达到预期要求时可能不耐烦了，这时提示学生根据电阻应变式传感器的测力原理及输入输出特性――线性关系，分析电路中Rw3、Rw4的作用可以看出Rw3起调节放大倍数――即线性关系中的斜率、Rw4起零点参考电压调节――线性关系中的初始值的作用，经过这样比较对应后，很快可以得出这样的快速调节方法：当托盘空时，调节Rw4使电压表显示为零；然后将10个砝码全放入托盘，调节Rw3使电压表显示为0.2v；然后去掉全部砝码记下此时电压表读数v0 (如0.002v)；再将砝码全放入托盘调节Rw4使电压表显示为0.2-v0（如0.198v）；最后再调节Rw3使电压表显示为0.2v即可。通过像这个实验一样的实验教学方法改革,我们认识到如果在每次实验指导中都能够采用启发式的方法启迪学生，发展学生的发散思维能力，那么一定能使学生举一反三，达到学以致用的目的，同时还可激发学生的创新兴趣。
3.5建立科学的实验考核方案
成绩评定方式对于实验教学十分重要，它是这次传感器实验教学改革实施的总体指挥棒。学生最关心的就是成绩，我们要充分利用这一法宝设计较为合理的考核方案，既能达到考察的目的，同时使学生通过试验不仅能很好理解理论知识，还可以培养学生的动手、创新能力。为此，将成绩评价定位在是否理解并灵活应用所学知识，以及鼓励创新思想和创新实践过程，而不仅仅是结果正确与否。在总结多年实验课经验的基础上，采用两种结果验收相结合的形式，一种形式是当面验收，通过演示和口头介绍展示实验过程及实验效果，并完成高质量的实验报告（包括利用VC、vb、matlab等软件实现对测量数据的分析及相应的改进措施和仿真），这种方式是学生实践活动结果的直观体现；另一种形式是提交撰写设计论文，相对与前者，这种形式更能够将设计思想、方案论证、技术路线等一些列创造性工作反映出来，同时还可锻炼学生的总结能力，为将来撰写科技论文奠定基础。学生的最终实验成绩是这两部分成绩的综合。
4 结束语
关于传感器实验课教学改革涉及面广，环节多，是个比较复杂的问题。我们只是在这方面做了一些有益的尝试，并取得了一定的成功经验。我们改革的目的很明确，就是要让学生感觉到每一个实验都是一次挑战，要想取得成功必须要有充分的准备、严谨的态度、细致的操作和灵活的思维。每一次实验的完成，不仅要让学生的实验能力得到充分的训练和提高，更重要的是要激发学生的主观能动性和创造性。只有这样才能为国家培养出具有较高的全面素质的一流人才。
参考文献：
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[2]罗萍.关于传感器实验与提高学生能力的思考[J].中国科学教育,2006.13:73.
传感器设计论文篇4
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）08-0247-02
《传感器技术及应用》课程既是电子、电信、电气、自动化、机电一体化等专业的一门集理论性、技术性、实践性与应用性于一体的必修课程。作为连接客观物理世界与逻辑信息世界的桥梁，传感器扮演着重要的角色。是信息时代中人们从工业生产领域和大自然获取信息的主要手段[1]。传感器技术广泛应用与现代工业生产、基础科学研究、宇宙开发、海洋探测、军事国防、环境保护、资源调查、医学诊断、智能建筑、汽车、家用电器、商务工程、商检质检、公共安全，以及文物保护在内的多个应用领域。
传感器技术被认为是现代信息产业的三大支柱之一，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的[2]。世界各国都十分重视这一领域的发展，同时传感器技术的发展日新月异，产品市场出现的传感器种类与其功能日益丰富，由于产品技术更新快，新理论与新技术不断涌现，因此对该类课程的教学工作提出了更高的要求[3]。特别是知识化、信息化、技术化的21世纪，为更好的向输送实用型、技能型的高科技人才，高等院校担负着伟大而艰巨的责任和使命。
所以，传统的理论公式推导和基本原理介绍的教学模式不再适应本课程教学需求，把基础理论与市场应用实践结合起来，传感器技术和具体工程实践项目结合起来，激发学生对本课程的兴趣，提高学生的认知能力、动手能力、工程设计能力，具有重要的意义。
1.理论教学
该课程的理论教学任务及教学重点主要是对各类型传感器的工作原理、内部结构、性能特性分析、研究现状以及应用实例进行相关介绍。传统的理论教学模式是任课教师强制性把每类传感器的工作原理、测量电路和基本应用领域等知识灌输给学生，这种强制性的“灌输式”教学不仅没有激发学生对该课程的强烈的学习兴趣，反而加速学生对该课程厌恶情绪的积累。该课程具体的改革路线如下图所示：
1.1 应用场景课堂设计
该课程的理论教学非常枯燥无味，课堂教学设计是激发学生学习兴趣的关键。
在实际的教学课程中，我们将根据该课程的特点，对目前国内外相关传感器技术进行分类和统计，并根据实际情况，制作教学花絮课件，在正式模块化理论教学前对学生进行感性教育，激发学生对该模块理论教学的兴趣。例如：医学上的电子血压测试、电子血糖测试、胆固醇的检测；电饭煲、空调、冰箱等家用电器的温度检测传感和控制；甲醛检测仪、CO浓度检测仪等有毒气体检测所用到传感器技术；飞行器在空中的姿态控制是如何实现的，对飞行器的姿态是如何检测的；机器人如何识别周围环境等等。通过实例，激发了学生对该课程的学习兴趣，达到理解相关传感器技术的理论的知识。为学生学习该课程后续内容作了准备。
1.2 模块课件的设计
