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【关键词】实践教学;改革措施;高职教育
1 电子类专业实践教学的现状
高职教育提倡“理论够用,注重实践”,培养高端技能型人才,因此实践教学在高职教育中是重中之重。然而现今仍然把实践教学作为理论教学的辅助,或是理论教学的延伸或扩展。在这种观念的引导下,势必是仿照普通高等教育的传统模式将实践教学变为理论知识的一种验证,学生只需按照预先安排的步骤进行简单而又死板的插孔操作即可。这种验证性的实验内容单一、形式单调,使学生变得被动学习,死板地按照老师所给的步骤完成任务,这样的教学不可能让学生留下多少知识记忆,也不可能激发学生兴趣,更不可能提高学生分析问题、解决问题能力以及创新能力。如此趋同于本科院校的实践模式,不能够让高职教育在技能培育方面突显优势。
此外,在实践设备方面仍然使用传统实验台或实验箱做实验。虽各厂家实验台或实验箱结构上不相同,但所配套的指导书实践内容却大致相同,且实践内容多以理论知识验证性操作为主,操作流程为:实验原理剖析,按电路图插孔式接线,简单检测,验证理论结果。
各厂家生产的实验台或实验箱均采用模块化、组装化结构设计,其本身就是一个半成品,再加上电路参数都是一定的,工作环境也是理想的,学生只需简单接线即完成,这种实践模式即不符合实际工作需求,也无法提升学生遇到实际工程问题的解决能力。
2 电子类专业实践教学的改革措施
2.1 打破传统“先讲再做”,提倡“先做再讲”的教学模式
当拿到一部新手机时,我们是直接操作手机呢,还是先看使用手册再操作呢?绝大多数的人是先操作手机,不懂时才翻阅手册。在日常工作中,当我们进行某项工作时遇到不懂的,就会查阅有关资料书籍,学习有关知识,直到解决问题,而知识自然地被牢牢地记忆了。
让学生先动手、先研究,发现问题后老师再讲相关知识点,对于与实训项目无关的理论知识则少讲或不讲,即讲授日常工作中需要的技能或将来可能遇到的实际问题。这不仅贯彻了高职教育“理论够用,注重实践”的原则,也充分落实了理论结合实际,以工作过程为导向的教学理念。[1]
2.2 将多门有关联的实验课整合为一门综合性、系统性、教学成果产品化的实训课
例如:将传感器、单片机、电路设计与制版课程的实验课整合成一门制作智能产品的实训课,假设制作一辆智能灭火消防车,首先检测火源和小车饶障碍物行驶需运用传感器技术,接着传感器将采集信号传送给单片机进行处理,单片机再控制小车做出相应动作,最后该控制电路板需运用电路设计与制版相关知识方可制作。整合后的实训课将多门课程的知识相衔接起来,更能够培养学生解决综合性、系统性的实际问题。
2.3 将实践教学分为基础技能实践和综合性设计技能实践
基础技能实践包含:学生通过实践动手学习,对线路和电子电路基础知识有理论上和感观上的认识;可掌握电工电子基本技能;熟悉电子仪器仪表的使用和操作方法;对电路中的电子元器件有了初步了解和识别能力;掌握焊接技术和常用电器的安装;学会使用电路制图软件和电子仿真软件;了解配电系统原理和安全用电知识和注意事项。[2]
综合性设计技能实践包含:电路的设计、电子仿真和测试、电路的成品制作。其中首先以电路设计为主线,将基础技能实践运用于初步的综合设计技能中,然后通过一定的仿真和测试来验证设计电路的可行性和可靠性,最后焊接和制作出实际的电路。这一环节主要采用仿真与成品制作相结合,硬件和软件相结合的教学模式,全面而系统地提高学生的分析问题、解决问题的能力,以及综合设计、研究创新的能力。
2.4 注重基础技能的培养,形成良好的职业习惯
将基础、常用的仪表仪器的使用方法和对常用元器件的识别作为实践教学的首个训练项目,培养学生掌握常用电子仪器仪表的正确使用、基本运用、注意事项、保护措施,以及常用电子元器件的识别的能力。将实操的重点放在规范各类仪表仪器的使用、操作步骤上,培养日后良好的操作习惯。
2.5 硬件电路设计采用软件虚拟模式
在设计电路的过程中,加入计算机仿真和测试环节。让学生在动手做线路板之前,先进入计算机虚拟实验室,进行仿真,验证设计的可行性和可靠性,避免走弯路和浪费材料,同时也利于修改电路板的设计。而在实际需求中,当缺乏某个电子器件或某种电子仪器仪表时,我们可利用计算机虚拟出该器件或设备,先进行相应的仿真和测试,大大增加了我们实践教学的灵活性和智能性。
2.6 增设具有趣味性、实用性的动手制作产品实践内容
去除掉验证性实验,增设学生自主设计实用电子产品环节,如: 直流稳压电源、信号发生器、功放器、电子节能灯等电子小产品。这不仅能激发学生学习兴趣,还能够培养学生的创新能力、实践能力。采用任务驱动式的教学模式,实施流程为:提出设计要求―查阅资料―方案设计―电子仿真―元器件认定―电路制版―调试电路―外壳制作―形成初级产品。整个过程以学生为主体,老师为指导,将课内实训变为课内外相结合的自主性实训,将面向实训结果变为面向实训过程。[3]这些综合设计制作的电子小产品主要来源日常生活中的案例,其目的是提高学生设计、集成、测试、工艺流程等整套产品制作的综合设计能力、综合操作技能水平,以及系统的开发应用能力,培养学生善于创新的能力,让学生学会科学规范的操作流程。
3 结语
根据目前高职教育实践教学现状,首先要树立起一种通过最有效的方法将知识和能力传授给学生的高职实践教学新观念以及相应的具体措施,才能够彻底脱离出普通高等教育的传统模式,真正意义上实现培养高端技能型人才的目标。此外,地方高职教育离不开区域经济的发展,根据区域经济发展设置专业,整合课程,开发具有典型工作任务的实践教学内容,才能够适应于本地区市场的需求和经济的发展,同时能够提高学生的实践能力和就业能力。
【参考文献】
[1]王贵兰.高职院校电子专业实践教学改革探讨[J].科技信息,2009,29:685.
