《傳感器與微信號(hào)放大》教學(xué)大綱

第頁(yè)ADDINCNKISM.UserStyle《傳感器與微信號(hào)放大》教學(xué)大綱課程編號(hào)：13180347英文名稱：Sensor&MicroSignalAmplification學(xué)分：3學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)56學(xué)時(shí)，其中理論40學(xué)時(shí)，實(shí)踐16學(xué)時(shí)先修課程：模擬電子技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)，單片機(jī)原理及應(yīng)用課程類別：專業(yè)方向選修課程授課對(duì)象：自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：機(jī)械與電氣工程學(xué)院修讀學(xué)期：第6學(xué)期一、課程描述和目標(biāo)《傳感器與微信號(hào)放大》是自動(dòng)化類專業(yè)的一門(mén)醫(yī)學(xué)影像設(shè)備智能化專業(yè)方向課。傳感器作為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)設(shè)備領(lǐng)域的信息源頭，廣泛應(yīng)用于各種分析儀器、檢測(cè)儀器等場(chǎng)合，它是選擇醫(yī)學(xué)影像設(shè)備智能化專業(yè)方向必須學(xué)習(xí)和掌握的專業(yè)知識(shí)。對(duì)于后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、相關(guān)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。本課程是為自動(dòng)化類專業(yè)的三年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)的專業(yè)方向選修課。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，能夠使學(xué)生掌握傳感器技術(shù)的基本理論、基本結(jié)構(gòu)，包括傳感器信號(hào)的描述，尤其是傳感器前端測(cè)量放大電路的組成和設(shè)計(jì)方法。同時(shí)能夠熟練使用嵌入式系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行綜合處理，獲得醫(yī)學(xué)設(shè)備需要的輸出信號(hào)。初步具有系統(tǒng)器件選型、方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試的能力，為今后從事相關(guān)領(lǐng)域的項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作打下基礎(chǔ)。本課程擬達(dá)到的課程目標(biāo)：課程目標(biāo)1：熟練能掌握傳感器應(yīng)用，具備設(shè)計(jì)處理電路能力。熟練使用電子設(shè)計(jì)CAD完成項(xiàng)目原理圖與PCB的設(shè)計(jì)。熟練使用嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試軟件，能夠進(jìn)行離線仿真和在線調(diào)試。課程目標(biāo)2：根據(jù)不同項(xiàng)目要求，準(zhǔn)確掌握傳感器特性，確認(rèn)在不同場(chǎng)合，不同系統(tǒng)中各傳感器的細(xì)節(jié)應(yīng)用和組合使用，能夠完成復(fù)雜的系統(tǒng)集成工作。二、課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)權(quán)重對(duì)應(yīng)關(guān)系3.3能夠進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)的電氣圖設(shè)計(jì)、硬件配置和控制程序設(shè)計(jì)。課程目標(biāo)11H5.2能夠針對(duì)自動(dòng)化領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題，分析與選擇恰當(dāng)?shù)碾娐放c電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)軟硬件等技術(shù)和工具。課程目標(biāo)21M（H—高，M—中，L—低）三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配序號(hào)教學(xué)內(nèi)容基本要求學(xué)時(shí)教學(xué)方式對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1Pt100溫度計(jì)測(cè)量，溫度測(cè)量傳感器綜述項(xiàng)目一：Pt100溫度計(jì)測(cè)量初級(jí)設(shè)計(jì)階段，測(cè)量-200—200度溫區(qū)電阻；測(cè)量分辨率和穩(wěn)定度0.01歐姆；項(xiàng)目二：Pt100溫度計(jì)測(cè)量中級(jí)設(shè)計(jì)階段要求，四線制；不采用恒流源驅(qū)動(dòng)，簡(jiǎn)化電路；四位半A/D采樣(不使用單片機(jī))；項(xiàng)目三：Pt100溫度計(jì)測(cè)量高級(jí)設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)，四線制，精密電阻箱模擬PT100；不采用恒流源驅(qū)動(dòng)，簡(jiǎn)化電路；TM7705采樣；MCU數(shù)據(jù)處理；LED數(shù)碼管顯示溫度。