课程思政背景下单片机温度检测系统设计实验综述报告

耿婧

摘要：育人先育德，为了加强电子及电气类专业人才的思政素养和职业道德，全方位地进行课程思政势在必行，思政元素融入实验教学及实验实施，达到了润物无声的育人效果。本次实验以单片机为控制器，设计一个智能温度测量系统，涉及单片机I/O口控制、定时器/计数器及中断的应用等内容，提升学生职业素养，训练解决问题的能力，提高专业技能。

关键词：单片机;课程思政

1.引言

温度测量在家庭中、工业生产中、农业蔬菜大棚等都有重要作用，智能温度测量系统与我们生活生产息息相关。设计一个智能温度测量系统的实验能够激发了学生对单片机的学习兴趣，提升学生对所学专业的自信感，提高对职业的认同。在实验过程中，“工匠精神、团结互助、解决问题的思路及方法的训练”等思政元素系统融入实验任务，实现了价值塑造、知识传授和能力培养有机融合[1]。

2.实验教学设计

本次实验以实际的单片机产品设计流程为实验教学的主体步骤，整个实验教学分为“需求分析、元件选型、硬件设计、软件设计、仿真调试、产品制作、产品测试”7个步骤，在这个实验过程中，全过程融入思政元素。在“需求分析、元件选型”环节中，融入勤俭节约，按需选型，不可随意浪费的教育;在“硬件设计、软件设计，仿真调试”环节中，引导学生对设计方案进行优化，不断创新、精益求精，引导学生对设计思路、调试方法及步骤进行总结，锻炼学生解决问题的能力;在“产品制作、产品测试”环节中，要求学生规范操作，培养学生的安全意识。

3.实验过程

3.1需求分析、元件选型

本次实验需完成一个以单片机为控制器的温度测量系统的设计及制作，此系统需能够每隔1秒自动进行温度检测并在显示屏中显示温度值。经过需求分析，在考虑满足系统需求及性价比后，选择Atmel公司的AT89C52单片机作为系统控制器，显示部分只需显示温度值，选用结构简单的LED数码管显示器，温度采集部分选择改进型证温度传感器DS18B20为温度采集器。从系统成本的温度性及性价比的角度考虑，美国DALLAS半导体公司推出的DS18b20温度传感器是一款数字化传感器，整个系统就可以省去讲模拟信号转换成数字信号的A/D转换的部分，系统更简单稳定，成本也更低。且DS18b20温度传感器精度高、体积小且抗干扰能力强，便于后期进行封装及扩展。

3.2系统设计

3.2.1硬件设计

根据系统设计要求，系统需完成温度采集、温度显示两个主要功能，为了保障单片机正常工作单片机的供电等最小系统电路也必须完整。温度检测部分采用DS18B20数字温度传感器，不需要A/D转换，电路设计简单，体积小，占用单片机I/O 口少，程序设计简单，开发周期短。显示部分采用LED数码管显示，通过P0口控制。报警部分也采用发光二极管和蜂鸣器进行声光报警。电路设计图如图2系统仿真效果图所示。

3.2.2软件设计

软件设计先根据系统功能要求和硬件电路，确定主程序执行流程及程序结构，画出程序流程图，根据程序流程图在KEIL软件中进行程序编译。程序编译成功后在proteus中搭建好的硬件系統中进行仿真调试，若出现错误再进行程序修改及调试，直到调试成功为止。

主程序的主要功能是负责温度的实时采集及报警显示，温度测量1s进行一次。根据系统设计要求主程序依次完成“初始化”和“温度上下限的设置”后，循环进行“温度值显示”、“键盘扫描”、“启动DS18B20温度转换”和“温度超限判断”。其中DS18B20温度转换及处理子程序主要完成温度采集及数据处理工作。DS18B20 温度传感器是一个直接数字化的温度传感器，可将-55℃～+125℃之间的温度值按9位、10位、11位、12位的分辨率进行量化，传感器上电后默认值是12位[2]。DS18B20在接收到单片机发出的温度转换命令44H后，就开始进行温度转换操作[3]。具体的主程序流程图如图1所示。

3.3仿真调试

通过proteus软件完成系统搭建后，将keil软件编译后的程序加载进proteus中搭建的系统，进行仿真调试，如果出现错误，根据错误的现象修改程序和电路直到仿真成功为止。仿真调试成功后，引导学生按照规范操作，进行产品制作及测试。系统仿真调试结果如图2所示。

4.结束语

实验教学根据实际的单片机产品设计开发过程进行教学过程设计，思政元素融入实验的各个环节，实验过程润雨细无声的进行了勤俭节约、安全意识、规范操作的教育，在实验操作过程中引导学生反思总结解决问题的方法并锻炼学生解决问题的能力。本次实验，训练了学生使用keil进行程序编译、使用proteus进行系统搭建仿真调试及电路板制作的熟练度及准确度;巩固了单片机系统开发步骤、I/O控制原理、定时/计数器及中断应用等知识点。本次实验贴近实际生产生活，采用理论和实践相结合的教学方式，激发了学生的学习兴趣。

参考文献：

[1]靳晓燕.《既放眼“国之大者” 又关注“关键小事”》[N].光明日报，2021-07-22（版次：04版）.

[2]左现刚，刘艳昌.基于1-wire总线的温度数据采集与硬件设计[J].制造业自动化，2012，34（2）：128-134.

[3]李想.温度传感器DS18B20在温室大棚中的实现[J].机电技术应用，2020（8）：182-183.

注：本文为安徽省质量工程教学研究项目（2020jyxm0288）;提质培优行动计划项目“单片机技术及应用课程思政教育典型案例”（tzpyszal02）。