根据课程的相关内容和其传感器在应用市场中的重要位置，我们将根据应用市场的调研情况，对课程的理论教学进行职业化的模块划分，针对不同的功能模块，采取不相同的教学课件和教学方式。教学功能模块可以根据我们选用和参考使用的教材进行划分，例如：
功能模块1：温控传感器，本功能模块主要讲解各类温度传感器的基本测量知识，让学生了解并掌握热电偶传感器、热电阻传感器、敏电阻等温度传感器的基本原理、结构及其日常生活中的应用，结合该类传感器技术市场应用，设计感官实践，让学生具有明显的感性认识。
功能模块2：压力传感器，该功能模块主要向学生讲解各类力学传感器在工业市场的应用并使学生认识力学传感器的基本原理，让学生掌握电阻应变式传感器、压阻式传感器、压电式传感器、电感式传感器、电涡流传感器、电容式传感器的原理、结构、应用。以介绍贴近生活应用的传感器为起点，激发学生的学习热情，比如：电阻式触摸屏和电容式触摸屏。
2.实验教学改革
2.1课内实验教学
《传感器技术与应用》课程是一门实验性很强的课程，它注重培养学生该领域的基本思维和解决相关问题的能力，特别是使用相关的传感器技术解决现实生活中的具体问题的能力。
实验课是帮助学生理解理论、了解并应用理论、锻炼学生动手及独立思考能力的重要环节。目前，实验教学大多采用集中布置实验任务（一个实验班级为一个实验任务），指导老师在学生实验开始前，亲手教会学生的具体操作方法。也有些采用任务布置和学生填写实验报告。这类实验课程，存在指导过程中，缺乏提示学生注意观察实验现象，缺乏激发学生自己动手尝试的激情，缺乏诱导学生独立思考，不断发现问题，分析问题，解决问题。部分学生可能根本没动手做过，只是简单的填写实验报告。
2.2创新实验
实验不仅能验证和诠释现实生活中的传感器技术应用情况[4]，而且能有效的指导理论课程教学的安排和准备，在理论和实验完美结合下，进一步激发学生探索该课程理论上和实验上的新知识和新应用的兴趣，同时也鞭策学生去分析实验过程中出现的问题，努力解决实验过程中的问题。有效的触动学生创新的触角，也能让学生在实验过程中感受到实验创新成果带来的喜悦。探索-分析-探索，通过实验性教学让学生走上一条“不归路”。进一步让学生深刻认识到理论学习的重要性。如何有效的设计实验任务，利用电子竞赛为契机，培养学生的创新能力和动手能力。
3.考核改革
传统的课程考试成绩由期末卷面分和学生平时到课情况综合，一张试卷和学生的平时到课情况就决定了学生成绩，这种成绩考核方法忽略该课程的重要特点――实验性，增加人为不确定因素对成绩的影响，难以真实地反映学生专业技术能力。依照该课程的特点和实际教学经验，将其成绩评定分为实验成绩考核、卷面考核、平时成绩考核、创新实验考核等几个方面。这样降低了试卷成绩在总体成绩中所占的比例，更多的是考查学生的学习能力、学习状态和工程实践及创新能力。
3.1实验成绩考核
通过对个章节所学的基本传感器的应用和相关电路进行实验，让学生在实验室过程中学会分析电路，学会思考问题，学会解决问题。每章节实验课，学生认真动手并记录实验所看到的和所分析到的结果，以实验报告的形式向实验老师汇报。每次实验结束后由实验老师对该次实验进行量化考核，然后综合所有实验的量化考核成绩，该部分量化考核成绩占总考核成绩的30%。
3.2试卷成绩考核
试卷成绩考核主要指期末考试的试卷得分情况，考试方式为闭卷，其目的是考核学生对课堂理论教学、项目实践教学中相关知识点的理解，主要考核学生的基础知识和综合运用知识的能力。题型可以多样化，即可能涵盖填空、选择、判断、简答、计算、综合设计、实验结论分析等几个部分，这部分成绩占总成绩的 30%。
3.3平时成绩考核
平时成绩考核是指对学生平时上课的到课情况和实验任务及作业完成情况的考核。理论课主要是讲述基本理论和方法，学生对理论兴趣不大，但不能放任学生，需要对学生平时理论的出勤情况进行考核。同时，实验任务的完成和课程作业完成情况进行考核，这部分成绩占学生总成绩的 10%。
3.4创新实验考核
创新实验考核主要是考核学生自主选用传感器、设计能完成一定任务和功能传感器应用产品，重点培养学生独立选择传感器、设计、调试其测量电路的能力，并对测量结果作进行分析判断，进而达到所设计产品符合实际电子控制类工程需要的简单测量应用系统的设计、制作及调试的目标。如智能温度检测仪、智能烟雾报警器、智能障碍探测仪、智能有毒气体探测器、智能移动体感应器等题目供学生选题，在指定的时间范围内，提交完成基本功能的检测系统设计结果、相关文字报告等，这部分考核成绩占总成绩的30%。
4.总结
《传感器技术与应用》不仅授课内容繁多，且传感器类型也是五花八门，其工程应用情况也非常广泛。在“卓越计划”背景下，以社会需求为导向，以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，满足企业对专业型和技能型人才的需求，顺应时展的迫切需要，结合课程内容、特点笔者的实际教学经验，通过对《传感器与检测技术》课程进行了尝试性的改革和创新。一方面，激发了学生的学习兴趣和热情，培养和鼓励学生积极参与“挑战杯”设计竞赛和大学生电子设计大赛。另一方面，同学的学习目的明确，兴趣浓厚，在期考考试中成绩优异。尽管如此，我们还需继续努力，不断优化和更新教学内容，完善教学体系，进行教学改革，提高学生的工程实践能力和专业技能，提升教学效果，满足社会需求。
参考文献：
[1]陈建元 .传感器技术 [M].北京 ：机械工业出版社，2008
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[3]蒋全胜， 吕家云， 宁小波. 面向应用型人才培养的检测技术教学模式改革[J]. 合肥工业大学学报（社科版）， 2010，3（11）： 144-146