項(xiàng)目一：以模擬量形式給出電阻值，對(duì)應(yīng)的阻值范圍是：18.52—175.86歐姆。建議輸出185.2—1758.6毫伏。項(xiàng)目二：對(duì)應(yīng)的阻值范圍是：18.52—175.86歐姆。項(xiàng)目三：誤差不大于0.1度。12集中講授，課堂自由發(fā)言討論1,22自動(dòng)背光亮度控制，用2只最大電流20mA白光LED發(fā)光管模擬手機(jī)屏幕背光源，使用光電池檢測(cè)光強(qiáng)。設(shè)計(jì)電路，輸出亮度隨外界照度逐漸增強(qiáng)，光電傳感器綜述。（1）假設(shè)供電電源5V；光強(qiáng)范圍10lux（月光）--100000lux（陽(yáng)光），設(shè)光電池輸出1000LX—10uA；單只LED驅(qū)動(dòng)電流0—20mA，實(shí)際驅(qū)動(dòng)2只。不計(jì)算效率。LED驅(qū)動(dòng)電流正比于輸入光照強(qiáng)度（2）假設(shè)供電電源5V單電源；光強(qiáng)范圍10lux（月光）--100000lux（陽(yáng)光），設(shè)光電池輸出1000LX—10uA；單只LED驅(qū)動(dòng)電流0—20mA，實(shí)際驅(qū)動(dòng)2只。不要求LED驅(qū)動(dòng)效率。LED驅(qū)動(dòng)電流最小為2mA，對(duì)應(yīng)0lux--100000lux光強(qiáng)，單只LED驅(qū)動(dòng)電流為2—20mA。（3）自動(dòng)背光亮度控制中級(jí)設(shè)計(jì)要求2，假設(shè)供電電源3.6V鋰電池；光強(qiáng)范圍10lux（月光）--100000lux（陽(yáng)光），設(shè)光電池輸出1000LX—10uA；單只LED驅(qū)動(dòng)電流0—20mA，實(shí)際驅(qū)動(dòng)2只。要求LED效率在最大電流時(shí)效率高于90%。LED驅(qū)動(dòng)電流最小為2mA，對(duì)應(yīng)0lux--100000lux光強(qiáng)，單只LED驅(qū)動(dòng)電流為2—20mA。在（3）的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)MCU主控。12集中講授，課堂自由發(fā)言討論1,23脈搏檢測(cè)儀設(shè)計(jì)（1）壓電傳感器概述。（2）項(xiàng)目三傳感器處理，獲得方波信號(hào)。（3）MCU數(shù)據(jù)處理，數(shù)字濾波，獲得準(zhǔn)確輸出。用一只U型（槽型,建議使用紅外發(fā)光管+接收管自制）光電開(kāi)關(guān)作為傳感器，以手指（耳垂）作為光通道障礙，檢測(cè)心跳造成的血涌現(xiàn)象，從而獲得心率脈沖。設(shè)計(jì)電路，使心率脈沖可以被MCU檢測(cè)到；設(shè)計(jì)軟件，測(cè)量并顯示心率，顯示范圍0—300次/秒。也可以使用壓電傳感器檢測(cè)腕部心率震動(dòng)信號(hào)完成上述任務(wù)。8集中講授，課堂自由發(fā)言討論1,24室內(nèi)紅外通訊（1）通訊原理概述。（2）項(xiàng)目設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)一個(gè)單向紅外通訊小系統(tǒng)，能夠完成在室內(nèi)環(huán)境（距離不超過(guò)10米）下，甲機(jī)向乙機(jī)傳送它獲得的室內(nèi)溫度信息。要求使用紅外發(fā)光二極管與紅外接收二極管做發(fā)送接收元件。小系統(tǒng)包含甲乙兩機(jī)組成。甲機(jī)采集室溫信號(hào)（分辨率0.1度）后通過(guò)紅外線向乙機(jī)發(fā)送溫度信息；乙機(jī)接收后在顯示器上顯示這個(gè)溫度信息，數(shù)據(jù)刷新率為每秒1次，通訊距離1--10米。12集中講授，課堂自由發(fā)言討論1,2合計(jì)44序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時(shí)課外學(xué)時(shí)備注1文獻(xiàn)檢索了解文獻(xiàn)檢索的目的，了解文獻(xiàn)檢索方法，獲得有效信息。要求提供文獻(xiàn)檢索報(bào)告。145必做2項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)完成硬件框架設(shè)計(jì)，軟件框架設(shè)計(jì)。要求提供設(shè)計(jì)方案。1,245必做3硬件焊接正確布局，完美焊接。1,2410必做4項(xiàng)目驗(yàn)收展示作品、完成功能演示、完成答辯并提交報(bào)告1,2420必做合計(jì)1640四、課程教學(xué)方法1.總體設(shè)計(jì)采用小班交互式教學(xué)，圍繞課堂項(xiàng)目目標(biāo)，以工程應(yīng)用為興趣激發(fā)點(diǎn)，引申傳感器原理及應(yīng)用。所有項(xiàng)目均采用由淺入深順序，講授與課外自學(xué)結(jié)合，實(shí)施課堂互動(dòng)式教學(xué)，討論占比較大。課外則以項(xiàng)目要求延伸為目標(biāo)手段，加大自主學(xué)習(xí)力度。