智能汽车作为当今科技时代下的新兴产物,集中运用了计算机、现代传感、信息融合、自动控制、人工智能及通讯等现代科学技术,是未来汽车发展的重要方向。本文详细介绍了基于摄像头传感器的智能竞速汽车控制器的设计方案,分别介绍了智能车的硬件组成、路径的检测识别方法和智能车的控制策略。利用摄像头传感器采集、识别道路信息,规划最优路径,采用PID控制算法控制电机和舵机实现自动控制。
关键词:
摄像头;智能汽车;设计方案
本设计是基于MK60DN512ZVLL10单片机开发实现的,该系统采用摄像头采集、识别道路两旁或者中央的引导线,在此基础上利用合理闭环的算法控制智能车运动,从而实现智能车快速稳定的寻迹行驶。
1智能车整体结构的选型与设计
1.1图像传感器的选择
图像传感器,即数字摄像头。目前市场主流的两种摄像头传感器:以金属氧化物半导体元件为感光材料的CMOS摄像头和以电荷耦合元件为感光材料的CCD摄像头。综合两种摄像头解析度、灵敏度、成本、功耗比、模块电路、体积、重量,CMOS摄像头可以满足于4米/秒速度以下智能车行驶,并且CMOS摄像头功耗低,工作电压只需3.3V-7V,完全可以由智能车稳压后得到,稳定经济,所以选择CMOS摄像头中的OV7725摄像头。
1.2起跑线检测传感器选择
起跑用的是发车灯塔控制方式,发车灯塔不仅发出起跑信号,而且发出终点信号。我们使用基于使用HS0038B传感器的基础电路作为接收灯塔光信号一个基础电路,OUT口接MK60的C5。
1.3速度检测传感器选择
一个完整的控制系统是闭环控制的,所以需要测速装置,用以精准反映智能车实时速度。我们采用了由欧姆龙公司研制的一款200线的小型编码器。
1.4车模选型
本次设计采用由飞思卡尔半导体公司赞助的G768型车模,即为竞赛中的C车模。
2智能车硬件电路设计
2.1硬件设计方案
本设计方案采用模块化方式完成总设计,模块化设计使思路清晰,在使用出现错误时容易修理。
2.2电路设计方案
本次设计将智能车系统电路分成两个主要部分,以MK60N512ZVLQ10为核心的控制电路和以电源为核心的驱动电路。考虑到MK60最小系统电路板比较大,所以将整个系统电路分为两块规则PCB板(主控板和驱动板)。
2.3控制电路
以MK60为核心的单片机系统的硬件电路设计主要包括以下几个部分:电源电路、时钟电路、JTAG接口、复位电路。
2.4驱动电路
因为本次比赛摄像头组使用的电机是RS-380SH直流电机,小车驱动芯片决定选用集成的高电流半桥电机驱动应用BTN7971B,它的输出电流足以带动电机转动并且较稳定。
2.5电源模块
比赛使用飞思卡尔专用电池,2000mAh的镍镉电池1块,标准电压7.2V。
3智能车软件算法设计
3.1软件控制整体设计
本次设计所用的软件调试工具支持C语言和汇编语言混合编程的IAREmbeddedWorkbench软件,由于C语言操作简单,可修改和移植性强,所以本次软件设计大部分程序都使用C语言编写,只有在某些地方加入了汇编语句。
3.2主程序结构
在系统初始化方面,我们所用到的底层硬件资源进行初始化和上层模块初始化。在方案选择及参数设定上,我们在主板上设置了一组四位的拨码开关和三个按键结合OLED显示屏实现的方案和参数的可调,以在比赛时对车作适当地调整。在图像获取上,对于Ov7725数字摄像头,使用场中断加高速DMA传输的方式来获取图像。图像处理则采用黑线提取和中心线提取。
3.3控制算法
控制算法是智能车的灵魂,为了使小车能以稳定的速度通过跑道,精确的速度控制是关键,采用速度闭环控制方案。
4智能车开发与调试
4.1软件开发环境
系统编译下载是在IARIDE开发环境下完成的,EmbeddedWorkbenchforARM是IARSystems公司为ARM单片机开发的一个集成开发环境,这一开发环境使用方便、入门容易和代码简明紧凑。此外,由于在IAR软件中进行编写,调用,修正函数比较复杂繁琐,所以使用了Sourceinsight3软件进行辅助编写小车程序。
4.2硬件开发环境
本次毕业设计所用的硬件开发平台为著名硬件开发公司Altium公司的AltiumDesigner10,这已开发环境在板级设计特性、软设计特性、数据管理特性、通用特性都较有优势。
4.3软件调试
软件调试主要包括:程序在线仿真调试,上位机调试。在线调试主要使用的是IAR中的调试器IARC-SPY。上位机调试主要是通过蓝牙模块将智能车运行过程中的状态和SD卡采集的图像及时地反馈到PC机上。
4.4现场调试
现场的调试包括摄像头调焦以及固定、PID参数整定、速度控制算法的参数整定、智能车运行状态等方面的调试。
5结语
关键词 单片机 智能 玩具电动车
中图分类号:TB47 文献标识码:A
0前言
随着当今社会科技日益发展,融入人类生活的电子产品越来越多,占据了当前电子市场的极大份额。在玩具行业中,将电子技术融入玩具内,使玩具逐渐走向智能化,变为全新的电子类产品,这也成为了国际上玩具产业的重要发展目标。据权威数据显示:二零一二年,智能化玩具的销售金额达二百四八亿美元,智能玩具的收益是十分巨大的,原因在于智能玩具的开发基础是在已有的电子终端技术上,然后再对传统玩具进行改造,以付出的成本来说是极低的,这样就使投资方获得了极大利益。随着智能化的提高,电子智能玩具在市场上具有极大的发展空间,因此,本文设计就是以此背景来进行研究的。
1单片机与智能电动车技术
单片机也被人称为单片微型计算机,简称:SCM。主要组成部分为:CPU、ROM、RAM、定时器和输入输出通道组成,将这些功能集于一种微型芯片上,可以组成一种微型计算机。自一九七四年开始,由美国仙童半导体公司首次开发出第一款单片机机型以后,单片机技术获得高速发展,各种型号、各种性能的单片机呈现出多样化的特点。直到如今,单片机的发展经历了四个阶段:第一阶段是在二十世纪七十年代,属于单片机开发的初级阶段,此时期最具有代表性的单片机是由因特尔公司开发的MCC-47型号。在这个时期制作的单片机技术采用的是传统落后的制造手法。第二阶段是二十世纪八十年代初期,是单片机开发的完善阶段,以因特尔公司的MCC-50型号单片机为代表产品,此阶段的单片机在原有的技术基础上,进行全新的开发,使单片机的存储空间增大。第三阶段是二十世纪八十年代末,属于单片机推陈出新阶段,此阶段首次推出了专用单片机技术。第四阶段是在二十世纪九十年代初到如今,是单片机全面提升的阶段。此阶段的单片机开发出可以适合多种领域运行的型号,特性在于运算速度超快。单片机的特点使它成为了应用非常广阔的电子技术产品,对各领域的技术改良起到了极大的作用。
