传感器与检测技术实验室开放项目探索与实践
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作者:李珍 何一文
摘 要：结合南阳理工学院传感器与检测技术实验室开放项目——超声波测距仪的设计与制作，了解掌握超声波测距仪的的工作原理，实践测距仪的硬件制作和软件编程，调试整机的工作性能。激发学生的学习兴趣，锻炼学生的实践技能、团队协作及科技探索能力。提高实验仪器设备的利用率，提升教师的实验教学指导水平。同时也对高等学校实验室开放项目的设置和实施进行了一些探索和研究。
关键词：超声波测距仪 卓越工程师教育 自主性 实验室开放
中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）05（c）-0087-02
1 实验室开放项目的意义
随着社会经济的腾飞与发展，应用型本科院校人才培养方案与社会与企业接轨势在必行，国家对大学生的综合能力的重视程度也日渐提高。我们学院的机械制造及其自动化专业是国家《卓越工程师教育培养计划》的试点专业，“卓越工程师教育培养计划”是我国从实际出发，结合自身国情和世界科技发展情况而制定的一项战略政策。实验室开放项目是我校基于校内内各实验教学平台而设立的，它在实践教学改革和探索，学生工程创新意识提升，动手能力和团队协作精神的促进方面具有很重要的作用。这项工作的实施意义与卓越工程师的培养目标与要求髙度吻合。同时开放实验室项目能够为学生提供更多的自主实践的机会，使他们用所学的理论知识解决工程项目所遇到的实际问题，培养他们的创新和实践能力同时也提高实验仪器设备的利用率，优化了教学资源的配置。
2 实验室开放项目的设置
实验室开放项目必须具有一定的设计性、综合性和创新性，开放项目必须是在专业综合理论指导下，通过以项目为驱动，以调动学生学习自主性创新性为目的，将课堂教学拓展到实验室的第二课堂，让学生结合专业发展及今后就业方向，在项目任务驱动下自主思考讨论，自行研究设计，团队协作完成。因此我校每年进行一次项目申报，专家组评审通过立项一批实验室开放项目，这些项目到期学校会组织评委会检查验收，达到预期目标的可以结项。超声波测距仪的设计与制作就是立项项目之一，本项目通过超声波测距仪的设计与制作，锻炼学生的动手能力，提高对专业知识的理解，检验和锻炼大学生的科技实践能力，充分体现学生在测量控制领域的创新实践成果，加强大家的沟通能力和团队协作意识，增强学生的责任心和自信心，培养学生的科学探索精神，提前践行工程师的职业道德和职业能力。
3 参与人员的选拔及分工
由于超声波测距仪的设计与制作需要学生前期学习过《电工电子》、《测试技术》、《单片机原理及应用》等课程，因此参与的对象必须是大二和大三的学生，并且对项目感兴趣，自愿参加、积极参与。通过调研和选拔最终决定四名学生参与这个项目，其中大二、大三各两名，具体分工为大三学生完成总体方案设计和软件编程调试，大二学生负责分布电路设计调试，元器件选购，电路板焊接，大家一起完成最终调试。
4 项目的实施过程
4.1 培训学习
由指导老师召集项目组成员学习实验室安全条例及实验室应急预案，并进行安全演练;学习实验仪器设备操作方法;学习项目需要用到的硬件及软件相关知识。
4.2 项目分工及时间安排
根据学生的自身条件及实验室的教学任务合理安排各项工作的时间节点;由于实验室开放项目的性质是为了锻炼学生自主学习、独立思考、提高创造性思维和探索精神，所以让学生们自己明确目的统筹安排合作完成，能够更好地激发学生的学习热情和科技探索精神，锻炼他们的创新性和工程意识。
4.3 定期检查辅导
根据项目内容和时间节点的安排情况，每两周进行一次项目组成员会议;指导老师跟踪检查各阶段项目进展情况的同时，对学生在项目实施过程中遇到的疑难问题给出指导性的建议。
5 项目内容及成果
5.1 项目内容包括以下几个方面
（1）对超声波测距仪产生的背景、发展历程及应用现状进行了深入的认识，根据使用现场环境及实际需求，最终选择超声波测距方案。
（2）分析了超聲波测距过程中由于温度因素产生的误差，并设计出误差修正具体电路，采用温度采集电路来补偿温度对声速造成的影响，进一步提高了测量精度。
（3）电路中采用了声光报警及数码管距离显示，直观地测距仪与障碍物间的距离显示给操作者。
（4）测距仪的报警电路采用光报警和声报警来提示操作者在工作时，与障碍物的远近问题。光报警采用不同颜色的发光二极管，来分别提示危险距离（红色LED）、保持距离（绿色LED）、安全距离（黄色LED）。声报警采用一个蜂鸣器，并通过一个PNP三极管9012进行声音放大，当倒车时，车与障碍物之间的距离为危险距离时，蜂鸣器响，来提醒驾驶员注意安全。
5.2 开放项目的成果
该测距仪利用超声波实现了非接触性测距;采用DS18B20温度传感器实现了对系统的温度测量和补偿，并且根据理论计算公式在软件中对声速进行了补偿校正，提高了测量的准确度。利用单片机控制可以达到很高的采集速率和精度，可以检测到前方的障碍物，并显示其距离，至危险区域后会自动报警。
6 结语
通过实验室开放项目的实施，实验设备得到了充分的利用，学生能力得到了提高，教师的教学指导水平也得到了提升，总之这是一项多方受益的工作。更重要的是，让学生体会到从理论知识到功能实现不是件简单的事情，要想成为一名合格的工程技术人才必须用更多的理论知识和实践经验来充实自己、锻炼自己，这样才能在以后的工作中解决更多的实际问题，才能更好地为社会服务。
参考文献
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