學生電子設計創(chuàng)新社團實踐研究

1、學生電子設計創(chuàng)新社團實踐研究 人工智能發(fā)展的大環(huán)境下，企業(yè)用人單位對畢業(yè)生的實踐創(chuàng)新能力、自主學習能力、團隊協(xié)作能力都提出了新的要求。重視對高職院校學生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高他們的就業(yè)競爭力，培養(yǎng)高技術技能型人才，既是時代發(fā)展的需要，又是高職教育恒久不變化的話題。把培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力作為教育教學的主要方向，改變原有的教學觀念1，充分調動學生學習的積極性和主動性，鼓勵學生開動腦筋去探索、去研究，激發(fā)他們的創(chuàng)造性和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)團隊協(xié)作和實踐動手能力，讓課堂教學在創(chuàng)新社團延續(xù)下去，鼓勵和支持大學生盡早參與科學研究、技術開發(fā)和社會實踐等創(chuàng)新活動，為學生今后的成長成才做好引導和鋪墊作用。 1創(chuàng)新

2、社團簡介 大學生電子設計創(chuàng)新社團的建立以鍛煉和提升學生的綜合能力為出發(fā)點，是以學生開展專業(yè)技能活動、開啟頭腦風暴、碰撞思維火花、鍛煉自身研究探索能力、溝通協(xié)調能力和人際交往能力為主要宗旨，立足于提升學生的專業(yè)技能和自我管理、自主學習的能力，以項目任務為載體，按照項目要求教師進行有針對性的知識點分解講授，充分發(fā)揮老生帶新生、小組討論學習的模式方法，讓學生直接參與到每個項目的設計、選型、制作、調試中。教師最終根據(jù)電路功能狀態(tài)以及其他標準來進行評定。一個學期完成一定數(shù)量的設計項目，期末時候進行綜合考察評定，選出優(yōu)秀學員進行鼓勵鞭策。每個項目以一定的周期為限，學生在有關知識點內容的基礎上，自主的查找資

3、料、分頭研究仿真模擬測試結果、討論涉及項目的方案、器件材料的選擇，查找項目的最新資料信息，查閱項目已有的傳統(tǒng)方案，加以推敲研究改進創(chuàng)新，設計出更為優(yōu)異的東西，為各類電子設計大賽、今后的畢業(yè)設計、進入更高一個層次學校的學習或者踏入工作崗位以后從事開發(fā)設計提供鍛煉培養(yǎng)的機會，這是建立學生創(chuàng)新社團的主要目標，也同時解決了學院各級各類技能競賽的參賽組隊、參賽成績等的實際問題。大學生電子設計創(chuàng)新社團最為注重的是學生實踐創(chuàng)新研究的過程。不斷提高學生的自我學習能力、團結協(xié)作能力和組織實施能力。鼓勵學生在專業(yè)課程的學習過程中，從自身所長與興趣出發(fā)，積極參與實驗實踐活動，引導學生探索、研究和創(chuàng)新2，提出自己的創(chuàng)

4、新觀點與見解。同時為了加強學生對社團的主人翁意識，在項目經費的使用問題上讓學生也參與進來。對自己做的每個項目做費用預算，嚴格規(guī)劃社團經費的開支，公開賬目明細，對社團每年的開支做相應的預算，學會在自由支配的基礎上統(tǒng)籌規(guī)劃，老師既能夠起到統(tǒng)籌管控的作用又能夠給學生一定程度的自由發(fā)揮空間，讓學生自己做社團的主人，不僅鍛煉學生金錢管理能力和資金規(guī)劃能力，更激發(fā)了他們的積極主動性3，充分發(fā)揮他們的聰明才智，為今后學生踏入工作崗位或自主創(chuàng)業(yè)、自我生活規(guī)劃奠定基礎。 2實例說明 根據(jù)所在高職院校創(chuàng)新社團的實際實施過程，選擇以太陽能熱水器溫控系統(tǒng)項目設計為例，簡單闡述學習教學流程。太陽能熱水器溫控制系統(tǒng)是一個

5、比較典型的檢測控制應用電路，能夠實現(xiàn)對水溫的檢測、信號處理、以及實現(xiàn)水溫加熱的控制系統(tǒng)。教師評分標準就以整體功能實現(xiàn)狀況、精準度和誤差率如何以及是否滿足檢測、控制的要求來判定。課前，學生自主選題或教師指定項目內容，選擇了應用較為廣泛的太陽能熱水器中溫控系統(tǒng)為本次項目的課題，該項目涉及知識點包括:模擬電子技術與應用中要講授的電源電路、報警指示電路;單片機技術與應用中涉及的主控電路;數(shù)字電子技術與應用中的數(shù)碼顯示電路制試點內容;以及其他包括傳感器等可以讓學生自我搜集材料、自主學習、自我拓展的相關知識點內容。課中，不同課程的專任教師將相關知識點給學生進行講授提點。如單片機技術與應用任課教師將書本材料

