测控系统实训实践课程大纲.docx
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测控系统实训实践课程大纲
《测控系统实训》实践课程大纲
课程英文名
Measurementandcontrolsystemtraining
课程编号
S1901810
课程类别
实践环节
课程性质
必修
学分
4
总学时数
8周
开课学院
生命信息与仪器工程学院
开课教研室
仪器科学与技术
面向专业
测控技术及仪器
开课学期
7
完成实现课程与毕业要求对应关系表中的能力要求
该课程支持毕业要求（3）的指标点3-2、3-3，毕业要求（4）的指标点4-1、4-2、4-3，毕业要求（5）的指标点5-1、5-3。
毕业要求（9）的9-2，毕业要求（10）的10-1、10-3，毕业要求（12）的12-3，各指标点具体内容如下：
3-2：
能够针对复杂工程问题给出解决方案，并论证解决方案的合理性；
3-3：
能够在方案设计环节中体现创新意识。
4-1：
能够针对测控技术与仪器领域复杂工程问题进行实验设计；
4-2：
能够获取复杂工程对象的数据；
4-3：
能够运用科学方法对数据进行综合分析，得出有效结论。
5-1：
根据复杂工程问题，能够进行文献检索、资料查询；
5-3：
掌握专业实验中硬件仿真工具对复杂工程问题的模拟方法；
9-2：
能够在团队工作中承担相应的角色，与团队其它成员有效沟通，帮助团队完成目标任务。
10-1：
能够针对测控技术与仪器领域的复杂工程问题与同行及社会公众进行有效沟通和交流；
10-2：
能够撰写书面报告和技术文档；
12-3：
能够采用恰当的方法，通过学习发展自身的能力。
注：
课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课/实践课/通识类选修课；课程性质是指必修/限选/任选
一、本课程的课程目标
《测控系统实训》是测控技术与仪器专业开设的实践性专业课程。
本课程的目标是：
课程目标
（1）：
针对具体的工程实训题目，结合题目参数要求，运用所学测控专业知识，具备测量控制和仪器工程问题的表达、分析和评价能力，并给出具体的题目解决方案。
能够组成合理的团队，并完成团队成员任务分工；团队成员针对题目展开充分讨论，能够结合项目成本、指标给出具体的解决方案，并论证解决方案的合理性；
课程目标
（2）：
能够运用现代仪器工具，如示波器、万用表、信号发生器、电源等设备，开展实物作品的调试、功能测试、性能分析等，完成题目技术指标要求。
课程目标（3）：
通过项目设计，实际测控系统设计的基本理论与基本技能，完成测控应用系统各主要环节的设计、原理实现及开发，具备典型仪器和测控系统的原理、组成、功能及其应用等知识；
课程目标（4）：
通过项目实践，能够获取复杂工程对象的数据信息，并对数据开展拟合分析，获得最佳数据模型。
课程目标（5）：
经过完整的项目实践，完成项目总结报告，凝练理论及技术问题，实现创新；能够将项目实践中遇到的问题与同行开展有效的沟通，将测控系统中的理论知识通熟易懂的传播给社会公众，从而提高自身的能力。
二、课程目标与相关毕业要求指标点的对应关系
《测控系统实训》课程目标与相关毕业要求指标点的对应关系如表1所示。
表1课程目标与相关毕业要求指标点的对应关系
毕业要求
指标点
课程目标
3-2
3-3
4-1
4-2
4-3
5-1
5-3
9-2
10-1
10-2
12-3
⑴
●
●
●
●
⑵
●
⑶
●
⑷
●
●
⑸
●
●
●
●
三、课程目标与教学内容和方法的对应关系
《测控系统实训》课程目标与教学内容和方法的对应关系如表2所示。
表2课程目标与教学内容与方法的对应关系
教学内容
教学方法
课程目标
⑴
⑵
⑶
（4）
实验平台介绍
讲授、提问、讨论
●
基本软硬件工具讲解
讲授、提问、讨论
●
实物或软件设计与实现
讨论、设计、验证
●
●
进展答辩
答辩
●
●
工程实训报告
讨论、查阅资料，文档撰写
●
该课程详细教学内容如下所述：