以實(shí)驗(yàn)為實(shí)踐能力提高手段，以具體的項(xiàng)目大作業(yè)作為貫穿課程的設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)踐能力提高手段。課堂教學(xué)方法：講授、互動(dòng)討論。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)方法：自主預(yù)習(xí)、自主實(shí)驗(yàn)、集中指導(dǎo)、現(xiàn)場(chǎng)答疑。課外學(xué)習(xí)方法：項(xiàng)目化大作業(yè)，課外開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，集中答疑，網(wǎng)上輔導(dǎo)。2.課堂教學(xué)課堂講授：首次課引導(dǎo)學(xué)生做課外資料閱讀，做網(wǎng)上信息了解。課堂按知識(shí)模塊，首先做傳感器介紹，然后對(duì)主要應(yīng)用做介紹，通過(guò)具體工程應(yīng)用來(lái)歸納主要知識(shí)點(diǎn)。通過(guò)拋出應(yīng)用問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和討論，強(qiáng)化記憶，固化知識(shí)點(diǎn)。每章節(jié)均提供一個(gè)典型具體工程應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行討論式設(shè)計(jì)，并最終給出結(jié)論。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：1.2、2.5。課內(nèi)互動(dòng)討論：圍繞傳感器概述、講授案例、實(shí)踐項(xiàng)目大作業(yè)等設(shè)置問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生提升興趣，深入理解。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：3.3,5.2。3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)以學(xué)生制作項(xiàng)目形式完成，在課內(nèi)教學(xué)項(xiàng)目四開(kāi)始時(shí)同步進(jìn)行。要求學(xué)生2~3人一組在第1~3課內(nèi)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中任選一個(gè)完成真是作品設(shè)計(jì)，課內(nèi)使用16學(xué)時(shí)（集中4次）完成文獻(xiàn)查找、方案設(shè)計(jì)、硬件焊接、作品考核驗(yàn)收工作，使用40學(xué)時(shí)課外學(xué)習(xí)輔助完成調(diào)試、設(shè)計(jì)報(bào)告寫(xiě)作等工作。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中有教師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)并答疑記錄。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：3.3,5.2。4.課外學(xué)習(xí)課前預(yù)習(xí)：要求學(xué)生在課前按預(yù)習(xí)計(jì)劃完成自主學(xué)習(xí)內(nèi)容，即自學(xué)相關(guān)傳感器概述，，在網(wǎng)絡(luò)上學(xué)習(xí)相關(guān)傳感器應(yīng)用。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：3.3,5.2。課后自主學(xué)習(xí)：學(xué)習(xí)每個(gè)項(xiàng)目相關(guān)的傳感器、電路知識(shí)；完成實(shí)驗(yàn)課布置的項(xiàng)目設(shè)計(jì)相關(guān)的調(diào)試、編程等任務(wù)。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：3.3,5.2。五、學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)和課程考核1．考核方式考試（）考查（√）2．成績(jī)記載百分制（√）五級(jí)分制（）3.考核原則能力第一：課內(nèi)及課外表現(xiàn)突出者，平時(shí)課外成績(jī)（課堂討論）直接記優(yōu)等分?jǐn)?shù)。強(qiáng)化互動(dòng)：課堂內(nèi)重視互動(dòng)，加強(qiáng)討論，力爭(zhēng)課內(nèi)的活躍氣氛。注重平時(shí)測(cè)試：課內(nèi)四次小測(cè)試。注重能力：項(xiàng)目設(shè)計(jì)中采用演示+答辯方式考核。4.成績(jī)總評(píng)考核評(píng)價(jià)構(gòu)成：考勤5%，課堂討論20%（所有討論均記錄），課內(nèi)測(cè)試40%（4次，小考卷形式），實(shí)驗(yàn)20%，實(shí)驗(yàn)相關(guān)項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告15%。5.考核方案（1）考勤考核本項(xiàng)目占比5%。缺課1次扣1分，直至5分扣完。缺課超過(guò)教務(wù)處規(guī)定者，按教務(wù)處規(guī)定處理。（2）平時(shí)課堂交流討論考核方案本項(xiàng)目占比20%。每名學(xué)生至少3次討論交流機(jī)會(huì)。