伴随传感技术和计算机技术的发展,玩具电动车也逐渐走向智能化。智能电动车的系统包含了多种学科、多种领域的知识,它的系统已经成为了综合性的系统,控制方式也发生了极大的变化,包含了单片机控制、光学感应控制、语言控制等多种方式,为玩具电动车的操控带来了自动化的发展。
2智能玩具电动车电路设计
2.1主控制电路设计
使用高性能的单片机,具有的主要优势在于可以进行非易失性存储数据功能,它的主要指令控制可以和多种系统兼容。将玩具电动车的移动性能转为数据存入单片机存储器中,由于单片机中具有ROM和ECROM,可以构造出最小的单片机系统。但是小型单片机系统只能控制较小的单元,主要原因是受到集成的影响。采用复位电路可以使电动车获得连接电自动复位和按键手动复位,复位电路中的电阻等是为保证出现因线路故障造成的错误连接时可以通过机器运转周期进行复位而制定的。在这个系统中的核心部位就是单片机,用它来实现控制,玩具电动车只需要手动开启和复位,其他的一切操作由单片机进行监测和运转。
2.2信号监测设计
检测技术是自动化检测和转换技术的总称。主要是通过检测系统采集数据,然后通过转换技术进行运算的一种全新技术。检测技术就好比人们的感觉系统,如果没有检测技术中的感应器就好比人没有感觉器官,这就无法达到自动化功能,也不能实现智能操作。玩具电动车的信号检测电路技术主要来源于对检测技术的使用,玩具电动车在实现自动化行驶时,是离不开感应装置的。
2.3驱动电路设计
电板驱动一般是采用H式驱动电路,通过单片机信号传输性能将指令传送到电板驱动中,得以控制玩具电动车的速度。一般的驱动电路采用的都是四项六线式,以C597驱动芯片进行驱动,让单片机通过I/O接口像C597芯片发送控制信号,从而实现玩具电动车的智能化。
3控制软件的设计
3.1软件的结构
软件控制具有两种类型:数据运算和远程控制。数据运算具有标准制度的采集和计算等。而远程控制主要是通过核心系统单片机对数据进行分析,从而指示玩具电动车的运作。在进行控制软件设计时,会将控制划分出多项小控制模块。小控制模块是为了达到一定程度而独立的小程序区间。此系统是由主程序、避障程序、显示程序等多个程序构成。此控制系统的设计主要获得的性能是:可以使玩具电动车在无障碍时能进行自动运行,在玩具电动车遇到阻碍时可以根据阻碍控制电动车进行躲避操作,从而可以让玩具电动车在遇到障碍时无人操作能顺利行驶。
3.2避障程序
玩具电动车在行驶时,系统会通过检测技术对前方进行实时扫描,由此来判定前方路径情况,在无障碍时可以正常行驶,在有障碍时则玩具电动车停止运行,向其他方向转换,以达到避开障碍继续行驶的目的。在运行调整方面,可以通过语音来控制玩具电动车的操作。
4结语
本文对玩具电动车自动化控制系统的设计与实现进行了阐述,使玩具电动车可以达到智能化。利用多种电路的运转,将玩具电动车在行驶时采集到的数据输送到电动车核心系统――单片机中,再由单片机对收集到的数据进行分析和运算,然后将运算的结果传送到电动车的其他硬件操控装置,达到电动车不必手动操控也能实现自动行驶、自动躲避等智能化和自动化功能。
参考文献
[1] 赵新颖,罗坤.机遇80C51控制的智能电动小车系统的设计与实现[J].微型机与应用,2011.11(25):15-18.
该设备供电电压为三相380VAC,频率为50HZ,总功率为11KW。
该机的电气控制系统应用了先进的电子技术和微机控制技术,其电气技术水平和自动化控制程度已达到了国内同类产品的先进水平。
自动模切机由五台电动机拖动,主电机采用的是电磁调速电机,可实现恒转矩无级调速。可实现在1500张/小时到7000张/小时的 范围内连续可调,调速平稳。通过PLC控制整个过程,在送纸、输纸、归纸、压切、收纸、计数中,做到全自动化控制,较好的实现了模切机的各项功能。
根据模切机的工艺过程以及对模切机的自动化程度、精度、速度的要求,模切机的电气控制采用PLC控制.利用PLC外部结构简单、内部功能齐全的特点,实现模切机的自动控制。模板位置显示、压切速度及出纸计数均由数字显示。检测部分采用光-电、机-电为一体的检测手段。对错误操作、机械故障及纸张的送、运故障均发出声、光报警。
以上各项技术的应用,确保了整机性能的先进性、可靠性和安全性。
关键字 自动模切机 可编程控制器 梯形图
The molding machine is controlled by PLC
Abstract
This paper introduced the molding machine, including of the development of the birth background and the further, also the process of the working. In this paper, it had realized many functions, for example, the main circuit design, power source circuit design, controlling circuit design, monitoring circuit design and the PLC software design and so on.
According to the working process of the molding machine and the need to the automatic, precision and speed, the molding machine makes use of the PLC control. The PLC has some advantages, which needs connecting less wires, the functions is more, complete the automatic control of the molding machine.