测控技术及仪器专业的工程实训由6个方向组成。
每个方向由工程实训指导老师按照学生的能力水平，给出具体的题目、详细的技术指标参数以及完成的软硬件功能需求等。
在学生经过讨论，选题结束后，指导教师要根据题目要求讲解实训任务的具体内容、需要用到的软硬件工具，时间安排等进行讲解。
学生明确任务要求后，展开讨论，然后定期向指导老师进行汇报、答辩，提交实训硬件或软件，最后提交一份工程实训报告。
测控系统实训包括以下6个方向：
单片机应用、嵌入式系统应用、光学检测技术及应用、可编程控制器及应用、医疗仪器设计与应用和医学信息软件设计。
学生可从上述内容中根据自己能力水平，选择自己感兴趣的方向。
（一）单片机应用方向授课计划
序号
教学内容
学时
时间
1
工程训练要求讲解、分组题目选定
4
第一周
2
单片机知识，Keil软件应用及与单片机联调
4
第一周
3
电子称基本功能构成
2
第一周
4
万用表1基本功能构成
2
第一周
5
万用表2基本功能构成
2
第一周
6
智能交通灯基本功能构成
2
第一周
7
温度测控系统基本构成
2
第一周
8
进展及最终答辩
46
每周
9
实物制作及测试
64
每周
具体题目及制作要求：
1、电子秤
基本要求:
利用压力传感器和单片机系统实现电子称功能。
测量范围：
100g—5kg；精度误差：
5g。
可用数码管或液晶模块显示。
可按键设置单价，能够计算总价。
扩展功能：
能够实现多种商品累加；实现重量信息无线传递，如到手机或PC机等功能。
2、简易万用表1
基本要求：
制作一个能够测量电阻（100Ω-1MΩ）、电容（100pf~1uf）并显示的万用表。
要求精度在5%以内（和传统万用表对比）。
扩展功能：
能够测量电感；电阻精度提到高到1%，电容精度提高到2%。
3、简易万用表2
基本要求：
制作一个能够交流有效值电压（1V~220V）、直流电压（100Mv~10V）、直流电流（100MA~3A）的万用表。
要求精度在5%以内。
扩展功能：
交流有效值电压扩充为（5mv~220V）。
直流电压扩充为（100Mv~100V）精度提到高到1%。
4、智能交通灯
基本要求：
制作一个路口的智能交通灯。
在一个路口的东南西北4个方向，制作两个方向（东南或西北，不可以是东西或南北）即可。
每个方向含直行、左拐，分别有红灯、黄灯和绿灯，对于红灯和绿灯的时间由数码管显示，可通过功能按键实时修改红绿灯时间。
要完成路口在不同时间段的数学模型建立，根据实际模型以提高通行效率为目标，优化路口红绿灯时间参数，达到整体通行效率最优。
扩展功能：
建立两个相邻同样复杂路口的数学模型，完成两个路口间的通行优化设置，完成两个方向的直行一次通过。
5、温度测控系统
基本要求：
制作一个温度测量与控制系统。
选择合适的控制对象及制冷装置，利用单片机实现控制对象的温度控制。
温度控制范围30℃~60℃，可在要求范围内任意设定温度稳定值，含温度显示装置，稳态误差不大于1摄氏度。
扩展功能：
能够在规定时间内完成两个温度等级之间的跳跃设置，振荡周期不超过4个即可达到稳定误差精度范围。
（二）嵌入式系统应用方向授课计划
序号
教学内容
学时
时间
1
工程实训要求讲解、分组题目选定
4
第一周
2
工程实训方案调研，国内外研究现状
4
第一周
3
工程实训方案设计与讨论
4
第一周
4
工程实训课题功能实现及调试
104
第二周~第七周
5
总结、答辩与成绩评定
12
第八周
具体题目及制作要求：
1、基于STM32的USB数据传输系统
基于STM32构建的硬件系统，将大块数据写入SRAM，利用USB通信接口，将SRAM
中的大块数据输传输给上位PC机，PC机具有接受数据软件，可通过USB接口接收从STM32硬件系统中SRAM的大块数据。
本课题具体要求如下：
（1）能够掌握基于STM32的最小系统，内部包含电源模块、复位电路和晶振回路；
（2）能够实现基于STM32的I/O控制功能，可实现多路I/O控制；