[4]郑春娇， 王俊生， 杨汇军. 结合大学生电子设计竞赛谈“传感器与检测技术”教学改革[J]. 辽宁工业大学学报（社会科学版）， 2011， 3（14）：128-130
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传感器设计论文篇5
【摘 要】本文以湖南软件职业学院物联网技术应用专业传感器技术与应用课程教学现状存在的问题对课程教学设计、教学内容、学习资源选用和学习场地设施要求及课程考核标准进行探索与研究，以此提高教学质量，培养适应行业岗位需求的人才。
【关键词】传感器技术；教学设计；教学内容；学习资源选用
一、研究的背景与意义
随着电子计算机、机器人、自动控制技术等技术的迅速发展，对传感器的需求不断增加。传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是当今世界极其重要的高科技，一切现代化仪器、设备几乎都离不开传感器。传感器技术成为现代科学领域中一门极其重要的学科。高职院校如何培养物联网技术应用专业研发人才，满足社会对嵌入式开发人才的需求，是高职院校教学过程中的重点。我们从湖南软件职业学院的实际情况出发，针对物联网技术应用专业进行了传感器技术与应用课程教学的研究。
二、研究的内容
《传感器技术与应用》作为物联网感知层的最主要的信息采集获取手段，掌握各种典型传感器的应用是物联网相关专业的核心技能。不同于现有的传统电子信息类传感器相关课程强调各种物理量检测方法技能，物联网相关专业要求培养学生传感器选型、接口电路设计、传感数据采集与传输等应用技术。
（一）《传感器技术及应用》原有教学模式
（1）教学内容理论性较强，课堂组织形式单一，以往这门课的教学以理论教学为主，实践为辅。教师教学以传感器的工作原理为主。由于本课程的涉及的原理和公式较多，上课时理论推导、定量分析较多，理论性较强，比较枯燥，完全是“填鸭式”的教学方式，不适合高职学生的学习特点，导致学生不感兴趣，教学达不到预期的效果。
（2）与实践脱节。大多数学校是在理论课完成后，安排一点时间做些实验，这时有些学生对理论部的内容可能已经生疏或淡忘，实验的效果大打折扣。另外实验主要也是对传感器参数的测试，演示性和验证性的实验居多，功能性、综合性的实验较少。实验不涉及或者较少涉及传感器实际应用中较常见的问题，比如：如何进行传感器的选择、安装，传感器的连接方式等等。这些实验对学生的专业应用能力与综合能力的提高作用不大。
（二）设计思路
（1）课程设计理念。针对物联网系统集成及工程岗位群，通过本课程培养学生对传感器选型和应用能力，同时注重将职业资格标准融入课程教学，以项目案例系统化理念为指导，以教学做一体化为典型特征，与行业企业合作共同开发与设计。在课程设计中我们遵循的理念是：
（2）课程设计思路。本课程组教师与行业、企业的专家（兼职教师）密切合作，企业兼职教师之间参与课程设计开发与教学实施的全过程，充分体现课程教学过程的开放性。课程在简要介绍各种典型传感器结构原理的同时，重点讲解传感器的标准与选型、检测电路搭建与分析、传感数据采集与传输等应用技术。
（3）教学内容。课程分为8个模块。模块一从总体上介绍传感器概念、组成结构、静态特性、标定和校准等基础知识，模块二至七分别通过电子温度计、可燃气体无线探测器、声光灯控器、人体感应器、设备开停无线检测器、跌倒监测器等6种典型传感器设备为例，详细阐述了温度传感器、气体传感器、光电传感器、红外传感器、霍尔传感器、压电传感器等典型传感器应用技术，并拓展介绍了其他典型传感器；模K八以“智能家居集成与应用”为项目载体，将前6个模块中重点介绍的传感器进行集成综合应用。以智能家居应用作为项目主线，串联各个典型传感器应用项目，便于教师采用项目教学法引导学生展开自主学习，掌握、建构和内化知识与技能，强化学生自我学习的能力的培养。
三、学习资源选用
教材选取的原则：强调理论与实践的结合、教材与实际的结合、操作与管理的结合，教学内容符合课程目标要求。推荐教材名称：《传感器技术与应用》，主编：许磊，出版社：高等教育出版社，出版时间：2014年。参考的教学资料：项目任务实施书、参考资料、项目评价表、教学课件、传感器应用试验箱、行业应用视频。
四、学习场地、设施要求
为保证教学项目的实施与完成，本课程必须在多媒体教室完成教学过程。
教学模块1在课程教学的同时增加课外教学实践活动。教学模块2～7，引入大量的应用案例视频、实际案例文档，课外作业以标准方案为主。教学模块8增加课外调研环节。
五、考核与评价
以往的教学评价方式主要是采用考试的方式对课程的内容进行一次考核，这次考核的成绩作为学生的最终成绩。这种评价方式不能真正的体现学生的专业应用能力和综合能力。因此我们对评价方式进行了调整，对每个课题制定相应的评分表，评分表包括学生完成课题的质量以及是否遵守操作规程等内容，科学全面的考核学生的综合素养。所有课题完成后便可以总评出学生这门课程的成绩。
六、结语
我们对《传感器技术及应用》的教学仅仅是进行了一次小小的改革，这次改革使我们看到实行理论实践一体化教学的优势，今后我们还不断的优化教学，使学生更快更好地掌握传感器这门技术，更好的应用它。
参考文献：
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[2]张勇.专业基础课的理实一体化教学设计及实施――以传感器技术及应用课程教学改革为例[J].包头职业技术学院学报，2013，（04）：90-93.