The automatic molding machine has five electrical machines. The main electrical machine makes use of electromagnetism to adjust the speed. because of the PLC control, realize the all parts are automatic, including of sending papers, inputting papers, molding slice, accepting papers and counting.
Key words automatic molding machine programmable logic controller ladder-shape figure
目录
第一章 绪 论………………………………………………………………………………1
1.1 概述 …………………………………………………………………………………1
1.2 课题研究的意义 ……………………………………………………………………1
1.3 模切机的发展现状 …………………………………………………………………2
1.4 主要技术参数 ………………………………………………………………………3
第二章 MW640模切机方案论……………………………………………………………4
2.1 系统整体设计 ………………………………………………………………………4
2.2 系统的控制方案 ……………………………………………………………………4
2.3 可编程控制器PLC的选择 …………………………………………………………9
2.4 方案的确定…………………………………………………………………………10
2.5 PLC的原理与结构 …………………………………………………………………11
第三章 系统硬件设计……………………………………………………………………17
3.1 主电路设计 ………………………………………………………………………17
3.2 接口控制电路设计……………………………………………………………… 20
3.3 模切控制电路设计 ………………………………………………………………30
3.4 温度控制电路设计 ………………………………………………………………31
3.5收纸台控制电路设计 ……………………………………………………………32
3.6送纸台控制电路设计………………………………………………………………33
3.7电气原理……………………………………………………………………………35
第四章 系统软件设计……………………………………………………………………37
4.1 梯形图设计 ……………………………………………………………………37
4.2 梯形图参照表 …………………………………………………………………46
第五章 结束语……………………………………………………………………………49
致 谢 …………………………………………………………………………………50
参考文献 …………………………………………………………………………………51
附 录 A …………………………………………………………………………………52
附 录 B …………………………………………………………………………………54
第一章 绪论
1.1 概述
自动模切机的发展经过了一段相当长的过程。在模切加工发展过程中,由原始祖先一手握住铁制冲模,一手握住锤子,用锤子敲击冲模顶端,而得到的印刷制品,到现在的专用模切机,已经逐步发展成熟。但是现在模切机仍然利用原始加工的原理,形成了整体模式。
现代模切机用合金钢制成,其锋刃与被切的形状相同。随着技术水平的不断提高,模切机自动化水平提高很快。随着需求量的日益增加,对模切机的自动化的要求也越来越高,液压、程控、PLC控制的模切机已占领越来越多的市场。先进的微机及屏幕直接显示的自动控制系统,可以存储及其复杂的模切程度,并且具有简单的编程方法、多层次的人机对话系统,配备完善的附加设备,为包装业立下了汗马功劳。经过加工的包装印刷品可以大幅度地提高档次,对宣传产品、吸引顾客、增加产品附加值起着重要作用。
我国加入世贸组织之后,包装业有了很大的发展空间,包装品表面整饰成型、加工需求随之有了更大的增长,模切烫金设备与技术市场服务也加倍引起人们的关注,我国的包装印刷工业开始进入发展繁荣的新时期。
1.2 课题研究的意义
随着社会文明的发展和生活水平的提高,新产品的不断问世,销售量逐渐扩大。与国内外客户的进一步交流,促使我国包装工业迅速发展,市场急需大量高性能的自动化包装机械以满足人们日益增长的社会需求。近些年来,由于人们环保意识的不断的加强,折叠纸盒由于它具有易回收、无污染等特点,因而受到各国环保部门的重视,具有很大的应用价值。在各种包装材料中,纸包装容器的应用最为广泛,占总消耗品的45~50%。但是,在要求环保的同时,对产品的包装要求更是越来越高,不仅要求产品外包装上具有较艳丽的印刷图案,而且还要求产品外包装的盒型精美、别致、造型漂亮。
模切机作为一种模压折叠纸盒工艺的专用包装机械,出现在人们的面前,它利用模切刀,根据产品设计要求的图样组合成模切板,在压力作用下,将印刷品或其它板料、坯料轧切成所需形状和切痕的成型工艺,用以进行印品模切压痕加工,制作出来的包装品结实耐用,而且立体美观,满足了人们对美的要求,它的完善发展显现出其巨大的市场价值。
随着科技水平的提高,模切机的自动化水平提高很快,液压、程控、PLC控制的模切机以占领越来越多的市场。很多公司经过很多年的发展已经成为品种齐全、覆盖面很广的专业生产企业,产品大大缩短了与国外先进机器的差距。有些模切机性能已接近欧洲先进水平,但与国外领先的模切机相比,在稳定性、可靠性、新技术的应用、设备制造水平等方面还存在不少的差距。
因此,我们应在如何提高自动模切机的自动化程度以及人机对话等方面努力工作,完善自动模切机的控制系统,改进自动模切机的模切工艺,从而与世界先进的模切机技术接轨。
1.3 模切机的发展现状
1.3.1 国内现状
改革开放的不断深入,入世的实现,我国对外贸易的迅速扩大,包装印刷更加引起人们的重视。不断扩大的市场需求,使得模切压痕、凹凸压印技术及设备越来越广泛应用于包装盒、纸箱、商标的制作。模切机尤其是自动模切机获得了空前的发展机遇,国产自动模切机已成为印后加工设备中发展最快、技术含量及自动化程度最高,与国外先进机器差距最小的印后加工设备之一。
十年前,国产模切机以立式平压平机型为主,该机型自动化程度低,模切质量不高,但由于价格低廉、易调整、适于小批量生产,所以至今应用仍相当广泛。近些年来,由于包装印刷的发展,需求的急剧增加,通过引进、消化、吸收外国先进模切技术及设备,国产自动模切机,尤其是卧式自动平压平模切机、模切烫金两用机发展成为主流机型。国内各个公司生产的模切机以能满足绝大多数的市场需求,有多种模切机通过了欧洲CE认证,产品已销到欧美的许多国家。MY1050—P自动排废模切机具有全清废功能,由PLC可编程控制器控制,实现全过程的自动化,人机界面可自动显示机器的速度、加工数量、运行时间和运行状态,使得操作及故障排除既快捷又方便。电器上采用变频调速,实现了无级变速,最高模切速度达7000次/时,而带排废功能速度为5500次/时,套准精度±0.15mm,适合于复杂纸盒、烟包的自动排废模切。