（3）能够实现基于STM32的SRAM读写，利用STM32的FSMC总线实现对SRAM每个存储单元逐个进行读写操作，验证数据读写的正确性，并对SRAM硬件电路进行完整测试；
（4）能够利用STM32内部自带的USB控制器，实现STM32的USB设备与主机的数据通信，完成大块的数据传输功能；
（5）能够利用Windows应用开发软件工具，实现来自STM32USB接口传输的打块数据；
（6）能够在团队中发挥作用，并与团队成员就课题进行专业沟通，取得结论。
2、基于STM32的图像采集系统
基于STM32的硬件系统，利用图像采集芯片及时序控制芯片，实现图像的采集，并利用STM32系统资源，实现对采集的图像数据进行简单的处理，并可将采集图像及处理结果送入LCD液晶进行显示。
本课题具体要求如下：
（1）能够掌握基于STM32的最小系统，内部包含电源模块、复位电路和晶振回路；
（2）能够实现基于STM32的I/O控制功能，可实现多路I/O控制；
（3）能够实现基于STM32的图像采集，利用图像采集芯片及时序控制芯片，完成基于STM32的图像采集；
（4）能够利用STM32的系统资源，对采集的图像进行简单的比如二值化、中值
滤波等方法的处理；
（5）能够利用STM32，实现对LCD内部GRAM的操作，实现LCD显示采集图像或处理后图像的显示功能，并完成LCD背光控制；
（6）能够在团队中发挥作用，并与团队成员就课题进行专业沟通，取得结论。
（三）光学检测技术及应用方向授课计划
序号
教学内容
学时
时间
1
测控系统实训课程目标介绍、实训题目讲解及分组题目选定
2
第一周
2
国内外研究现状调查与分析
4
第一周
3
实训课题实施方案设计与论证
10
第一周
4
搭建实验装置获取数据及分析处理
102
第二周~第七周
5
项目总结、课题答辩与成绩评定
10
第八周
具体题目及制作要求：
1.线激光扫描三维成像装置
线激光扫描三维成像装置利用光学三角法，通过线激光投影在待测物体表面，经过物体表面高度调制后的变形线激光，由面阵相机接收，通过分析形变图像与待测物体高度之间的关系重构待测物体三维数据。
本题目的具体要求为：
（1）能够解释光学三角法在三维测量领域的原理，能够利用面阵探测器设计三维测量的设计方案；
（2）能够利用线激光器和面阵相机搭建实验装置获得待测物体表面形变的系列图像；
（3）能够解释视觉测量领域的标定原理；
（4）能够利用标定原理对线激光三维测量装置进行系统标定，获得标定结果；
（5）能够利用Matlab或者其他编程软件获取三维测量数据结果；
（6）能够在团队中发挥作用，并与团队成员就线激光扫描三维成像领域问题进行专业沟通，取得结论。
2.激光衍射狭缝宽度高精度测量系统
激光衍射狭缝宽度高精度测量系统利用激光衍射原理，利用He-Ne激光器、待测狭缝、傅氏透镜、面阵探测器CMOS等元器件搭建高精度测量系统，在获取衍射光斑图像后通过Matlab或者其他现代工具对衍射光斑的图像分布情况进行图像处理与分析，进而重构出待测狭缝宽度，待测狭缝宽度为0.1mm-0.4mm，测量精度为2μm。
本题目的具体要求为：
（1）能够解释激光衍射狭缝款度测量的原理；
（2）能够建立衍射光斑图像参数与待测狭缝宽度之间的数学模型；
（3）能够利用He-Ne激光器、待测狭缝、傅氏透镜、面阵探测器CMOS等元器件搭建测量装置获取衍射光斑图像；
（4）能够利用Matlab或者其他现代工具对衍射光斑图像结果进行处理，获取衍射光斑极小值点的图像像素距离；
（5）能够根据像素距离，结合装置参数计算获得待测狭缝的宽度；
（6）能够准确表达激光衍射尺寸测量领域的专业问题，并在团队中发挥作用，与团队成员就此领域问题进行专业沟通，取得有利于项目开展的讨论结果。
（四）可编程控制器及应用授课计划
序号
教学内容
学时
时间
1
实训要求讲解、分组题目选定
4
第一周
2
PLC硬件知识
4
第一周
3
STEP7软件应用及与PLC联调
4
第二周
4
组态软件应用及与PLC联调
4
第二周
5
项目实施及讨论
100
第三周-第七周
6
验收答辩