传感器设计论文篇6
论文关键词：传感器；校企合作；实验教学改革
各类新型传感器的不断涌现和广泛应用使得传统的传感器及检测技术实验教学内容与企业生产实践和工程实际应用脱节。以组合实验箱为主要对象的实验项目对学生的开放程度比较低，远不能满足企业对人才培养的需求。所以，吸取国外先进的经验，结合南京工程学院（以下简称“我校”）校企合作实验室现状，开发设计新的传感器实验训练课程，提高学生实验的积极性和主动性，提高学生的实践动手能力、综合运用理论知识解决实际问题的能力和独立设计能力，将对培养应用型工程技术人才起着至关重要的作用。
一、当前传感器实验教学中的主要问题分析
随着各类新型传感器的不断涌现，教材内容和实验手段却没有及时更新，导致学生学习了“传感器及检测技术”课程而不认识实际使用的传感器，不会根据具体的检测任务选择合适类型、精度的传感器，面对传感器与控制器的接线无所适从等的教育问题。出现上述问题有以下四方面原因。
1.过分强调教师的指导性，忽略了学生的能动性
表现为实验教学中以教师为主，学生被动地按教师的演示方法或实验教材规定的步骤进行实验结果的验证，实验教师教什么和怎么教，既不考虑专业培养的发展需要，也不考虑培养对象的个人兴趣，致使学生处于被动学习的状况，教师仅仅讲解而不进行教学信息的双向交流，不利于提高学生学习的积极性和主动性。
2.实验内容陈旧，实验手段单一
目前传感器课程的实验设备的主流产品是组合实验箱，这种仪器是把多种传感器、电源、处理电路、显示仪表集于一体，组成了一个完整的测量系统。实验时学生主要根据实验指导书给出的步骤接几根线，手动调节实验仪器，手动记录输入和输出值、计算实验结果、画出实验曲线。这种实验箱对学生的开放程度比较低，学生只是操作、记录实验数据，对实验的传感器种类、实验原理、测量电路和方法了解的少。这种通过实验箱完成的以验证型实验为主的实验方式不利于培养学生实验的兴趣，更不利于培养学生的动手能力和创新能力。
3.传感器课程的实验内容设置不合理
传统实验教学按课堂教学的各个课程阶段进行，教学内容是以课堂教学中的理论或定律的验证和求证为主，各类新型传感器的不断涌现和广泛应用并没有设置在当前实验内容中，与企业生产实践和工程实际应用严重脱节。
4.实验考核手段呆板
在传统的实验教学中，学生实验成绩的评价是按实验预习、实验操作步骤的完成情况、实验结果、实验报告完成情况等来考核，这导致学生处于不假思索的被动实验状态，甚至同学之间相互抄袭，没有留给学生发挥创造思维的空间，严重影响了学生的学习积极性和热情，不利于学生的自主发展。
二、改革具体实施方案
在20世纪80年代和90年代，在工业界和政府部门工作的工程师，就已经和学校的教学领导一起讨论如何改善工程教育的状况。其共识是对当前工程教育偏重于包括数学、科学和技术专业方面的理论教学，而对强调技能如设计、团队合作和沟通等方面的实践基础没有加以足够的重视。[2]该共识提出学生的能力不仅包括自学能力、应用能力和实际动手能力，还应包括创新能力和团队合作和沟通能力。因此，必须深化实验教学内容、实验手段及实验方式的改革。
为了加强工程教育的改革，我校先后与国内外著名企业合作共建了一批具有较强工程实践背景的，适应现代工程技术，融基础性、综合性、设计性和创新性特点为一体的一流实验中心（室）。如三菱电机自动化实验中心、ge自动化系统集成实验室、西门子先进自动化联合示范实验中心、博世力士乐机电一体化实验中心、台达自动化实验中心、赛普拉斯联合共建psoc实验室等。在此基础上，进行了一系列课程教学和实践的改革。传感器技术及应用课程也进行了改革的探索和实施。
课程设置上提高了实验学时的比例，并且把教室放到了实验室，教师一边讲解一边操作，增加了学生对传感器的直观认识和学习兴趣，真正做到“做中学”。实验课程以当前自动化系统所涉及到的主要物理量及主流传感器类型为实验对象，分层次设置基本技能型实验、验证型实验、综合型实验、设计型实验四级实验课程模块，尝试采用开放式实验教学，加强实验与实践环节，以提高学生的综合实践能力和创新能力。制订对学生实践动手能力、综合运用理论知识解决实际问题的能力和独立设计能力进行评估的综合评估方案。
1.实验课程设置
在实验内容的安排上以校企共建实验室为依托，以培养综合实践能力和以独立思考能力为主线，从简到繁，循序渐进，进行实验内容的整合，建立与传感器理论课程并驾齐驱的实验课程，在人才培养和目标定位上形成二者并重的既紧密联系又相对独立的两个支柱。同时在实验内容设置上将电子技术、单片机技术、plc与电气控制、检测技术等课程内容有机地结合起来，形成以项目实现为目标的综合性实验内容，克服传统传感器及检测技术实验教学中验证性、低层次重复性实验过多的弊端，增加综合性、设计性实验教学内容，为培养学生综合能力、实践能力和创新能力奠定基础，加强了学生的团队合作和沟通能力。
