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摘要：推動部分本科高校向應用型轉(zhuǎn)變，是教育領域人才供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要內(nèi)容，也是國家對教育結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要舉措。教育部發(fā)展規(guī)劃司提出要加強應用型本科高校實驗實訓實習環(huán)境、平臺和基地建設。設計了一種用于教學的電子設計綜合實訓平臺，從主控芯片、電動伸縮桿的控制、直線電機的控制等方面詳細介紹平臺主要控制功能的實現(xiàn)。在平臺上可進行模擬電路、數(shù)字電路、單片機應用等相關電子設計類課程的實驗、組裝與焊接，平臺還具有輔助教學的功能。

關鍵詞：電子設計；綜合實訓；輔助教學

為了使人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)和質(zhì)量適應經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級的要求，解決人才供給與需求之間的矛盾，以及畢業(yè)生就業(yè)難和就業(yè)質(zhì)量低的問題，高校建立了以提高實踐能力為引領的人才培養(yǎng)流程，實現(xiàn)教學過程與生產(chǎn)過程對接［1］。加強高校實驗實訓實習環(huán)境、平臺和基地建設便是其中的主要措施之一。目前實驗室建設中存在如下問題：第一，有的學校實驗室功能分散，不同的課程需要到不同的實驗室進行，有的實驗室只能進行電路基礎課程的實驗，有的只能進行模擬電子的實驗，有的只能進行單片機應用的實驗等，給管理和學習帶來不便，也不便于進行綜合性實驗的開展；第二，實驗室內(nèi)相關計算機硬件的實驗裝置大都在普通桌面上進行，以至于無法對電路板等零部件進行固定，實際訓練時現(xiàn)場凌亂，影響實訓的教學效果，尤其是針對電子元器件的焊接，焊接的工具都是另外準備，既不方便教學，也不方便收納；第三，實驗室只有實驗功能，教師需要講解、示范實驗過程及分享學生實驗結(jié)果時，學生只能在教師或?qū)W生所在的實驗臺分批圍觀，不方便進行實驗教學的開展等等。為了解決以上問題，我們設計并實現(xiàn)了一個電子設計綜合實訓平臺，不僅可以進行綜合模擬電路、數(shù)字電路、單片機應用等相關電子設計類課程的實驗、組裝、焊接，而且可以有效地對主板的位置進行固定，方便電子元器件的焊接和收納整理，另一方面此平臺還具有輔助教學的功能。

1平臺總體功能設計

教學用電子設計綜合實訓平臺具有電子類課程實驗功能、元器件組裝與焊接功能、收納整理功能、輔助教學功能等，具體功能模塊圖如圖1所示：電子實驗功能：在此平臺上可分別進行電路基礎、數(shù)字電路、模擬電路、單片機等電子設計類各門課程的實驗，還可以開展一些涉及多門課程的綜合實驗，這樣更有利于學生完成綜合性、研究性的實驗項目，更有助于培養(yǎng)學生綜合應用所學知識解決實際問題的能力。組裝與焊接功能：平臺中支撐板中部的矩形箱體可以固定電路板，并且在支撐板上表面左右兩側(cè)有工具箱和儲存槽，可以歸類放置焊錫原料輥、電烙鐵、錫槍、熱風槍、松香盒等焊接工具和原料以及各類元器件，并且電路板的固定、工具和元器件的拿取都可以通過控制面板上的按鈕簡單地進行控制，而且還有放大鏡可以方便使用者清楚地觀察和操作。整個設計使得電路的組裝與焊接非常便捷有序。收納整理功能：平臺中支撐板的左右兩側(cè)有托板和工具箱，托板上的第一儲存槽和第二儲存槽的內(nèi)側(cè)面設有大小不一的儲存腔，可以將元器件分類儲存到其內(nèi)。工具箱設置有電烙鐵支架、熱風槍支架等方便放置各種工具和設施。這一功能克服了傳統(tǒng)實訓現(xiàn)場凌亂不堪的不足。輔助教學功能：在顯示器的后側(cè)面下端設有數(shù)據(jù)接口，可以方便電腦外接設備的連接。數(shù)據(jù)接口包括USB接口、VGA視頻輸出接口、網(wǎng)絡接口和耳機接口。通過操作控制面板控制第一電動伸縮桿和第二電動伸縮桿工作將放大鏡和微距攝像頭移動到電路板的正上方，由微距攝像鏡頭將電器元件放大后清晰顯示在顯示器上，方便對電路板進行觀察；當教師想要進行演示時，通過數(shù)據(jù)接口上的數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡接口將顯示器上電路板及元器件情況輸出到局域網(wǎng)中其它顯示器等教學設備上，方便學生觀看。綜合實訓平臺的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

2平臺硬件環(huán)境設計

使用此綜合實訓平臺時，接通外部電源，通過控制面板控制第三電動伸縮桿伸長，由第三電動伸縮桿將上蓋板打開，將需要進行操作的主板放置到導桿的上表面，通過第一夾板和第二夾板對電路板進行卡接，調(diào)節(jié)定位滑塊的位置，使得復位彈簧處于壓縮狀態(tài)，由復位彈簧將第一夾板緊壓在電路板上。當需要進行教學演示時或者零部件放大時，通過操作控制面板控制第一電動伸縮桿和第二電動伸縮桿工作將放大鏡和微距攝像鏡頭移動到電路板的正上方，由微距攝像鏡頭將電器元件放大后顯示在顯示器上，方便用戶對電路板進行觀察。當教師想要進行演示時，通過數(shù)據(jù)接口上的網(wǎng)絡接口將數(shù)據(jù)輸出到教學設備上，使用時將元器件分類儲存到第一儲存槽和第二儲存槽的內(nèi)部［2］。控制面板的輸入端與外部電源的輸出端電連接，控制面板的輸出端分別與第一電動伸縮桿、第二電動伸縮桿、第三電動伸縮桿、第四電動伸縮桿、第五電動伸縮桿、顯示器、音箱、第一直線電機、第三直線電機、第二直線電機、微距攝像鏡頭等的輸入端電連接，圖3是平臺控制部分的硬件框圖。