有些国内产品已接近国际先进水平,令人欣慰。其中MW1050AⅡ自动模切机具有模切速度快、模切精度高自动化程度高等优点。由PLC和电子凸轮分度器对全机运行和故障进行监控,采用LCD触摸屏显示人机对话,使操作直观而方便。该机堪称国产自动模切机先进机型的典型代表。
但就产品的模切精度、速度及精度保持性等方面看,仍存在一定的缺陷,加强此类产品的基础理论研究,采用先进的设计手段,完善和建立各类元器件的试验和分析设备,进一步提高工艺手段,从而保证加工、装配的准确性、统一性,使整机水平有一个质的飞跃。
1.3.2 国外现状
国外模切机已有60多年的发展历史,模切技术已经达到了相当高的水平.而且正进一步向智能化、高速化、高精度、多功能、大幅度、高稳定性及联机化方向发展。当前,国外自动平压模切机的工作速度普遍在7500~9000 张/小时。在DRUPA2000展览会上,瑞士BOBST公司生产的SPRINT EPA106PER自动模切压痕机创造了12000 张/小时的单机模切压痕速度。从模切精度上讲,国外自动平压模切机的模切精度通常可以控制在0.1mm左右。并带有清废装置。触摸监视器上的图象符号、控制信号便可通过独立的微机系统立即传递到工作装置。各印刷和模切装置上的微机能相互交换信息,精确而简单地通过触摸高清晰度彩色显示屏,达到最佳标准。
1.4 主要技术参数
1.供电电源:3相,50HZ,380V;
2.模切速度:1500张/小时到7000张/小时;
3.有连续运行功能和手动运行功能;
4.可实现自动送纸、自动模切、自动收纸功能及自动计数功能;
5.可实现运行纸速、模板位置、纸张计数显示;
6.有故障检测能力及安全保护装置;
7.对错误操作、机械故障及纸张的送、运故障均发出声光报警;
第二章 MW640模切机方案论证
2.1 系统整体设计
本系统采用PLC可编程控制器等先进技术,集光、机、电于一体,可实现自动给纸、输纸、模切、收纸、计数等功能,并有故障检测能力及安全保护装置。完成主电路设计、电源电路设计、控制电路设计、检测电路设计,PLC软件设计,器件选择等。
2.2 系统的控制方案
2.2.1 单片机控制方案
单片机是在一块半导体硅片上集成了微处理器(CPU),存储器和各种输入、输出接口(定时器/计数器,并行I/O口,串行口,A/D转换器以及脉宽调制器PWM等),这样一块集成电路芯片具有一台计算机的属性,因而被称为单片微型计算机,简称单片机。它主要应用于测控领域,用以实现各种测试和控制功能。
单片机以其卓越的性能,得到了广泛的应用,以深入到各个领域。它有很多特点:
(1)小巧灵活、成本低、易于产品化。它能方便地组装成各种智能测控设备及各种智能仪器仪表。
(2)可靠性好,适应温度范围宽。单片机芯片本身是按工业测控环境要求设计的,分为民品、工业品、军品、其中工业品、军品具有较强的适应恶劣环境的能力。
(3)易扩展,很容易构成各种规模的应用系统,控制功能强。单片机的逻辑控制功能很强,指令系统有各种控制功能的指令。
(4)可以很方便地实现多机和分布式控制系统。
(5)减少硬件系统设计开发的周期,因为单片机、SRAM和FLASH等已经集成在一个核心模块中。
(6)具有强大的存储能力,可以写几万行C语言代码和存储大量的数据
(7)具有竞争力的价格因素。
关键词:灯箱;LED;人体检测
中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2013)23-5343-03
户外广告灯箱是当今社会商业街道上常见的一种宣传广告的形式,其不断的闪动结合停留,有效的提高了人们的视觉冲击力;提高了广告单位面积利用率,和变换灯箱及滚动灯箱一样广告效果不言而喻。广告灯箱集霓虹灯的优点于一身,白天晚上可以不间断的闪动,动静结合引起人们的注意。各种文字、图案有序跳跃、交替辉映,强烈的视觉冲击力。满足观者视觉感受,推动广告主获取最大经济效益。 然而目前广告灯箱普遍存在耗能高、灵活性差、广告效应难以量化、缺乏智能性等缺点。
1 系统硬件电路设计
1.1 系统电路组成
系统电气部分由MCU最小系统模块、人体感应模块、按键检测模块、遥控接收模块、环境光检测模块、实时时钟模块、液晶显示模块、声音提示模块、LED驱动模块组成,如图1所示。
1.2 控制系统关键电路设计
1.2.1 控制系统电源模块
该模块核心器件采用7805芯片,模块电路见图2所示,7805是三端正电源稳压电路,它的封装形式为T0-220。它有一系列固定的电压输出,应用非常的广泛。由于内部电流的限制,以及过热保护和安全工作区的保护,是它基本上不会损坏。如果能够提供足够的散热片,它们就能够提供大于1.5A的输出电流。虽然是按照固定电压值来设计的,但是当接入适当的外部器件后,就能获得各种不同的电压和电流。
1.2.2 MCU模块
灯箱的控制器采用单片机实现,采用宏晶公司的STC89C52单片机。MCU模块包括单片机、复位电路、外部晶振电路。
1.2.3 热释电红外检测模块
是否有行人经过观看广告由热释电红外传感器检测。热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料,如锆钛酸铅系陶瓷等制成探测元件。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号,经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离,一般在探测器的前方装设一个具有特殊光学系统菲涅尔透镜,它和放大电路相配合,可将信号放大70分贝以上,这样就可以测出10~20米范围内人的活动。
人体检测电路与STC89C52RC的接口电路如图3所示。当检测到有人或车辆时,热释电红外传感器输出高电平,通过接口电路MCU得到低电平,即当MCU检测到下降沿信号时,说明有人或车辆经过。
在使用热释电红外模块时为避免电平转换时延时时间对单片机处理程序所产生的影响,将代表时间延时的电位器调到最小,同时受到实验条件的限制也将代表检测距离的电位器调到最小。在此情况下,调试过程中可根据所需检测距离的远近适当的缩小热释电的检测范围。
1.2.4 环境光检测模块
环境光检测电路如图5所示,采用光敏电阻对环境光进行检测,从而控制灯光的亮度。光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而变化的器件;入射光强,阻值减小;入射光弱,阻值增大。
随着光线明暗的变化,光敏电阻的阻值变化,从而改变STC89C52RC的P24引脚的电压来控制灯箱的工作状况。
1.2.5 LED驱动模块
LED驱动电路核心器件采用ULN2003芯片和74LS14芯片,LED驱动电路见图5所示。
ULN2003 是高耐压、大电流达林顿晶体管阵列系列产品,由七个硅NPN达林顿管组成,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。
2 结束语
本文设计及讨论了智能广告灯箱的控制系统,该系统在满足人们视觉感受,达到广告效应的同时,解决了普通灯箱存在的耗能高、灵活性差、广告效应无法量化、缺乏智能性等缺点。系统运行稳定可靠,具有较强的市场价值。
参考文献:
[1] 谭浩强.C程序设计[M].3版.北京:清华大学出版社,2004.