6、中的傳統(tǒng)芯片8051及構成的主控電路相關內容進行介紹，并留一定拓展內容和思路給學生進行自主學習，引導學生查找相關資料和手冊對比傳統(tǒng)的80C51、80S52芯片，選用較為先進、編程靈活、控制簡單的新型主控芯片，讓學生在掌握基礎知識的前提下更重要的是根據(jù)自身的不同學習能力和理解能力選擇最合適的進行學習;模擬電子技術與應用老師將常見的電源電路結構原理和報警指示電路進行總結概括分享，引導學生根據(jù)實際項目的要求進行適當?shù)母倪M和修正;每個教師的課時根據(jù)內容量有所不用，數(shù)字電子技術與應用老師也根據(jù)項目內容將課本材料中的LED、LCD的構造和原理進行講授指導，讓學生學會選擇適當?shù)娘@示設備。課外，學生在對該項目

7、有一定程度的了解和掌握基礎上，查找相關文獻網(wǎng)絡資料，消化老師所講授的每個環(huán)節(jié)的知識點內容，同時進行拓展創(chuàng)新，并且根據(jù)項目需要自主學習選擇市面上比較成熟的溫度傳感器DS18B20采集溫度變化信號，之后進行電路圖的設計及仿真，利用仿真軟件調整電路的設計中可能出現(xiàn)的線路故障、電容電阻等元器件參數(shù)選擇不合適等狀況;在此基礎上學生采購元器件或在已有的元器件倉庫中尋找自己需要的合適元件進行實物制作安裝;實物制作完成之后通過燒錄編譯控制算法觀察最終調試結果;對控制精度要求較高的同學則會不斷地對算法進行研究和改進，在這過程中，學生提升了自己的設計和邏輯能力。個別同學制作的太陽能熱水器溫度控制系統(tǒng)的實物電路板，

8、還緊密聯(lián)系社會實際，創(chuàng)新地提出了多機通信接口，為完善的人機交互界面提供了可能。也有的同學在對主控芯片的選擇上進行了一番調研，選用的核心主控芯片STC12C5410ADSOP28價格合適，功能完善。綜合學生的設計電路，在太陽能熱水器溫控系統(tǒng)這個項目中有顯著的三個設計的優(yōu)異之處，分別體現(xiàn)在:一、主控芯片的選擇。常見的溫度控制電路大多采用AT89系列作為控制芯片，社團的章同學和其他兩名同學選用了STC12C5410ADSOP28單片機，該單片機對傳統(tǒng)8051系列的功能具有良好的兼容性，同時還有具有諸如功耗低、價格低廉、抗干擾能力強、易于開發(fā)、實現(xiàn)在線編程容易等的優(yōu)點。二、電源電路的設計。在我們常見的

9、電路中電源電路常采用交直流轉換的整流穩(wěn)壓電路，但是這種結構要求固定安裝，并且占空間而且笨重，不利于電路系統(tǒng)的整體安裝和調試。在陸同學和其他幾名同學的控制電路電路中，他們選用了已廣泛應用于手機、便攜式電腦等的USB接口供電，USB供電體積小、重量輕、便于攜帶，調試和操作起來也很方便便捷，并且接口及數(shù)據(jù)線的通用性好，是一個供電電路的不錯選擇。三、數(shù)碼顯示電路及按鍵電路的設計。傳統(tǒng)的電路中常常采用矩陣鍵盤方式設計鍵盤控制電路部分，通過軟件編程實現(xiàn)數(shù)碼顯示。而鍵盤往往數(shù)量多、所占面積較大。創(chuàng)新社團的孫同學和其他幾位同學設計的控制系統(tǒng)則完全不同，他們通過將單片機上的數(shù)模轉換I/O端口直接連接數(shù)碼顯示，同

10、時設定了兩個按鍵控制溫度調節(jié)，大大縮小了電路板的面積，簡化了電路結構，使電路的集成度得到了較大地提高4。可以發(fā)現(xiàn)，在這些細小的改進上學生們動了腦筋，也花了心思，只有通過大量的資料查找閱讀和理解才能夠有這么出彩的設計創(chuàng)新，這樣的舉動就已經達到了創(chuàng)新社團建設的根本目的。 3總體設計構造舉例 溫度控制系統(tǒng)是一種性能顯著、使用廣泛的電路裝置，在冶金工業(yè)、化工生產、電力工程、造紙行業(yè)、機械制造和食品加工等諸多領域得到大量研究和應用，具有良好的應用前景。早期的溫度控制電路有通過薄膜鉑電阻作為傳感器將溫度轉換成電壓值，經溫度采集、電路放大以及濾波之后，送入A/D轉換器采樣和量化，量化后的數(shù)據(jù)送單片機做進一步

