刘国忠 李 萍

北京信息科技大学 北京 100192

在课堂教学中采用多媒体技术已经成为现代教育的必备手段和方法。与板书的教学方法相比，不仅课堂的信息量成倍增加，而且利用声、光、音频、视频、动画和仿真等多媒体技术可以使讲授内容更加逼真地、全视角、多维地展现在学生面前，有利于学生全面、深入地掌握所讲授内容。测控电路课程为测控技术与仪器专业的必修专业课，其主要讲授测控系统中常用的各种单元电路，使学生熟悉怎样运用电子技术解决测量与控制中的任务，在电子学和实际测控任务之间架起一座桥梁[1]。由于此课程是一门实践性非常强的课程，在课堂讲授中各种多媒体技术的应用比较广泛，但目前主要采用静止的PPT播放方式，多媒体技术的作用没有得到充分发挥。因此，将电路仿真软件、测量系统工作视频和数控机床仿真加工软件等技术用于测控电路课程课件的制作，提高了课件的质量和授课效果。

1 课件制作

1.1 自动输送与喂料演示系统

图1a所示为自动输送与喂料系统组成示意图。系统机械部分由输送单元和加料单元组成，电路系统包括传感器及其转换电路、输送电机控制电路和加料执行机构控制电路。传感器类型为光电开关式位置传感器和光电计数式加料检测传感器。控制电路接口包括正向运动(Fwd)、反向运动(Rev)、运动停止(Stop)、加料控制(Drop)和速度控制(Speed)等信号。

在Multisim[2]软件环境下进行仿真电路设计，实现此系统功能所需要的传感器信号转换电路、处理电路以及驱动电路。在电路仿真调试过程中，利用Multisim软件中提供的多路示波器实时演示传感器输出信号和驱动接口信号。如图1b所示，当容器经过位置传感器1时，位置传感器输出一个与容器宽度相关的正脉冲信号，并且控制传输带速度的模拟电压信号减小，传输带以低速运动，以便精确控制容器停止位置。当位置传感器2输出信号变为高电平时，表明容器已到达预定位置，传输带停止运动，加样控制信号开始有效，开始往容器内加样。每加一个样品，光电计数式加料检测传感器就输出一个脉冲信号，当加到所需要的样品数时，停止加样，控制电路输出速度控制信号，传输带载着加满了样品的容器又重新开始运动。当容器到达位置传感器3时，位置传感器输出高电平，传输带停止运动，完成自动输送和加样任务。

通过传输带运动过程、样品加样过程演示以及和传感器输出波形、有关电路波形的实时对比，可以更直观、形象地了解有关测控电路的作用。

1.2 三维激光扫描仪扫描视频

图2a所示的三维激光扫描仪可以获取人的足部、鞋楦等被扫描对象三维点云数据，建立三维模型，并且可以同步采集足部负荷的大小，得到足部三维尺寸随负荷变化规律。通过图2b所示扫描过程工作视频、图2c所示系统电路框图和原理的讲解，了解三维扫描仪中涉及的电路及其在系统中起的作用。如图2c所示，在一维运动系统中涉及伺服电机控制电路、光电隔离电路、伺服放大器电路和电源滤波器电路；图像采集系统中涉及半导体激光器驱动电路、图像采集卡电路和多路同步信号发生器电路；在压力测量系统中涉及压力传感器信号转换电路、LED显示电路以及RS232接口电路。

1.3 数控铣床加工仿真

图3所示为数控铣床课件组成部分，其中图3a数控铣床组成结构图，通过此图的介绍可以全面了解数控铣床的基本组成部分，每一个模块在铣床中的位置和作用以及铣床加工工件的大致过程。在数控铣床加工仿真软件[3]环境下，通过编写加工“测控”两个字控制程序，逼真地模拟数控铣床的工作过程，图3b为数控铣床仿真加工“测控”两个字的视频截图。通过加工仿真过程的演示，可以更深入地了解主轴的运动以及工作台的运动过程，了解电路部分所起的作用。图3c所示为系统电路框图，通过此图的介绍，可以掌握数控铣床包含哪些单元电路，以及每个单元的作用。图3d比较详细地介绍了其中一个控制轴的反馈控制系统框图及所涉及的测控单元电路，例如，在位置检测部分可能涉及光电转换、放大器、比较器、细分和辨向电路、可逆计数器和调制解调等单元电路。反馈控制系统由3个控制环组成，最内部的为电流控制环，中间为速度控制环，最外部为位置控制环，3个环路组成的反馈控制系统根据工件加工给定路径对工作台在这个轴的位置进行控制。

2 结束语

介绍了电路仿真软件、激光三维扫描仪工作视频和数控机床加工仿真软件等多媒体技术在测控电路、现代电子技术及应用课程教学课件中的应用，提高了课件的制作质量和授课效果。这些技术也可以用于智能仪器、测控仪器设计等其他专业课程的课件制作。当然，只有各种多媒体技术和所要讲授的内容有机结合，才能充分发挥多媒体的作用，否则事倍功半。

[1]张国雄.测控电路[M].北京:机械工业出版社,2011.

[2]National Instruments Corporation. What is NI Multisim?[EB/OL].http://zone.ni.com/wv/app/doc/p/id/wv-1880.

[3]南京斯沃软件技术有限公司.南京斯沃数控加工仿真系统[EB/OL].http://www.swansc.com.