隨著我國高等教育事業(yè)的發(fā)展，教學(xué)形式有所發(fā)展，教學(xué)條件有所改善，多媒體教學(xué)在大學(xué)理論課講授過程中占有很大的比例，部分取代了純板書式的傳統(tǒng)教授形式。但是，無論是哪種形式的教學(xué)，實(shí)物展示在學(xué)習(xí)過程中能夠讓學(xué)生們對(duì)所學(xué)的概念、原理及應(yīng)用有著極為深刻的印象。為此，課堂教學(xué)設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用顯得尤為重要。例如，安全檢測(cè)技術(shù)課程主要介紹安全檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成，各類傳感器的原理、性能及使用。這些方面的學(xué)習(xí)，教師借助多媒體展示原理圖和實(shí)物圖均很難使學(xué)生形成翔實(shí)而立體的教學(xué)效果。為此，本文基于對(duì)安全檢測(cè)技術(shù)的理論教學(xué)過程中，開展相關(guān)理論課題教學(xué)設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用研究。
一、課題教學(xué)設(shè)備開發(fā)的意義
以安全檢測(cè)中溫度檢測(cè)為例，這一章節(jié)主要介紹工業(yè)中常使用的溫度傳感器及其相應(yīng)的測(cè)量原理。通過對(duì)溫度檢測(cè)系統(tǒng)組件教學(xué)設(shè)備的開發(fā)，首先，可以讓學(xué)生們認(rèn)識(shí)到溫度檢測(cè)系統(tǒng)是哪幾部分組成，并可現(xiàn)場(chǎng)對(duì)此系統(tǒng)拆解，分別講解每一部分的形態(tài)及功能；其次，通過該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)的溫度采集；再次，通過設(shè)備的時(shí)間條件控制實(shí)現(xiàn)不同的采集頻率；后，將現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編輯和處理，終實(shí)現(xiàn)基于課堂現(xiàn)場(chǎng)的溫度檢測(cè)與分析。此設(shè)備可涉及安全檢測(cè)技術(shù)的傳感器基本構(gòu)成、工作原理、溫度檢測(cè)原理、數(shù)據(jù)采集與處理等諸多重要知識(shí)點(diǎn)。為此，課堂教學(xué)設(shè)備的開發(fā)可使教學(xué)環(huán)節(jié)更加豐富有趣，彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)中的一些從理論到應(yīng)用的課堂轉(zhuǎn)化，為理論教學(xué)過程增加更多可操作環(huán)節(jié)，使學(xué)生們?cè)谡n堂上能夠更好地學(xué)以致用。
二、溫度檢測(cè)教學(xué)設(shè)備的設(shè)計(jì)
溫度傳感器在醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活等領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用。作為教學(xué)設(shè)備的開發(fā)，溫度傳感器還不是很多，由于傳統(tǒng)工業(yè)使用的溫度傳感器價(jià)格較高、體積較大、不便于攜帶、需要提供電源、需要配合專業(yè)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等特點(diǎn)，此類傳感器大多停留在大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，而無法走到理論教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)。隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，設(shè)計(jì)人員可將各種數(shù)字電路芯片、微處理器芯片、存儲(chǔ)器電路芯片等集成為數(shù)字溫度傳感器，使其性價(jià)比大幅提升。集成化兼智能化的傳感系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)有兩個(gè)方面：一個(gè)是集成電路規(guī)模化技術(shù)，一個(gè)是微機(jī)加工技術(shù)。在此系統(tǒng)中的敏感元件是以硅為基本材料制作的，同樣用于信號(hào)調(diào)理的電路部分和微處理部分也是基于這種材料，后利用微機(jī)加工技術(shù)把系統(tǒng)的各個(gè)部分集成在一塊微小的芯片上，這就構(gòu)成了人們常說的集成智能傳感器（IntegratedSmartSensor）本設(shè)計(jì)采用的是ADT7410是一款13位集成式數(shù)字溫度傳感器芯片，其外圍電路采用PCB（PrintcircuitBoard）進(jìn)行設(shè)計(jì)，基于此設(shè)計(jì)進(jìn)行印刷電路板的制作、使用C++語言程序開發(fā)溫度檢測(cè)教學(xué)設(shè)備的用戶界面程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)采集的溫度數(shù)據(jù)的保存和輸出。
三、溫度檢測(cè)教學(xué)設(shè)備結(jié)構(gòu)與組成
溫度檢測(cè)教學(xué)設(shè)備由硬件模塊和軟件模塊兩部分構(gòu)成。硬件模塊主要由ADT7410數(shù)字溫度傳感芯片、USB轉(zhuǎn)IIC接口，數(shù)據(jù)傳輸總線、外圍電路構(gòu)成（如圖1所示）。其中外圍電路由三種器件分別由電阻、電容和排針構(gòu)成（如圖2所示），其中4.7k的電阻有4個(gè)，0.1μF的電容1個(gè)，四線排針1個(gè)。軟件模塊是由初始化模塊、傳感器連接檢測(cè)模塊、溫度顯示模塊構(gòu)成。