11、處理;當前溫度數(shù)據(jù)和設定溫度數(shù)據(jù)經PID算法得到溫度控制數(shù)據(jù);控制數(shù)據(jù)經D/A轉換器得到控制電壓，經功率放大后供半導體制冷器加熱或制冷，從而實現(xiàn)溫度的閉環(huán)控制。實際上，現(xiàn)在使用較多的是以AT8951、AT89S52系列單片機為核心，采用溫度傳感器AD590或其他傳感器感測溫度，通過A/D采樣芯片ADC0804、可控硅MOC3041及PID算法對溫度進行控制。本課題將在現(xiàn)有的基礎上進行改進，不但簡化現(xiàn)有電路結構，改進A/D轉換方式和顯示譯碼方式，同時還針對提高溫度的測量精確度、穩(wěn)定度、靈敏反應度等方面通過試驗進行驗證5。通過對此次項目任務中若干個較為優(yōu)秀的電路板進行測試對比，發(fā)現(xiàn)學生能夠突破傳統(tǒng)

12、的溫控電路設計的局限，總結其中典型的應用設計，電路組成結構包括有:選用較為合適的傳感器DS8B20和主控芯片STC12C5410ADSOP28，結合USB轉換電路實現(xiàn)供電和數(shù)據(jù)通信，使用繼電器控制加熱電路，通過單片機中的ADC通道連接并實現(xiàn)顯示功能，最后通過蜂鳴器報警電路實現(xiàn)超溫報警功能。選用的數(shù)字溫度傳感器芯片DS18B20能夠實現(xiàn)從55到+125的溫度測量，并且較傳統(tǒng)的AD590、PT100耐磨耐碰、體積小、使用方便，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域，現(xiàn)在在溫度傳感裝置中得到廣泛的采用，同時具有獨特的單線接口方式，與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與傳感器的雙向通訊，可

13、在ls(典型值)內把溫度變換成數(shù)字。STC12C5410AD系列SOP28單片機是我國本土知識品牌宏晶科技生產的新一代8051單片機，兼容性好，抗干擾能力強，同時內部還包含有4路PWM和8路高速10位ADC轉換，可以直接實現(xiàn)模數(shù)轉換，為電路的功能拓展提供了便利。加熱部分采用三極管控制繼電器，通過繼電器控制電熱絲加熱。這種加熱方式可以通過軟件設計控制電熱絲的加熱時間，當溫度達到規(guī)定值時，使被控制的電加熱絲斷開。繼電器控制信號所需的功率極低，即通過弱信號控制強電流。同時動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小，在實際的安裝過程中，學生考慮到方便與兼容，直接采用普通的繼電器。數(shù)碼顯示電路采用4個LED共

14、陰數(shù)碼管顯示溫度數(shù)值大小，精度精確到0.1，實際日常測量中基本上只用到三個LED。電路無須譯碼部分，直接通過STC12C5410AD單片機中的ADC通道連接即可達到譯碼功能6，這也是本電路較市場上普遍溫控電路更為簡單、便捷、實用之處。電路中所有三極管都選用NPN三極管9013，限流電阻阻值大小為220歐姆，三極管的集電極端口用于連接并控制數(shù)碼管的公共端。同時電路裝有紅、綠兩個指示功能的發(fā)光二極管，當測量顯示的溫度值在正常范圍內時，綠燈亮同時數(shù)值顯示;當測量到的溫度超出了設定范圍以外的時候，紅燈亮以示報警，同時蜂鳴器響起，提醒用戶注意安全。報警電路采用有源蜂鳴器，使用方便。采用兩個按鍵易于用戶對

15、溫度進行設置，其中兩個按鍵分別對應為設置溫度“+”、“”。同時電路中選用三極管起開關作用，與單片機的I/O口連接用于通過三極管來驅動蜂鳴器，當三極管基極為高電平時三極管飽和導通，蜂鳴器發(fā)聲;而正常時刻基極為低電平使三極管關閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。此外，系統(tǒng)電路板上還帶有USBUAT轉換接口，可以實現(xiàn)PC機到控制板之間的數(shù)據(jù)通信。同時，利用FT232BM進行USB接口的開發(fā)優(yōu)點較多，在很多電路系統(tǒng)的設計場合被廣泛采用?？刂破鬈浖O計采用模塊化結構，主程序內包括DS18B20溫度檢測程序、按鍵控制子程序、加熱時間設定計算子程序等。系統(tǒng)主程序主要完成溫度的檢測以及進行加熱時間預算和一些初始化功能。程序開