3平臺主要控制功能設計

此平臺中，矩形箱體上蓋板的打開與合上、放大鏡和微距攝像鏡頭的移動、定位板位置的移動、工具箱和托板的移動等操作多處用到了電動伸縮桿、直線電機等的聯(lián)動，這些器件都是由控制面板內(nèi)的單片機進行自動控制實現(xiàn)其功能的，以下為這些主要控制功能的實現(xiàn)。

3．1主控芯片

主控芯片選用STC89C52，此芯片成本低，在工業(yè)生產(chǎn)中的應用較廣泛、成熟，而且它靈巧的8位CPU、4個I／O口和8KB可編程Flash已經(jīng)能夠滿足本裝置的需求。

3．2電動伸縮桿的控制

平臺中放大鏡和微距攝像頭的水平位置和垂直位置的調(diào)節(jié)、矩形箱體左右上蓋板的開合、矩形箱體底部旋轉(zhuǎn)板的高度調(diào)節(jié)、支撐板左右兩側(cè)托板和工具箱高度的調(diào)節(jié)等處都用到了電動伸縮桿，電動伸縮桿的伸縮是通過主控芯片控制步進電動機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來帶動的。步進電動機是將電脈沖轉(zhuǎn)化為相應的角位移的執(zhí)行機構(gòu)［3］，每當輸入一個電脈沖就動一步，步進電動機驅(qū)動的速度和位移大小，可由電氣控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖數(shù)加以控制，并且位移量與脈沖數(shù)嚴格成正比，可以達到較高的重復定位精度，適合于本裝置中的控制。以下以一個步進電動機的控制為例來說明。采用STC89C52單片機為控制核心，通過按鍵產(chǎn)生脈沖來控制步進電機的正反轉(zhuǎn)，每按一次鍵轉(zhuǎn)一定的角度，正轉(zhuǎn)帶動電動伸縮桿伸出，反轉(zhuǎn)帶動電動伸縮桿回縮。硬件部分主要由單片機、按鍵控制模塊、電機驅(qū)動模塊及電源模塊組成，圖4是本控制的硬件框圖。F其中步進電動機選用20BY20H01型號，驅(qū)動芯片采用2003，軟件采用查詢方式。此型電動機是電磁式、4相、單極步進電動機，程序中用的是1相勵磁方式，如想要每次按鍵伸縮的距離更小，也就是調(diào)節(jié)的更精確可以采用1－2相勵磁法。圖5為加載了代碼的仿真電路運行圖。

3．3直線電機的控制

平臺中矩形箱體底部的第一直線電機和第二直線電機滑動連接有第一滑臺，用來調(diào)節(jié)定位板的前后位置，支撐板左右兩端的工具箱和托板位置由第三直線電機上表面滑動連接第二滑臺來調(diào)節(jié)，所以對直線電機的控制也是本平臺的主要控制功能之一。直線電機是一種將電能直接轉(zhuǎn)化成直線運動的新型電機，不需要像旋轉(zhuǎn)電動機一樣采用其他輔助機械機構(gòu)，整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單，直線電機也可以采用微處理器控制［4］。本平臺中采用STC89C52芯片控制直線感應電機的硬件電路如圖6所示，和步進電機控制電路相似，由按鍵控制模塊、單片機、驅(qū)動模塊等組成。2021年高紅霞，等：一種用于教學的電子設計綜合實訓平臺的設計與實現(xiàn)第1期對每個直線電機的控制都類似，當單片機收到按鍵信號后，發(fā)出指令驅(qū)動或停止各個IGBT，各個IGBT的不同工作狀態(tài)產(chǎn)生8種0和1的組合，通過控制8種組合方式的順序和逆序可實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)。比如正轉(zhuǎn)推動滑臺向前滑動，反轉(zhuǎn)則推動滑臺向后滑動。

4結(jié)束語

本電子設計綜合實訓平臺可以綜合進行電子設計類課程的實驗、組裝和焊接，輔助教學功能是它的一大亮點，使用有序、便捷，極大地解決了此類課程實驗和教學過程的不足，有很好的實際應用和推廣價值。

參考文獻：

［1］教育部，國家發(fā)展改革委，財政部．關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉(zhuǎn)變的指導意見［EB／OL］．（2015－11－13）［2020－7－13］．

［2］太原學院，任鳳琴，郭銀芳，等．一種教學用電子設計綜合實訓裝置：中國，ZL201920379989．X［P］．2020－5－15．

［3］張靖武，周靈彬，劉興來．單片機原理、應用與proteus仿真［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2015．

［4］葉萍．基于直線電機的自動門設計［J］．自動化技術與應用，2020，39（5）：144－146．

作者：高紅霞 任鳳琴 郭銀芳 張彩霞 張乃江 單位：太原學院 智能與自動化系 計算機科學與技術系