 

圖1　安全檢測(cè)教學(xué)設(shè)備Ⅰ—溫度檢測(cè)儀

注：① ADT7410 數(shù)字溫度傳感芯片；② USB 轉(zhuǎn)IIC 接口；③數(shù)據(jù)傳輸總線；④外圍電路

圖2　溫度檢測(cè)儀電路板

注：① 4.7k 電阻；②四線排針；③芯片；④ 0.1μF 電容

1.硬件模塊功能介紹
數(shù)字溫度傳感芯片（ADT7410）功能介紹。ADT7410是一款13位數(shù)字溫度傳感器，額定工作溫度范圍為-55℃～+150℃，*可以滿足室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)采集的需求。ADT7410芯片內(nèi)部總共擁有14個(gè)具有不同參數(shù)的8位寬寄存器，用于存放測(cè)量的溫度值由溫度值高和低有效字節(jié)、THIGH設(shè)定點(diǎn)的高和低有效字節(jié)、TLOW設(shè)定點(diǎn)高和低有效字節(jié)、TCRIT設(shè)定點(diǎn)高和低有效字節(jié)、THYSTS設(shè)定點(diǎn)組成的9個(gè)寄存器，狀態(tài)值存儲(chǔ)在1個(gè)8位寬的寄存器；配置值存儲(chǔ)在1個(gè)8位寬寄存器；地址指針存儲(chǔ)在1個(gè)8位寬寄存器；軟件復(fù)位值存儲(chǔ)在1個(gè)8位寬寄存器。
這個(gè)芯片總共使用了8個(gè)引腳，分別是1個(gè)IIC串行時(shí)鐘輸入引腳，1個(gè)IIC串行數(shù)據(jù)輸入和輸出功能引腳，2個(gè)IIC串行總線地址選擇功能引腳，1個(gè)過溫功能或欠溫功能指示器引腳，1個(gè)臨界過溫指示器邏輯輸出引腳，1個(gè)模擬接地或數(shù)字接地功能引腳，1個(gè)2.7V-5.5V的電源電壓功能引腳。
2.USB轉(zhuǎn)IIC接口功能介紹
IIC總線是PHILIPS公司推出的一款的串行總線，具備多主機(jī)系統(tǒng)所具有的總線裁決功能，同時(shí)還具備高低速器件的同步功能。這種總線標(biāo)準(zhǔn)在微電子技術(shù)領(lǐng)域、工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控及通訊控制諸多領(lǐng)域已經(jīng)都具有非常廣泛的應(yīng)用。
IIC總線僅有1根雙向制的數(shù)據(jù)信號(hào)線和1根雙向時(shí)鐘信號(hào)線。此總線技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，首先簡化了很多日常的工作系統(tǒng)中關(guān)于硬件設(shè)計(jì)部分的工作，其次使工作系統(tǒng)的外觀體積大大減小，還對(duì)系統(tǒng)整體的可靠性有了很大的提高。
USB轉(zhuǎn)IIC接口是一個(gè)的接口型芯片，主要實(shí)現(xiàn)USB總線與IIC總線轉(zhuǎn)換的功能。產(chǎn)品用戶可以通過此芯片實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和IIC接口溫度傳感器之間的數(shù)據(jù)傳輸通信。此芯片可以使用VB語言、VC語言、Delphi語言開發(fā)和調(diào)用。芯片使用全速USBV2.0設(shè)備接口，芯片的外圍電路的基本器件只包含1個(gè)12M晶體和2個(gè)貼片電容，可實(shí)現(xiàn)20KHZ、100KHz、400KHz、750KHz四種不同速度的時(shí)鐘傳播。
3.數(shù)據(jù)傳輸線的功能介紹（杜邦線）
本設(shè)計(jì)采用的數(shù)據(jù)傳輸線又稱杜邦線，是由杜邦公司生產(chǎn)的一種專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸線。這種線所使用的外表面包裹材料以PET為主，也有部分使用其他緣性材料，其內(nèi)包線采用的是表面經(jīng)過鍍錫處理的扁平銅線。此線纜質(zhì)地具有柔性特點(diǎn)，可對(duì)其進(jìn)行任意彎曲、體積小，可屏蔽電磁波干擾等優(yōu)點(diǎn)。它被廣泛應(yīng)用于工業(yè)中的器件與主板之間的連接、電路板與電路板之間的連接及系統(tǒng)器件之間的連接方面。此類傳輸線非常廣泛地應(yīng)用于單片機(jī)、組件、電器及通信設(shè)備中。
四、用戶界面程序的設(shè)計(jì)
本文采用的是C++程序語言開發(fā)的溫度檢測(cè)用戶界面程序，主要實(shí)現(xiàn)溫度的數(shù)據(jù)采集、記錄和顯示功能，其工作界面如圖3所示。