16、始的時候先設置初始化7，然后控制數(shù)碼管顯示當前溫度.接著判定兩個按鍵是否被按下;程序控制設置溫度的三個數(shù)碼管的點亮與否;當有按鍵按下的時候進入按鍵處理程序，按下“確定”按鍵以后，程序進入判斷程序和繼電器控制程序。繼電器動作后，程序回到顯示當前程序，并開始循環(huán)。在系統(tǒng)的程序過程中，由于存在有溫度傳感器對溫度進行感測，溫度讀取的子程序不可或缺。溫度讀取的子程序主要是針對DS18B20中隨機存儲器內字節(jié)進行讀取，經過循環(huán)冗余碼校驗，就可以將溫度值讀取出來。溫度的控制是采用兩個繼電器對溫度進行加熱和降溫，溫度控制子程序的設計主要是以傳感器感測到的當前實時溫度是否超過設定的溫度上限值來進行編譯的，溫度過

17、高時指令發(fā)出，驅動控制加熱片的繼電器斷開，停止加熱;溫度不過高時，繼電器導通，加熱片正常工作。按鍵程序的設計中，還需要考慮按鍵的抖動時間和機械特性的長短，一般為510毫秒。通常手動按下按鍵，然后立即釋放這個過程穩(wěn)定閉合時間超過20毫秒。因此，單片機檢測按鍵是否按下必須要加上去抖動操作，在程序中就必須要將這部分檢測掃描并且消去。 4數(shù)據(jù)分析 溫度控制系統(tǒng)能夠敏捷感知并顯示實時溫度，可對最上限溫度進行實時調整(0.1為調整單位)并也予以顯示。正常工作時，每一秒鐘感測一次溫度并進行調整顯示，同時綠燈顯示表示正常溫度內安全工作狀態(tài)。當外部溫度由于加熱或其他原因致使溫度超出限定最上限時，蜂鳴器報警并紅燈

18、顯示，以表明非安全模式，以提醒使用者進行調整確保安全。研究電路的測試數(shù)據(jù)結果可以看出，設計系統(tǒng)的靈敏度好，選用合適的控制算法，能夠較好地達到系統(tǒng)的設計要求，且精確度較高8。由檢測數(shù)據(jù)可以看到，在設定溫度波動的前提下能夠很好地檢測出系統(tǒng)的誤差基本穩(wěn)定在正負0.17。設定溫度為50，每隔5s記錄實測溫度如表2。從表2中的數(shù)據(jù)可知，該控制系統(tǒng)的反應速度快、穩(wěn)定性好，從初始狀態(tài)到數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)運行只需要15秒的時間。對比系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測量誤差可以看到，能夠很好地達到一定的設計指標要求，精確地測量溫度并且誤差率低，具有一定的有實用性和應用價值。5結論注重培養(yǎng)學習過程的優(yōu)化，創(chuàng)新社團為學生創(chuàng)造有利于個性發(fā)展

19、與提高實踐創(chuàng)新能力的良好學習環(huán)境。在這種新的教學模式和教學理念的基礎上，學生學習的主動性和積極性被充分地調動起來，學生的實踐動手能力和團隊協(xié)作能力得到了極大的提升，參加各級各類技能競賽中獲得了較為優(yōu)異的成績，累計獲獎達20余人次。其中榮獲江蘇省高等職業(yè)院校技能大賽二等獎3項，TI杯江蘇省大學生電子設計競賽二等獎1項、三等獎2項，無錫職業(yè)教育創(chuàng)新大賽高職院校學生組創(chuàng)造發(fā)明一等獎1項、二等獎3項。近年來，專業(yè)學生的就業(yè)率、就業(yè)質量以及專業(yè)對口率不斷提升，受到了企業(yè)和用人單位的歡迎;扎實的專業(yè)基礎知識也使得社團中學生轉本的比例逐年提升，對學生的進一步深造提供了保障。高等職業(yè)院校的教學之根本除了傳授理論知識、強化動手能力以外，更應該注重培養(yǎng)學生自主學習的能力，讓他們學會主動研究問題和探索創(chuàng)新能力。電子設計創(chuàng)新社團建立的主要目的就是讓學生在一定基礎上學會拓展和創(chuàng)新，高職教育的目的也就是如此，緊跟社會時代發(fā)展的步伐，把行業(yè)企