2.实验内容建立多级分层的模块结构
按照传感器学科特点和职业技术的要求，分层次建立起基本技能型实验、验证型实验、综合型实验、设计型实验四级实验课程模块。
基本技能型实验包括仪器、仪表的使用和基本的电子工艺，为后续实验的操作打下坚实的基础。
验证型实验指通过实验来验证传感器课程中的基本理论，加深对相关理论的理解和认识，这部分内容可通过教师在讲授理论的课堂演示和学生课外自己操作。实验内容如箔式应变片性能，相敏检波器原理及特性，电感、电容、磁感应式传感器的特性，直接检测式、对射式、反射式光电传感器的性能等实验内容。
综合型实验旨在培养学生综合运用传感器理论知识分析问题和解决问题的能力。综合性实验内容要体现系统性和实用性，实验项目要包括被检测信息的获取、转换、显示以及测量数据的处理等技术。实验教师仅提出实验项目要求和实验条件，学生以小组为单位查阅相关资料，把学过的理论知识与实验内容联系起来，并结合实验室现有设备和条件，提出项目方案论证，由教师确认可行之后动手完成实验。这种实验教学，极大地提高了学生学习的主动性，增强了动手能力，更有利于培养学生的综合实践能力与创造性思维能力。综合型实验将学生置于校企共建实验室环境中，可以将自动化专业多门课程综合应用，如采用plc技术和传感器技术综合设计并制作一个恒压供水系统，采用温控仪或plc和传感器技术设计并制作一个恒温控制系统、采用mcs51系列单片机构建一个智能汽车超载报警器、采用mcs51系列单片机完成微位移测量并显示系统等。
设计型实验以工程实际应用为背景，以项目的方式完成实验课程的训练。指导教师仅提出项目需求，由学生查阅资料、根据校企合作共建实验室现有设备自行设计项目实施方案，并由指导教师确认并实施。校企合作实验室均采用开放式管理，使得学生完成实验的方式和手段不拘泥于课堂上而完全转变为课堂外，增加了实验的灵活性和提高了学生的创新能力。设计性实验如学完压电式传感器设计并制作一个压电式玻璃破碎报警器、学完霍尔式传感器设计并制作智能测速仪，学完光电式传感器设计一个智能路灯亮灭控制系统、对城市路灯具有一定的节能管理功能以及酒后驾车智能酒精浓度报警器，智能障碍探测仪等具有实际应用意义的实验项目，使得学生具有浓厚的兴趣和项目完成的成就感。
3.实验实施方案
实验课改变传统的以课时为单位的教学方法为项目教学法。综合性和设计性实验以小组为单位，每小组3～4人，信息的收集、方案的设计以及项目实施都由学生自己负责，学生通过该项目的实施，解决并把握整个过程及每一个环节中的基本要求，教师仅提供指导。改变教师的主导地位和单向的授课方式为相互的交流和讨论，创设情境，启迪思维，引导学生积极主动地参与教学，激发学生的学习兴趣，增加课堂信息量，营造积极活跃的学习氛围，培养学生形象思维及创新思维能力。组织学生分组讨论，然后派代表发言，使得学生由被动接受转换为主动思考，深化了学生对教学内容的理解。实验室采用开放式管理，学生可以灵活的控制项目进度。
4.制订合理的实验成绩考核方案
传统的实验考核方式是采用对实验结果的验收和实验报告的考核完成的。在实施过程中就会出现不注重过程、实验报告抄袭等问题。新的实验成绩考核方案应该是对学生实践动手能力、综合运用理论知识解决实际问题的能力和独立设计能力的综合评估。考核可以采用现场答辩的方式，考核的依据要使学生重视实验过程，可通过对综合型和设计型实验的方案论证和最终的软硬件调试结果是否满足预期目标来达到这一目的。
三、结论
传感器设计论文篇7
传感器与中学物理实验的整合能否取得成效，很大程度上取决于研究者和物理教师在此过程中所采取的策略是否有效，取决于是否体现了两者整合的发展特点和趋势。开展策略研究的目的不仅仅在于开展有效教学，同时还要起到引领该研究领域不断发展的作用，即两者整合的策略研究必然要超越教学实施的层面，要在制度和理论层面起到积极的引领作用。
传感器教学是新课程改革的重要内容，结合新课程改革开展有效的策略研究符合新课程改革的理念。我们认为，在传感器教学过程中的策略主要包括利用传感器开展实验探究，针对中学物理实验内容开展全面系统的研究，开展中学物理实验设计以及结合传感器和中学物理实验开展教研活动等几个方面。有效的策略将会对传感器与中学物理实验整合的研究起到积极的促进作用。
一、开展探究教学——改变传统实验教学方式
