單片機課程下的實踐性實驗設計范文

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摘要：隨著我們社會科技的發展，智能化的生活和智能化的設備成為越來越多人的關注熱點。基于單片機課程實踐性強的特點，采用51單片機設計一款智能晾曬衣架。在實驗實施過程中發揮學生的綜合知識應用能力，充分調動學生的學習積極性，提升學生的動手實踐能力。在課程評價上采用師生、生生之間的多種評價機制，完善課程體系。本實驗涉及的實驗操作簡單，可以作為高等學校單片機基本課程實驗的有益補充，增加學生對單片機課程內容的興趣和提高學生對應用單片機的工程化意識。

關鍵詞：單片機；實踐性實驗；智能晾衣架

一、引言

單片機課程實驗設計是該課程實踐教學的一個重要環節，不僅可使學生鞏固理論所學的概念、原理、設計方法，提高學生分析問題解決問題的能力以及動手實踐能力，同時培養學生的工程項目開發能力和創新能力[1-2]。隨著我們社會科技的發展，越來越多的人們希望能夠活在智能化的生活里，對智能化的生活也是充滿了向往之情。近年來，在各國科技創新的努力下，我們的社會還有我們居住的環境即將成為一個方便快捷智能化的大環境。目前，我們平時所使用的家電已經在逐步完成一系列的智能化，我們在公共場所見到的，被服務到的設施也是充滿了智能化，智能化的發展能夠帶給我們便利并且節約很多社會資源。本實驗所設計的智能晾衣架能夠達到智能晾衣架所需要的智能化目標，實現真正的智能化晾衣。并且它還有很多的優點，比如說占地面積小，操作簡單方便，外形簡潔得體，成本經濟實惠。除此之外，實驗設計還可以運用紅外遙控來完成人工升降的操作。本實驗設計所涉及的實驗操作簡單，可以作為高等學校單片機基本課程實驗的有益補充，增加學生對課程內容的興趣和提高學生對應用單片機的工程化意識。

二、整體系統的實驗設計

本實驗涉及的智能晾衣架設計在控制方面主要是采用STC89C51單片機完成的。在工作的時候，通過光敏電阻與DHT11溫濕度傳感器等元器件來檢測外界空氣中的光線照射情況與濕度情況，然后將自己檢測到的信息傳送到單片機上，單片機經過之前設置好的參數進行對比，來確認步進電機是需要進行正轉操作還是反轉的操作，從而完成智能晾衣架的功能。圖1所表示的是對于智能晾衣架的總系統設計框圖。

（一）基本控制系統本系統邏輯功能簡單，由于大部分的學校均有開設關于51單片機專業的課程，學生比較熟悉其功能與基本知識，而且51單片機的價格相對于Arduino等芯片來說要便宜不少，并且功能齊全。因此使用ST-C89C51這款單片機來作為我們所設計的系統上的一個主要的控制器。

（二）DHT11溫濕度傳感器我們選擇使用DHT11溫濕度傳感器來作為檢測空氣中濕度的元器件，因為這款傳感器使用的是單總線方式，這樣做的好處在于它可以把系統的集成變得更為簡單和快捷，它的特點不僅如此，卓越的可靠性以及長時間的穩定是這款傳感器的一大特色。這款傳感器的組成也不復雜。DHT11溫濕度傳感器的測量范圍廣泛，測量的相對濕度是在百分之二十到百分之九十相對濕度這個范圍之間，測量的攝氏溫度在零到五十攝氏度這個范圍之間。溫度的測量精度大約為±2.0℃，濕度的測量精度大約為±5.0%RH。本模塊之所以會采用它，也是因為這款溫濕度傳感器的優點很多，其中響應的速度快，還具有很強的抗干擾性。它對于信號的傳輸距離可以達到二十米以上。