12
第八周
具体题目及制作要求：
1、三层电梯控制系统
下位机要求：
完成一个三层电梯的控制系统，能够对每层按钮以及轿厢按钮进行正确动作。
门厅呼叫按钮:
位于电梯厅门旁,除了顶层只有向下呼叫按钮和底层只有向上呼叫按钮以外,其余每层均有向上和向下2个呼叫按钮。
厢体内呼叫按钮:
位于电梯厢体内,是电梯的内选信号,每层电梯各对应一个按钮。
平层检测信号的输入与输出:
在每一楼层上均有平层信号检测,当电梯到达或者位于该层应被检测到。
运行状况显示输出：
电梯上行、下行以及所在楼层显示。
上位机要求:
在WINCC、MCGS或者组态王软件上进行组态，实现远程监控功能。
2、智能交通灯
下位机要求：
完成一个路口的智能交通灯控制系统。
路口的东南西北4个方向，每个方向含直行、左拐、右拐，分别有红灯、黄灯和绿灯，对于红灯和绿灯的时间由数码管显示。
上位机要求:
在WINCC、MCGS或者组态王软件上进行组态，实现远程监控功能。
以上题目均是基本要求，达到者成绩均可及格，鼓励同学发挥想象力，做的更加完整。
（五）医疗仪器设计与应用授课计划
序号
教学内容
学时
时间
1
工程训练要求讲解、分组题目选定
2
第一周
2
医学仪器实验装置箱使用学习
2
第一周
3
Labview学习
4
第二周
4
实物制作、答疑及分组讨论
112
第二周-第八周
5
中期答辩
4
第五周
6
期末答辩
4
第八周
具体题目及制作要求：
每组根据自身情况和期望分值范围，任意选择A和B模块中的一道题目，完成A+B所要求的功能。
所选任务难度不同，最为最终成绩分档的划分。
A．实时生理信号采集
1.体温检测装置
利用温度传感器来测量人体的温度，显示并记录，具有报警功能，温度上下限可调。
能够改变测量时间间隔，并同步分析病人24小时内体温变化情况。
具有记录病人基本信息的功能，如姓名、年龄、性别、基本病情、医嘱等。
2.心电与脉搏检测装置
掌握人体心电的检测方法（肢体导联），利用肢体电极，记录真实人体的心电信号，能够识别QRS波群，计算心跳次数。
同时利用指套式压力换能器，能够检测并记录人体脉搏波，可以将脉搏波与心电波对比分析。
可以分辨基本的心脏病症状，如早搏、室颤、心率不齐等，并及时报警。
另外可以对由外部导入的心电信号数据进行分析。
具有记录病人基本信息的功能，如姓名、年龄、性别、基本病情、医嘱等。
3.呼吸功能检测装置
利用呼吸流量传感器，能够分辨病人的呼吸动作，记录并显示呼吸波形，测量呼吸的气体压力、流速及流量，超过上下限时报警。
上下限参数可调，参数选择多样化，包括呼吸次数、流量、压力等。
能够同步分析病人24小时内体温变化情况。
具有记录病人基本信息的功能，如姓名、年龄、性别、基本病情、医嘱等。
4.血压检测装置
利用用柯式音的原理来测量人体血压，能够记录并显示血压波形，计算分析得到收缩压、舒张压及心率，实现电子血压计功能。
能够实现电动打气，并可以设置打气到达的上限。
具有记录病人基本信息的功能，如姓名、年龄、性别、基本病情、医嘱等。
同一病人下可以记录多次测量的时间与数值并绘制相应的曲线。
最多可同时记录10人。
以上题目均是基本要求，达到者成绩均可及格，鼓励同学发挥想象力，做的更加完整，例如精度更高，功能更完善等。
B．采集信号的分析及处理
1.对所获取的生理信号，如体温、心电、呼吸、脉搏等进行参数的提取及分析，在后期随机叠加各种噪声源（如白噪声、1/f噪声、周期噪声等）的基础上，进行各种滤波后对信号存储，用图表形式进行统计及分析。
2.对获取的生理数据，进行程序可读性、波形图属性节点等控件功能的扩展，举例如下：
a.信号的上下限报警灯、超限数据显示值设置；
b.实时信号读取后的峰值判断等；
c．对心电、体温等实时采集数据做综合性指标的输出及分析评价。
（六）医学信息软件设计授课计划
序号
教学内容
学时
时间
1
工程实训要求讲解、分组题目选定
2
第一周
2
医学信息化软件编程环境，
功能设计要求学习
2
第一周
3
软件架构设计，数据库设计
4
第二周
4