开展探究教学策略是指在传感器与中学物理实验整合过程中，以传感器为操作平台，以探究为教学方式的研究策略。实验探究教学是指在教师引导下，学生运用已有的物理知识和技能，通过自己设计实验方案、进行实验操作、处理和分析数据、解决物理问题和探索结论的一种教学模式。实验探究模式一般包括“提出问题——实验设计——实验探究——获得结论”等环节和过程[1]。开展物理实验探究教学可以改变传统教学过程中过于强调物理知识和技能的倾向，有利于提高学生实验的兴趣，有利于提高学生的实验技能，促进学生积极主动地参与到学习过程中来，使之在经历科学探究的过程中学会学习和思考，逐步培养学生的科学探究精神、参与意识、合作能力、实践能力和创新能力等。这就要求教师在开展实验探究教学的过程中，着力激发学生的学习兴趣，创造学生主动参与的氛围，充分调动学生参与实验探究教学的积极性和主动性[2]。
新课程改革之后，实验探究已经成为实现新课程目标的重要手段和内容。物理实验探究教学不仅要求教师具有探究的意识，还要求为教师配备基本的实验器材和实验平台。由于我国缺乏实验探究的传统，很多中学一线教师在开展实验探究的过程中往往会遇到实验器材或技术上的困难，因此，将传感器应用于物理实验探究教学是一个行之有效的策略。传感器能够精密准确地探测、感受外界信号，并将之转变成电信号，教学使用的传感器具有操作简便、数据图像准确清晰的特点，而且品种齐全。我国目前中学和高校使用的传感器主要包括美国PASCO公司生产的PASCO传感器系统和上海朗威DISLab传感器系统，这两套系统基本都涵盖了中学物理所涉及到的实验种类和实验内容。将传感器技术应用于物理实验探究教学中，实验操作简单方便，可以为学生和教师开展探究节省大量时间，学生不必从实验器材上考虑实验的可行性与可操作性，而且实验数据的采集和分析非常精确，图像清晰，学生可以集中精力思考实验探究的方法和思路，为实验探究设计方案，完成实验探究的过程。这也符合实验探究的真正目的，可以更加有效地培养学生的创新思维能力。
以传感器为平台开展实验探究的策略，可以有效地促进传感器与中学物理实验整合的有效性，可以有效地改变传统实验教学的方式，学生不再是一味听教师讲、看教师做，而是要积极主动地猜想、假设并实验证明，对实验的事实加以分析并获得结论。这必将有利于学生物理实验能力的提高，促进传感器与中学物理实验整合的研究。
二、开展系统研究——使中学物理教师得以借鉴
传感器与中学物理实验的整合研究已经成为物理新课程改革的重要内容和理念，是科学技术、信息技术与物理实验课程整合的重要突破口，对于提高学生的动手实践能力、提高学生的综合素质以及创新思维能力有着重要的作用。国外在这方面的研究经验和我国的现实状况都显示出我国传感器与中学物理实验整合的做法缺乏系统性，没能从整体的视角加以研究。
开展系统研究策略是指在将传感器与中学物理实验整合过程中，要有整体的研究思路，结合义务教育阶段和高中阶段的物理实验要求和设置，从力学、热学、电学、光学等专题角度开展全面而系统的研究，为中学物理教师开展传感器的教学提供理论指导和借鉴。从已有的研究中发现，我国现有的整合研究以案例为多，而且实验的类型多以验证性实验或测量性实验为主，缺乏系统地将传感器应用于中学物理实验的做法。由于中学阶段经费有限，很多中学没有能力购置传感器设备，所以我国的传感器与实验整合的研究主要集中在高校，相对系统的研究主要以硕士毕业论文的形式呈现，中学一线教师的系统研究相对较少。这在很大程度上限制了中学物理教师参与传感器研究的工作，也无法为广大中学物理教师提供系统而足够的示范，无法达到传感器应用于中学物理实验的理想价值。
因此，我们应该系统地对传感器与中学物理实验整合加以研究，既结合案例研究，又要涵盖中学物理实验的整体，将义务教育和高中教育阶段的物理实验内容通过传感器开展全面的研究，并将研究内容和研究成果以适当的形式展示出来，为中学一线物理教师和高校实验研究人员提供必要的借鉴和指导。同时，在研究过程中要具有更为广泛的研究视角，从理论探讨到策略分析，从模式建构到资源开发，从实验设计到实验探究等方面进行系统的研究。系统研究的策略要求我们要紧密结合义务教育阶段和高中阶段的物理课程标准和实验内容要求，利用传感器有针对性地开展全面的实验设计与研究，以便为中学物理教师开展传感器教学提供案例观摩和参考，促进传感器与中学物理实验的整合。唯有此才能实现传感技术与物理实验整合的系统化和全面化，才能为中学物理教师提供更直接、全面的指导。通过系统研究，可以促进传感器技术在中学物理教学中的有效应用，使传感器成为中学物理实验教学中重要而常见的操作平台。
三、开展实验设计——提高实验设计与开发能力
中学物理实验的设计和研究能力是物理实验教学的重要目标和内容，也是传感器与中学物理实验整合的重要策略之一。中学物理实验设计是一种介于基础教学实验和实际科学实验之间的、具有对科学实验全过程进行初步训练的实验教学方式，学生根据物理实验原理和要求，运用已学过的实验方法，结合实验器材，设计出合理的实验方案并加以实施的过程[3] 。中学物理实验设计涉及到对物理实验原理的深刻理解，实验器材的合理选取，实验步骤的设计和安排，实验操作的合理进行，以及实验数据的分析处理、实验结论的得出等一系列过程，这些对于学生创新思维能力、动手操作能力、小组合作和交流能力的培养都有十分重要的作用。