[2] 郭天祥.51单片机C语言教程-入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京:电子工业出版社,2009.
[3] 张毅刚.新编MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2003.
职业教育培养的目标是适合第一线工作和服务的技术人才,而职业教育不仅仅靠老师的教,更重要的是职业实践中的锻炼.所以实施项目教学时,教师尽量要为学生创建真实的职业场景,通过以工作任务为依托的项目教学使学生置身于真实的或模拟的工作场景中.大项目细化智能车制作整个过程是一个较为复杂而难以实现的过程.所以要把它细化为一个个小的任务降低难度,能让学生从中体会学习的乐趣.以学生为主体在整个实施过程中,要始终把握学生是主体,为学生提供创造学习的机会,老师在整个过程中始终答疑解难,能有效改变传统教学模式.网络化项目实施过程中,需要大量的材料和资源信息,将项目教学网络化,让学生上课时能随时上网,这样可以使学生从项目的准备、实施到完成各个环节都会获得很好的支持和帮助,也能提高学生自主学习能力,提高教学质量.评价项目教学的评价一定要涵盖项目教学的全过程.在本智能车制作的项目教学评价中,是结合下面的两步对学生进行评价.首先是过程性评价,它主要分四个方面:第一是团队精神,满分10分;第二是信息收集能力,满分l()分;第三是解决问题能力,满分10分;最后是发言人表达能力,满分10分.其次是总结性评价,它主要分两个方面:第一整机完成情况,占40分;第二是知识掌握情况,占20分.以上四个方面体现了项目构想的整个过程,做到了以学生为主体,同时给学生提供了充分发挥潜能的空间.让他们有效的把理论和实际结合在一起,降低了理论学习的枯燥性和单调性.
项目教学的具体设计
中职飞思卡尔智能车制作给中职项目教学提供了一个很好的平台.结合中职生的学习基础较差的特点,在设计教学过程中忽略软件开发部分,强化训练硬件的选择设计焊接能力,要保证各种硬件稳定和快速,确保电路在任何可能出现的环境下都能稳定运行.经过反复讨论实践,具体设计了以下四个项目进行实施.项目一:介绍智能车的组成、应用及发展.本过程体现项目教学的“教学内容”.创设与学生当前学习的内容和现实情况相接近的情景环境,也就是说,把学生引人到需要通过某知识点来解决现实问题的情景.围绕当前学习的知识点,完成对智能车基础知识的了解.例如,在讲解智能车组成部分时可以用以下简图做以说明一般智能车的控制系统由传感器、控制器和执行器等组成.项目二:硬件电路的设计本过程主要是由学生自己收集资料,查阅网络,解决存在的问题.体现项目教学的“活动内容”.学生通过自己设计电路,将能加深对《电子技术》等专业课的理解.系统对于SV电源的需求.特别是作为控制器的单片机对电源的要求,要选择稳定性良好的芯片,否则会引起单片机复位.市场上常用的SV稳压芯片有IJM294O,IJM78OS,IJM2576,LM2596,TPS735o.分为线性稳压电源和开关稳压电源,我们选择了具有稳压性能良好、功耗低、压差小等优点的开关电源。
关键词: 电子专业 单片机产品设计 教学改革
电子专业学生主要从事以下三类岗位工作:核心岗位(电子产品装配工、电子产品调试工)、从属岗位(电子产品检修员、电子技术员)、拓展岗位(电子技术工程师、产品生产管理员)。对于核心岗位的需求量最大,但相对比例会有所下降,对知识与能力的要求会有所提高;从属岗位和拓展岗位的人才需求量呈上升趋势,需求紧迫。单片机技术及应用系统设计这门课程的主要任务是培养学生成为在智能控制系统检测维修与设计方面的专门人才,直接反映从属岗位和拓展岗位的工作要求,具有鲜明的职业性与实践性。通过本课程的学习,培养学生典型的智能控制系统调试与设计的能力。
传统教学以教师讲授为主,学生只能被动接受。在实训课中传统教学方法已不能充分激发学生的学习兴趣,无法使学生更好地提高操作技能,使实训课逐渐变得枯燥无味。参照单片机产品设计工作过程和工作情境,进行课程教学改革。
1.课程改革思路
根据高职教育数控技术专业人才的培养目标,遵循以“就业为导向,能力为本位”的职教理念设计。本课程从职业成长过程,按照从易到难、由浅入深的认知规律,确定合适的载体,运用教学论、方法论方式分析处理后,参照企业中单片机产品系统设计工作过程和工作情境,进行选材。
2.学习情境创设
通过调研,针对智能控制系统检测维修与设计行动领域下的单片机技术及应用系统设计学习领域需要具备以下能力:
(1)专业能力
①读懂单片机电路图纸的能力;②掌握单片机工作原理及内部结构的能力;③具备相应的单片机硬件线路的调试能力;④具备能看懂单片机程序流程图的能力;⑤具有基本的单片机编程的能力;⑥具备单片机软硬件安装和联调的能力;⑦具备单片机产品开发的基本流程和工艺的能力。
(2)方法能力
①资料收集整理能力;②制订、实施工作计划的能力;③单片机应用系统综合应用设计能力;④单片机应用系统故障的检查分析能力;⑤理论知识的综合运用能力。
(3)社会能力
①语言表达能力、沟通协调能力;②团队组织能力;③班组管理能力、责任心与职业道德;④安全与自我保护能力。
为了实现上述能力,在此将课程划分为:循环彩灯的设计制作(22课时)、交通控制灯的设计制作(30课时)、数字电子钟的设计制作(40课时)、温度控制系统的设计制作(40课时)四个学习情境。其中,此四个学习情境的创设是根据单片机应用电子产品的设计由简到难的过程确定的。
3.学习情境教学实施