圖3　溫度檢測(cè)程序用戶界面
1.初始化模塊的設(shè)計(jì)：主要功能為連接器件的初始化、工作參數(shù)的初始化和保存文件的初始化；
2.傳感器連接檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)：主要功能是檢測(cè)傳感器硬件連接是否成功，此處通過藍(lán)色指示燈進(jìn)行提示，程序模塊上會(huì)顯示“設(shè)備連接正常”。
3.溫度顯示模塊設(shè)計(jì)：包括器件參數(shù)的圖示功，器件參數(shù)的計(jì)算功能，期間參數(shù)的保存功能，器件系數(shù)的顯示功能。
五、溫度檢測(cè)模型在理論教學(xué)中的應(yīng)用
理論教學(xué)的應(yīng)用對(duì)象為安全檢測(cè)技術(shù)課程的理論教學(xué)地點(diǎn)，為某多媒體教室，教室內(nèi)由將桌、暖氣、多媒體工作臺(tái)、學(xué)生課桌、投影儀等組成。在教室內(nèi)共選擇６個(gè)測(cè)點(diǎn)，1號(hào)測(cè)點(diǎn)位于投影儀工作臺(tái)，其余5個(gè)測(cè)點(diǎn)分別均勻分布在教室各個(gè)課桌上。此測(cè)試方案主要用于測(cè)量教室整體平均溫度和不同測(cè)點(diǎn)的溫度差。
通過對(duì)此多媒體教室在某天的三個(gè)時(shí)間段進(jìn)行的溫度檢測(cè)，其具體數(shù)據(jù)如下表所示，各個(gè)測(cè)定的溫度變化趨勢(shì)如圖4所示。

多媒體教室5 測(cè)點(diǎn)不同時(shí)間的溫度檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖4　多媒體教室5 個(gè)測(cè)點(diǎn)不同時(shí)間的溫度趨勢(shì)
六、結(jié)束語
本研究通過對(duì)安全檢測(cè)技術(shù)理論課堂教學(xué)設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用，豐富這門課程的理論教學(xué)內(nèi)容，以此教師在教學(xué)課堂上很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)理論的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，課堂教學(xué)氛圍更加充滿趣味性，提高學(xué)生對(duì)理論學(xué)習(xí)部分的理解能力。隨著學(xué)校后續(xù)對(duì)課堂教學(xué)設(shè)備的開發(fā)，能使其在教學(xué)過程中更加系統(tǒng)化，從而為高等教育理論課堂教學(xué)增添新的活力和趣味，更好地培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力。