将传感器系统作为开展实验设计的操作和研究平台，可以有效提高学生的实验设计与研究能力，促进学生创造性思维能力的发展。一般的数字传感器由计算机接口、传感器和软件三部分组成。其中传感器用来采集数据，将各种外界信号转换成电脑可以识别的电信号，通过数据转换接口在电脑软件中显示即时的实验数据。运用传感器开展的实验设计，学生通过自己查阅和搜集资料自行推证有关理论，自行设计实验方案，自行选择实验器材，独立地进行操作和测量，对学生实验设计和研究能力、创新能力的培养具有不可估量的作用。
在传感器与中学物理实验整合过程中，教师要尽可能多地为学生创造开展物理实验设计的机会，使学生在完成中学物理实验的过程中感受传感器的优点和科学技术的魅力，体会实验设计的重要价值。教师要有步骤地引导学生由易到难地开展实验设计，初级阶段的实验设计题目和内容可以完全由教师决定和完成，之后可以是教师跟学生合作完成，高级阶段的实验设计则主要由学生自行完成。教师要鼓励学生积极参与实验方案设计的过程中来，大胆地提出自己的设计思想，针对同一物理实验设计多种解决方案，鼓励学生运用多种证据对自己的实验方案进行论证，提出完善和改进的建议等。
例如，在牛顿第二定律的实验过程中，我们利用PASCO传感器对之进行了重新设计和改进。传统的牛顿第二定律实验是用沙桶带动小车运动，通过打点计时器在纸带上打点来分析和研究。但此方法要求沙桶质量远小于小车质量，而且打点计时器打点过程对实验亦有影响。为此，我们在研究过程中利用运动传感器来分析加速过程的实验数据，并且将沙桶（我们用砝码代替）自身的加速度问题也考虑进去，不再忽略沙桶自身的影响，实验效果非常准确[4]，参与的学生和教师的实验设计能力也得到了提升。
四、开展教研活动——促进教研意识与能力发展
在新课程改革背景下，教师的教学活动与研究活动是密切相关的，教师已经不是传统的教书匠，一个教师不仅要把书教好，即把知识和技能传授给学生，还要教会学生学会学习，学会思考和研究。这就需要教师具备基本的教学研究意识，在完成知识教学的同时，要开展一定的教学研究工作，掌握教学研究的基本方法，将教学经验层次的问题升华为更高层次的理论问题，从而提升研究的能力和水平。
在传感器与中学物理实验整合过程中开展教研活动是提高整合层次和水平的重要策略，这不仅有利于教师提升自己的研究能力，还可以更加有效地带动学生参与科研过程，提高研究能力。教师要紧密围绕传感器与中学物理实验教学有意识地发掘一些问题，紧密围绕传感器与中学物理实验的整合研究，保证教研活动的完整性和目标的指向性，使这种教研活动成为物理教师改进中学物理实验手段、提高实验效率、体会科技发展、开展实验探究、培养创新能力的重要手段和方式。结合传感器与中学物理实验开展教学研究的内容比较广泛，可以从理论上进行一些探讨。例如，国内外传感器教学的进展和现状、传感器的重要性、将传感器与物理实验整合的方式方法等。也可以结合具体的实验案例开展一定的实验研究与分析，例如实验验证动能定理的研究[5]、单摆的实验设计[6]、动量定理的实验设计与研究[7]等。在动量定理的实验研究过程中，我们将不易测量的合外力冲量通过力传感器测出，将动量的变化用运动传感器测出，两者进行比较即可分析出冲量和动量变化的关系。在研究过程中，教师不仅提高了教研的意识和能力，还积极引导学生参与科学研究的意识，教给他们基本的研究方法，这对参与研究的学生起到了积极的引导作用，提高了学生的科学素养和科学研究能力。通过教研活动的开展，可以促进教师专业能力和学生科研能力的发展，为创新型人才的培养奠定基础。
传感器与中学物理实验的整合是物理新课程提倡的重要内容和理念，体现了物理课程与科学技术的结合，也体现了物理课程内容的选择性和前沿性，其整合研究已经成为我国中学物理实验改革和研究的重要课题。策略更具普遍意义和方法论意义，开展有效的策略研究将会非常有效地促进传感器与中学物理实验整合的研究。
参考文献
[1] 刘茂军.用数据采集器实施“实验探究”教学的理论与实践.教学研究，2011（2）.
[2] 姚文俊，武丰旭.发展学生主体性的教学策略研究.中国教育学刊，1998（2）.
[3] 刘茂军.中学物理实验设计思想方法拾萃.物理教师，2012（1）.
[4] 刘茂军，刘惠莲，肖利.基于传感器的牛顿第二定律实验设计与研究.中学物理教学参考，2012（11）.
[5] 刘茂军，赵志刚，肖利.实验验证动能定理的研究.中小学实验与装备，2007（4）.
[6] 刘茂军，尹立群，肖利.用PASCO仪器研究单摆的实验设计.中学物理，2011（2）.