以子情境循环彩灯的设计制作为例,进行教学实施。
(1)教学背景
教学目标:能够读懂单片机I/O口控制电路原理图,能够掌握单片机I/O口的内部结构和工作原理,能够选用单片机I/O口作外部硬件电路的设计,能够编制简单的程序实现单片机I/O口对外部电路的控制,能够熟悉单片机系统硬件电路的组成及控制原理,能够掌握基本的单片机软硬件调试能力,能够正确使用测量相关的仪器仪表,具备劳动组织能力、具备团队协作能力、具备安全操作规范的意识。
学生应具备的知识:单片机的整体认识、基本电子电路图整体认识、I/O的整体认识、计算机使用能力、简单硬件电路调试能力、电子仪器设备检测及规范操作能力。
具体任务:使用相关电子仪器仪表对电路参量进行测量、掌握电路故障排除方法及处理思路、掌握应用环节、确定方案、制定实施步骤、开发工具的使用。
准备文件:任务书、引导文、指导作业文件、演示视频文件、单片机I/O口作外部控制电路相关文件、检查单、评价表。
本任务旨在在该学习领域培养学生团队合作能力、沟通能力、检修组织实施能力等;教师需合理引导学生完成小组讨论,确定单片机I/O口控制硬件电路的设计及软件编程的方案。
(2)教学组织形式
①针对循环彩灯的控制功能要求,学生设计相应的功能接口电路,编制出程序及完成产品的调试。
②学生独立工作和合作学习相结合,通过小组讨论、和教师谈话培养交流能力。
(3)具体实施
①资讯:(2学时)
下发任务书,描述项目学习目标,交代项目任务,发放相关学习资料,最后回答学生的提问。
②计划(4学时)
学生自愿组织工作小组,推选班组长,以小组为单位,确认工作任务,分解任务,制订工作计划,教师对学生方案进行检查、指导。
③决策(2学时)
确定掌握单片机I/O口基础知识需要的资源及学习步骤,确定控制电路的设计与编程的学习步骤,确定任务完成的展示方式。
④实施(10学时)
第一,单片机I/O口的控制电路设计。小组成员分工收集资料,掌握单片机I/O口的结构及工作原理,最后进行资料汇总,小组讨论、教师指导下确定方案,完成I/O电路设计。
第二,程序的编制。根据所设计的I/O接口电路及控制要求,在小组讨论、教师指导下确定方案,画出程序流程图,最后学生自己完成具体程序。
第三,软硬件的调试。烧入程序,对设计的系统进行软硬件调试,在调试过程中,记录好调试出现的问题,并归纳总结经验。
教师应合理安排时间,即使有个别小组在规定时间中没有完成任务也必须停止,并要求该小组对未完成任务的原因进行详细分析。教师应安排课余时间让未完成的小组完成项目的制作。如果大多数小组均未完成,教师应根据实际情况查找原因,是否项目设置过难、是否学生还没有掌握本次课的内容,在以后的课程中做出相应的调整。
⑤检查及实施(4学时)
根据设计产品的功能及具体过程,教师及小组互检评分。同时每人撰写产品说明书,根据个人在小组活动中的表现进行小组互评。
选小组代表按照任务书的要求,在全班介绍工作过程,改进提高并总结系统设计及调试经验,结合班级所有方案,优化小组方案。
4.结语
采用工作过程系统化的《单片机技术及应用系统设计》课程,大大提高了学生的学习兴趣和参与主动性、积极性,收到了良好的教学效果。通过对企业的用人调查,学生产品的调试与系统设计能力很强,不需再进行专业培训。今后还将对工作过程系统化的课程改革进行进一步完善,提高教学水平和教学质量,提高学生的工程实践能力。
参考文献:
[1]王斌.《电子设计自动化》课程工作过程系统化方案的开发[J].化工职业技术教育,2010(01).
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关键词:单片机;实验箱;控制
DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.9.019
引言
单片机,是嵌入式处理器的一大类(另外还有DSP、FPGA等),具有高度集成、体积小、功耗低、降低成本等诸多优点。随着单片机技术的不断发展,单片机在微机控制领域占据着重要地位,由于其具有体积小、可靠性好、易扩展、控制功能强、使用方便等优点,在智能仪表、工业测控、计算机网络与通信设备、日常生活及家用电器等方面都得到了广泛的应用[1~2]。单片机已广泛应用于工业控制、智能家用电器、通讯、医疗和军事等众多领域,社会对掌握单片机技术的应用型人才的需求越来越大[3]。
本设计的实验箱采用了数字逻辑,单片机原理,电路基础,动态数码管扫描等各个方面的理论依据。单片机原理是一种在线式实时控制计算机,在线式就是现场控制,需要的是有较强的抗干扰能力,较低的成本,单片机依靠程序运行,并且可以修改。单片机通过编写的程序可以实现高智能,高效率,以及高可靠性。
设计概述及目的
首先连接硬件电路。确定电源模块供电正常,最小系统模块,RS-232转UART模块供电。将单片机P1口和LED相连接,作为输出。将单片机P0口和开关相连接。由于I/O口会读入和写出数据。从而通过编程完成开关控制LED指示灯的功能。
数据移位模块系统测试
在计算机系统中为了高效地实现计算机系统之间的远距离通信,且要使通信电路简单、可靠,则采用串行输入、并行输出的方式,移位寄存器的作用就是实现并行输入、串行输出或串行输入、并行输出。这里采用的是串行输入、并行输出。
此电路可以存储串行8位数据的输入。由于加在输入端上的数据可以移位读入,因此称之为移位寄存器。因为在CP的上升沿进行移位,因此也使该CP成为移位脉冲。
实验中将并行输出端和LED连接。通过按键输入串行的逻辑“1”、“0”并在LED上观察并行的输出结果。