（三）光敏檢測電路在光敏檢測模塊里，實驗主要使用光敏電阻來完成在光敏檢測模塊部分采集到光線照射情況強弱的任務，利用它的感光特性并且配合好DHT11溫濕度傳感器來判斷出實驗中所處環境天氣的好壞，以達到適合不適合把衣服拿出來晾曬還是需要把衣服給收回去的情景模擬，這樣便可以根據天黑天晴的情況來實現控制步進電機的升降操作，從而完成實驗設計的智能晾衣架所需要實現的功能。

（四）電機驅動電路ULN2003A是由美國TexasInstru-ments公司和美國Sprague公司生產的。7組達林頓晶體管陣列以及相應的電阻網絡和鉗位二極管網絡共同構成了ULN2003元器件。它的優點是十分的強大：它能夠同時完成7組負載的驅動操作，為單片雙極型大功率高速集成電路[3]。

三、實驗考核體系的構建

（一）實驗效果的驗證將學生根據實驗要求搭建的電路板進行通電測試，可以充分驗證學生是否完整地完成了實驗的全部內容。我們可以通過幾步操作根據測量和控制對應的結果對學生的作品進行驗證。如圖2所示，我們打開電源開關，經過DHT11溫濕度傳感器檢測到我所在的寢室里濕度值為70，紅色小燈亮起代表為處于自動模式下，此時的濕度值小于我們所設定的參數，并且光照充足，綠色小燈亮起代表電機處于正轉情況。圖3濕度高且沒有光照電機反轉如圖3所示，我們用噴霧噴一些水汽，使得濕度值變高，經過DHT11溫濕度傳感器檢測到的濕度值95，用一張卡片遮住光敏電阻擋住光源，紅色小燈亮起代表為處于自動模式下，此時的濕度值大于我們所設定的參數，而且光線被擋住了處于黑暗的情況，黃色小燈亮起代表電機處于反轉情況。

（二）實驗課程的評價體系單片機實驗課程的教學，一般是采用在教師指導下，學生實驗以基本設計目標為主，自主發揮實驗相結合的方式進行。單片機實驗課程是一門理論性、實踐性和技術性都很強的課程，因此對于本課程實驗達成目標一定是多樣的。采用實踐性設計該課程的實驗并對學生的實驗結果考核評價，既需要評價學生掌握學科知識的情況，又需要評價學生實驗操作的技能，還需要評價學生綜合運用知識的能力,更需要評價學生的創新意識等等。因此，要求考核評價內容要盡可能全面,這樣才能真實反映學生該課程的具體掌握情況以及體現教學過程參與主體的多元性。并且教師、學生都參與評價，可使師生、生生之間得到更多的情感交流，增進團結，關注合作，促進學生共同進步。本實驗評價采用教師評價（占60%），學生的自評（占40%），這樣的評價方式既可提高學生對評價結果的認可程度，還可促進學生反思，提高他們的反思能力[4]。

四、結語

采用51單片機設計一款智能晾曬衣架，并以此設計帶入單片機課程實驗中去。在實驗實施過程中發揮學生的綜合知識應用能力，充分調動學生的學習積極性，提升學生的動手實踐能力。在課程評價上采用師生、生生之間的多種評價機制，完善課程體系。本實驗涉及的實驗操作簡單，可以作為高等學校單片機基本課程實驗的有益補充，增加學生對課程內容的興趣和提高學生對工程化應用單片機的意識。

【參考文獻】

[1]袁明新,申燚,王琪.單片機能力培養的實踐教學體系構建及實施[J].實驗科學與技術,2014,12(3):72-75.

[2]葛浩,林其斌.單片機課程設計教學改革與實踐[J].實驗技術與管理,2011,28(10):138-140.

[3]萬天才.高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產品及其應用[J].國外電子元器件,2001(2):19-21.

[4]馮小安.實踐教學評價指標體系的構建與實施[J].中國電力教育,2010(13):125-126.

作者：王一  吳竹晶 單位：貴州大學大數據與信息工程學院