每次按A、B、C、D、E五級(jí)（每級(jí)輔助一個(gè)+等級(jí)，比正常級(jí)高5分）予以記載。最后根據(jù)A（95分）、B（85分）、C（75分）、D（65分）、E（55分）計(jì)算該項(xiàng)總評(píng)成績(jī)。然后根據(jù)提問(wèn)次數(shù)，平均計(jì)算得到該項(xiàng)的總得分。作為獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，對(duì)于課堂活躍，提問(wèn)回答效果好的同學(xué)，此項(xiàng)總分直接記A+（滿分）。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5-1.表5-1平時(shí)課堂提問(wèn)交流考核方案序號(hào)考察點(diǎn)占比%得分對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1傳感器基礎(chǔ)、放大器應(yīng)用的理解，使用工具的能力。60課程目標(biāo)12學(xué)生對(duì)傳感器應(yīng)用場(chǎng)合的理解和確認(rèn)情況。對(duì)傳感器的量程、精度認(rèn)識(shí)；對(duì)傳感器電路的設(shè)計(jì)能力。40課程目標(biāo)2（3）課內(nèi)測(cè)驗(yàn)的考核方案本項(xiàng)目占比40%。主要目的是驗(yàn)證學(xué)生學(xué)習(xí)效果，學(xué)習(xí)認(rèn)真程度，知識(shí)掌握程度。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5-2。表5-2課內(nèi)考核方案序號(hào)考察點(diǎn)占比%得分對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1傳感器基礎(chǔ)；傳感器前置電路；綜合設(shè)計(jì)能力；使用工具能力。60課程目標(biāo)12正確選擇傳感器；組合應(yīng)用；系統(tǒng)集成能力。40課程目標(biāo)2（4）課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的考核方案本項(xiàng)目占比20%，共4次實(shí)踐實(shí)驗(yàn)。單次實(shí)驗(yàn)成績(jī)由實(shí)驗(yàn)過(guò)程成績(jī)+提交報(bào)告成績(jī)組成。實(shí)驗(yàn)過(guò)程成績(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)均按A、B、C、D、E五級(jí)（每級(jí)輔助一個(gè)+等級(jí)，比正常級(jí)高5分）予以記載。最后根據(jù)A（95分）、B（85分）、C（75分）、D（65分）、E（55分）計(jì)算該項(xiàng)總評(píng)成績(jī)。然后根據(jù)每次占比25%，計(jì)算得到課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的總得分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5-3.表5-3課內(nèi)實(shí)驗(yàn)考核方案序號(hào)考察點(diǎn)占比%得分對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1傳感器基礎(chǔ)；文獻(xiàn)查閱能力；傳感器前置電路；綜合設(shè)計(jì)能力；使用工具能力。60課程目標(biāo)12正確選擇傳感器；組合應(yīng)用；系統(tǒng)集成能力。40課程目標(biāo)2（5）項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告的考核方案本項(xiàng)目占比15%。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5-4。項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告必須包含：題目及要求、方案論證、整體方案設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、測(cè)試結(jié)論。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5-4.表5-4項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告考核方案序號(hào)考察點(diǎn)占比%得分對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1文獻(xiàn)查閱能力；方案論證水平；綜合設(shè)計(jì)能力；軟件編程能力；使用工具能力；寫(xiě)作水平。60課程目標(biāo)12正確選擇傳感器；組合應(yīng)用；系統(tǒng)集成能力。40課程目標(biāo)2六、教學(xué)反饋教學(xué)反饋包括課內(nèi)討論、課內(nèi)測(cè)驗(yàn)后期答疑、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料的反饋等部分，均采用集中反饋和個(gè)別反饋相結(jié)合的方式。集中反饋的形式：測(cè)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料批閱情況的書(shū)面反饋，共性問(wèn)題課堂反饋。