软件编程、答疑及分组讨论
112
第二周-第八周
5
中期答辩
4
第五周
6
期末答辩
4
第八周
具体题目及制作要求：
每组根据自身情况和期望分值范围，任意选择一道题目，完成所要求的功能。
所选任务难度不同，最为最终成绩分档的划分。
1.基于网络的小型病案管理系统：
电子病案系统作为记录了病人的基本信息以及病人的病情。
主要使用到的编程语言为java+SQL，通过设计并制作一个在安卓设备上运行的小型病案系统来进行病案管理以及医疗信息管理。
该小型系统所包含的整体构型是安卓前段+后端Sql数据库部分，该病案管理系统的主要功能包括：
病人端病案查询、医生病案管理、护士病案查询等功能，能够设计完成病案、病人，医生、护士各个数据库管理，查询、添加、修改和删除等基本数据库管理和基本界面设计。
2.认知障碍康复训练系统：
本课题要求依照软件工程的方法，实现认知障碍中失认症康复训练的主要功能，对系统进行规划、设计，主要通过Android应用平台进行具体实施。
通过可行性分析、需求分析、系统概要设计、详细设计、编码、组装与测试等软件设计阶段，独立开发康复训练系统软件。
3.认知障碍康复过程管理系统：
本课题要求管理认知障碍病人在康复过程中的移动端电子病案，基于IOS操作系统，用Objective-C语言在X-Code集成开发环境上进行开发。
系统基本功能，完成病人基本信息和病案信息的录入。
如姓名、性别、症状、程度、家族史等等，并实现病案数据库的增加、删除、修改、查询功能。
设计病人康复过程信息记录、及医生制定康复计划实现跟踪功能。
三、实训方式与要求
测控系统实训的方式可采用两种方式：
（1）校内工程实训，由学院工程实训小组负责拟题，同学根据自身能力需求选择需要完成的题目；
（2）校外工程实训。
部分优秀学生有合适的实习单位，由校内及实习单位各配备一名实训指导教师，并经过学院备案审核，审核通过后学生可在实习单位完成工程实训，并提交工程实训报告。
在实训过程中，需及时向校内指导教师及学院汇报进展情况。
指导教师要及时跟踪学生实习情况，做好指导工作。
实训的企业单位分为两类：
（1）学院指定的企业单位；
（2）学生自行联系，并填报相关材料，经学院批准的企业单位。
具体要求如下：
（1）每个同学根据自身实际情况确定一个工程实训方向。
（2）在所选方向上，每个学生根据实训题目要求以1-3人为以小组，选择一个与测控专业相关的题目开展实训。
（3）经过与组员及指导老师详细讨论后，制定明确的实训计划，并严格按实训计划开展讨论、答辩、报告撰写等工作
（4）通过实训，学生对测控系统的构成，所需的基本软硬件工具有详细的了解。
（5）实习完毕，每个学生必须详细写出测控系统实训报告。
四、实训报告撰写提纲
（1）工程实训的题目及指标要求。
（2）针对题目所开展的方案论证分析，包括系统成本、软硬件方案、软件算法介绍、实际数据分析结果，项目创新点等。
（3）本次工程实训的总结体会，存在的问题，需要改进的措施等。
五、课程考核方式
考核方式：
考查
成绩评定依据：
系统设计实现情况（60%）；
现场答辩情况（30%）；
实验报告与分析总结（10%）。
六、课程所支撑毕业要求指标点的达成度评价内容及权重分配
表3《测控系统实训》课程所支撑毕业要求指标点的达成度评价内容及权重分配表
毕业要求指标点
评价内容及权重
系统设计实现
期中答辩
期末答辩
团队角色
实训报告
3-2
0.5
0.1
0.1
0.3
3-3
0.4
0.1
0.2
0.3
4-1
0.4
0.1
0.3
0.2
4-2
0.2
0.2
0.3
0.3
5-1
0.1
0.1
0.2
0.4
0.2
5-3
0.6
0.1
0.1
0.2
9-2
0.1
0.1
0.1
0.7
10-1
0.4
0.5
0.1
10-2
0.1
0.1
0.8
12-3
0.5
0.1
0.1
0.3
执笔人：
赵伟杰
审核人：
祝磊
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