振荡分频器和8位二进制计数器实验
振荡分频器,采用了一个三向晶振提供基础时钟振荡。通过4060对时钟信号进行了整理和分频。这里可以通过跳线选择2kHz~2Hz之间的9种频率。然后将振荡信号送入8位二进制计数器。
计数器是计算机系统最常用的时序电路之一,除了可以对时钟脉冲计数外,也可以用于分频、定时及产生各种时序信号。393将串行输入的时钟信号作累加,并将结果以并行八位输出的模式输出。用输出端控制8盏LED灯,可以很好地看出其在不同频率下累加的效果。
总结
本设计是制作一个P89V51RB2实验箱,并对其进行实验和软件程序设计。与传统的实验箱相比,使用方便,读数准确,所包含的实验电路全面且实用。为了满足目前高等学院的需求,还在现有的实验箱的基础上加入其他的功能如汇编语言等。
参考文献:
[1] 朱向庆,胡均万,陈宏华.多功能单片机实验系统的研制[J].实验室研究与探索,2012,(04):41-44
[2] 张智宏,翟晓东.单片机综合实验箱的研制[J].中国现代教育装备,2011,(13):12-13
[3] 曹静,江世明.模块化单片机实验平台的设计[J].邵阳学院学报(自然科学版).2011,(03):23-25
【关键词】触控 蓝牙 电动滑板
1 引言
在名侦探柯南动画片中。柯南有一辆阿笠博士发明的以太阳能为动力的滑板。滑板上装有一个强劲的引擎。该引擎的动力主要依靠太阳能电池,但日落后,便失去动力。经过博士改良后,便能够用电池补充电力。即使是太阳下山后,也能行动自如。
目前,滑板运动以其自由的运动方式以及超越身心极限的等特点,在欧美各国及各发展中国家己经成为都市青年最流行、最持久的时尚。但由于它目前大多数使用的仍是传统的人力驱动,因此在节省体力以及受众人群等方面略显不足。
本作品的设计采用电力驱动来代替人力,并辅以遥控调速,既节省了体力,又提高了使用的便捷度,使之或可在路面上行驶代步,或可成为休闲运动的一种方式,将动画片与现实相结合。
2 系统整体方案设计
本制作采用无线(蓝牙通信)传输电机驱动控制系统,用ARM系列芯片作为系统的主控制芯片,首先将电容式触摸按键的PWM信号采样到微控制器并判断是哪种信号(加速、刹车、大灯、巡航),然后系统将采集到的控制信号进行编码处理,经主机无线(蓝牙通信)模块发送数据,然后通过从机无线(蓝牙)模块接受数据并解码为控制信号,连接到电机驱动控制系统,通过其中的微控制器,根据控制信号执行相应的执行元件的控制,如灯控制、调速控制、巡航控制、刹车控制,系统的总体设计方案如图1所示。
3 系统硬件、软件设计
整个控制系统分为硬件电路设计和软件程序设计两部分。硬件电路可分为遥控控制(主机)电路和滑板(从机)控制电路两部分;软件程序设计部分也可分为遥控控制(主机)程序和滑板(从机)控制程序设计两部分。
遥控控制(主机)硬件电路包括:电源升压、稳压、太阳能充电、手动复位、触摸信号采样、模/数(A/D)转换处理、无线(蓝牙)信号发射和接收部分,以及单片机与各部分的接口处理部分。
遥控控制(主机)程序设计:由单片机来采集触摸芯片的PWM信号,并将其进行转换成控制指令,然后经无线(蓝牙)模块发送数据。STM32芯片是该功能模块的核心,该芯片通过外接电源及晶振提供能源和时钟源,来完成对输入PWM信号的转换与A/D转换。
滑板(从机)控制硬件电路包括:电源稳压、太阳能充电、模/数(A/D)转换处理、无线(蓝牙)信号发射和接收部分,以及单片机与各部分的接口处理部分。
滑板(从机)控制程序设计:由从机无线(蓝牙)模块接收主机发送的信号,STM32芯片接收并还原序列脉冲数据,经过内部编程处理,产生相应的控制指令来驱动电机的运行;此部分控制电路是滑板的核心。电机驱动控制电路所要完成的最大功能就是要根据指令对滑板的速度进行调节,STM32芯片管脚输出PWM占空比信号,电机根据占空比频率来进行加减速(例如:占空比大,表示此时输出电压较大,转速提高,完成加速),在电机运转的同时检测电池组状态,并实时经无线(蓝牙)模块发回主机。整个程序包括管理程序和控制程序两部分。管理程序是对LED进行动态刷新,控制指示灯,进行欠压、过流、飞车等保护。控制程序是用来对电压、电流采样,数据处理,根据PWM占空比数据比较结果进行电机驱动的输出等。
4 结语
本制作现有技术与国内产品相比具有很多优越性和创新点:
4.1 技术特点和优势
(1)国内现有的产品都是单电机驱动,平衡性、安全性不高,而且价格昂贵,本制作为双电机驱动,平衡性、安全性很高,而且价格并不昂贵;
(2)该作品电机轮组采用了独立悬挂系统,保护电机系统,并申请了专利;
(3)无线电容式触摸太阳能遥控,更新颖、更环保;
(4)采用新型动力电池,动力更强劲,滑板更加轻盈;
(5)采用全密封式防水设计,更耐摔,免于维护。
本制作采用单片机控制,更加智能、人性化;双电机驱动,动力更强劲;重量更轻;无线触摸遥控,控制更简单。
4.2 适应范围
滑板运动己经成为都市青年最流行、最持久的时尚运动。
4.3 推广前景的技术性分析
目前国内市场产品偏少,并且是单电机单轮组普通滑板,售价高,国外产品价格更高,该作品拥有10多项创新点,与国内产品相比技术上有绝对优势,并且成本更低。
4.4 经济效益预测
人力驱动的滑板运动都己经成为都市青年最流行、最持久的时尚,那么经过智能化处理的电动滑板,必定在国内市场前景甚好。
参考文献
[1]周达左.电动滑板车遥控器及控制器的开发与研究[D].无锡:江南大学,2008.
作者单位