传感器设计论文篇8
关键词：传统器具；设计；客家；赣南
赣南客家传统器具设计的文化语境在本质上是以人文关怀为核心，以感性体验为表象，其原因在于赣南客家的传统器具设计并没有依托一套严格的计算体系。客家工匠的造物行为往往不是从某种科学定律出发，而是从既有的片段式的经验中寻求指导，缺乏逻辑的计算和精确的数据支撑。这种沿袭至今的历史现象，容易给人造成假象，即赣南客家传统器具设计是基于某种习惯的行为因素，缺乏必要的理论指导。殊不知，假如没有可靠的理论作为指导，赣南客家传统器具是不可能一脉相承、延续至今的。赣南客家传统器具设计有史以来进化缓慢，恰恰是因为它缺乏看似正统的设计文化，冲破了理论的枷锁。从这个层面上来说，数据、运算等都不是纯粹的科学行为，都带有强烈的人伦、道德色彩，探究宇宙奥妙的科学行为都是以人为中心的、以“人文关怀”为终极目标。因此，对赣南客家传统器具的设计研究，必须解读其设计行为中的理论成分，诠释它的文化语境。
一、理性经验
“理性经验”是吕品田先生在《中国民间美术工艺学》中提出来的，通常指具有理性的经验，它与感性经验是对立统一的关系。赣南客家传统器具设计中的理性经验，多以人文关怀为核心，并指导工匠的造物活动。
儒家 “人文”的核心是“仁”，“仁者人也”[1]，而且与“礼乐”关系密切，“人而不仁，如礼何？人而不仁，如乐何？” 赣南客家传统器具设计与儒家在人文精神上一脉相承，二者之间直接关联。赣南客家传统器具设计人文特征的形成，是无数个体片段性经验在逻辑层次上的累积。其制作领域的大量经验都因缺乏缜密的逻辑意识，而最终未能形成系统的观念体系，更无法形成一种游离于人文精神之外的强大科学力量。从意识形态来看，赣南客家的古代科学思想仍然属于封建制度的产物，其最终目的仍然是为某种落后观念服务的。赣南客家传统器具的科学萌芽只有和人文精神联姻才能不断壮大，因此，其设计的出发点更倾向于解决实际的生产、生活问题。评价科学发展程度的标准并不是科学本身，而是人文思想的革新程度。
赣南客家传统器具的理性经验表现在各种造物活动中，其人文精神也不例外。“人文”的核心在于超越个体，遍及整个宇宙，它是处于社会科学和自然科学边界的一种思想观。如此看来，赣南客家传统器具的设计哲学，与东方哲学的范畴是一致的。而中国古代哲学是没有本体论的，其思想里最流行的就是怀疑论和相对主义，这与赣南客家在上的多神崇拜组合在一起，使赣南客家人思想中有家族爱、忠君爱，有对等级的追求和热情，有对物质的爱等[2]。
二、道与技、气与器、情与伦
“道”与“技”的说法来源于《庄子》，“技”指的是某种技能，“道”指的是通过反复实践才能掌握的某种规律。庄子人文，“技”是可以传授的，而“道”是不可以传授的，只有靠长期实践，顿悟得“道”。人类的各种造物行为，当其达到最佳状态时，便是一种最接近自然的，最接近道的理。一直以来，道是赣南客家传统器具设计的核心目标。技艺纯熟的客家匠人大都认为道就在自然万物的造化中，因此醉心于对自然大道的领悟。道是无形的，不可捉摸的，而技是得道的一种方式。道是本原的，技则是通往道的一种技术形式。因此，赣南客家传统器具设计的经验主义也就自然产生，祖祖辈辈积累的各种经验零散地体现在各种造物行为中，并逐渐形成一种价值观。这种价值观还被进一步引入政治、道德领域，与封建统治方式的价值观相结合[3]。
在许多领域的应用中，气仍是具有本体意义的概念，气化生万物，万物也皆以气为根本[4]。不管宇宙万物的生命形态如何发生改变，皆以气为根本，其进化都是由气发生、发展的。“气”与“器”是事物本质和现象的反映，即一般和个体的关系。王夫之认为：气贯通于万物之中，气在器中，阴阳二气不脱离具体有形器物而独立运行，必定附于物而成为具体形质[5]。赣南客家传统器具的设计活动恰当的再现了中国哲学的这一基本思想，如评价客家工匠手艺“初期如生”、“巧夺天工”等。器在根本上是“天人合一的”的具象表现，即天气和人生的“和合”。器物设计中，只有追求天地之灵气，才能产生经典之作。气与器的关系必须理顺，气在先，器在后，造物活动中的理性经验服从于“气韵”和“载道”，但二者也常常矛盾。当某种经验被过分夸大的时候，它就会掩盖“气”。此类器物虽然技术巧妙、形式精美，但缺乏灵动之“气”，因此被人诟病。
关于赣南客家传统器具设计的文化语境，日常情感和伦理道德的影响也较为明显。赣南客家的日常生活，常常将宗族作为情感纽带来敦促社会行为，其特点较为突出。客家工匠有时候会为了迎合某种特定情感的需求，不惜牺牲新的科学经验。赣南客家传统器具有许多沿袭多年的形式，当某种先进的技术出现时，尽管它可以改变制作的落后，但匠人们仍然习惯旧有的制作方法，其原因在于难以舍弃情感因素。匠人们表现出来的对于新科技的厌倦与怠慢，其实源于他们一直以来恪守的、守旧的伦理道德观。由此可以看出，赣南客家传统器具设计中的某些固有的形式特征，并不是科学设计的结晶，而是伦理道德观的物化表现。
参考文献：
[1]《中庸》第十二章
[2]李涛著.龙之殇・中华文化的尴尬与嬗变[M].北京：中国友谊出版公司，2006.
[3]吕品田.中国民间美术工艺学[M].南京：江苏美术出版社，1992.
[4]梁盛平.赣南客家传统民具设计研究[D].南京艺术学院，2010：107.