《智能仪器设计技术》教学大纲

《智能仪器设计技术》教学大纲课程编号：13220319英文名称：IntelligentInstrumentDesign&Technology学分：3学时：总学时56学时，其中理论40学时，实践16学时先修课程：数字电子技术、单片机原理与接口技术、传感器与检测技术课程类别：专业方向课程授课对象：自动化专业学生教学单位：机械与电气工程学院修读学期：第5学期一、课程描述和目标本课程是自动化专业智能仪器方向的一门专业方向课程，内容包括智能仪器中数字量的输入输出、智能仪器中模拟量的输入输出、智能仪器的人机对话通道、数据处理技术、智能仪器中的通信技术、智能仪器的抗干扰技术、智能仪器的系统设计等。通过本课程的学习，掌握智能仪器的基本工作原理（特别是智能仪器实际设计过程中涉及的具体方法和技巧），具备智能仪器的初步能力，能运用所学的电子技术和微处理器等方面的基础知识，解决现代电子一起开发过程中的实际问题，逐步具备实现电子仪器智能化的能力。课程目标1：掌握智能仪器设计和产品开发全周期、全流程的软硬件设计开发方法和技术，了解开发环境、量程约束、干扰等各种因素对设计目标和技术方案的影响课程目标2：了解智能仪器设计和产品开发全周期、全流程的成本构成，理解其中涉及的工程管理与经济决策问题课程目标3：具有自主学习电子仪器智能化实现过程需要各种新知识的能力，包括对软硬件技术问题的理解能力，归纳总结的能力和提出问题的能力等，能够通过不断学习提高自身能力，适应社会和智能仪器行业新的发展二、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标支撑强度3.1掌握自动化相关领域工程设计和产品开发全周期、全流程的软硬件设计开发方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素课程目标1H11.2了解自动化相关领域的工程及产品全周期、全流程的成本构成，理解其中涉及的工程管理与经济决策问题课程目标2L12.2具有自主学习的能力，包括对技术问题的理解能力，归纳总结的能力和提出问题的能力等，能够通过不断学习提高自身能力，适应社会和专业的发展课程目标3H三、教学内容、基本要求与学时分配1.理论教学序号教学内容基本要求及重、难点（含德育要求）学时教学方式对应课程目标1第一单元：概述基本要求：(1)仪器仪表的发展历程及趋势①了解电子仪器的发展历史；②了解智能仪器的发展趋势。(2)智能仪器的基本组成及特点①知道智能仪器的基本概念；②知道智能仪器的组成，能够根据系统要求画出系统框图；

重点与难点：能够根据系统要求画出系统框图德育要求：了解我国智能仪器行业的发展历程，以及目前与国外先进技术之间的差距，勇于承担责任4集中讲授课程目标1,32第二单元：智能仪器的主机电路基本要求：(1)基于51内核的单片机(2)基于ARM内核的单片机(3)DSP数字处理器重点与难点：知晓51内核系列单片机、ARM内核系列单片机、DSP的特点与应用场景，能更具系统要求合理选择主控芯片，能进行最小系统设计德育要求：精益求精的大国工匠精神6集中讲授课程目标1,2,33第三单元：智能仪器外围接口设计基本要求：(1)智能仪器人机接口设计(2)智能仪器数据采集系统设计(3)智能仪器信号输出通道设计(4)智能仪器通信接口设计重点与难点：能够根据要求设计智能仪器系统模拟信号输出通道；能够根据系统要求设计智能仪器的数据采集系统。德育要求：在解决问题、实施项目的过程中，培养了学生吃苦耐劳的精神8集中讲授课程目标1,2,34第四单元：智能仪器的软件设计基本要求：(1)智能仪器的软件开发环境和编程语言(2)基于裸机的软件设计方法(3)基于嵌入式操作系统的软件设计基础重点与难点：能够根据要求正确设计系统的监控程序德育要求：增强学生的爱国情怀和民族自豪感8集中讲授课程目标1,2,35第五单元：智能仪器的智能化处理技术基本要求：(1)智能仪器的自校准方法(2)智能仪器的数字滤波技术(3)智能仪器的标度变换技术(4)智能仪器的量程自动转换技术(5)智能仪器的故障自检测技术重点与难点：能够根据干扰信号类型，合理选择数字滤波方法，设计滤波程序；能够根据系统要求选择合适的标度变换方法对系统进行标度变换德育要求：突破陈规、大胆探索、敢于创造6集中讲授课程目标1,2,36第六单元：智能仪器的抗干扰技术基本要求：(1)干扰的产生及分类(2)抑制干扰的硬件措施技术(3)软件抗干扰技术重点与难点：能够判断干扰信号的类型及其耦合方式，科学选择适当的软硬件抗干扰方法进行抑制德育要求：解放思想、积极探索4集中讲授课程目标1,2,37第七单元：智能仪器的设计实例基本要求：(1)智能温度巡检仪的软硬件设计(2)气压高度表的软硬件设计重点与难点：能够根据系统要求实现温度巡检仪的软硬件设计德育要求：不甘落后、追求进步4集中讲授课程目标1,2,3合计402.实验教学序号实验项目实验内容与要求学时类型对应课程目标1A/D转换与实验掌握A/D转换芯片与单片机的接口设计方法。了解读取A/D转换结果的程序设计方法。2验证课程目标1,2,32数字滤波程序设计实验了解数据采集中数字滤波的方法，掌握数字滤波的程序设计。4设计课程目标1,2,33非线性校正及标度变换程序设计实验了解非线性校正及标度变换的方法，掌握非线性校正及标度变换的程序设计。4设计课程目标1,2,34气压高度表设计以单片机为控制核心，选择合适的传感器，设计一气压高度表，具有高度、气压显示功能，设置阈值报警功能6设计课程目标1,2,3合计16注：实验要求包括必修、选修；实验类型包括演示、验证、综合、设计等。四、课程教学方法1.课堂教学课堂讲授：在课前预习的基础上，按知识模块，通过案例以演示和归纳主要知识点的应用，通过问题引导学生学习和讨论，不断强化学生对知识的理解。在讲授、讨论中，通过基础知识传授、实例仿真、基于项目的实例讲解等多种课堂教学模式，引导学生掌握智能仪器的软硬件设计方法，使学生体验项目设计的过程，获得学习智能仪器设计方法的成就感。课内讨论：围绕预习内容、讲授案例、作业问题、阶段作品，引导学生进行优化、完善和补充。2.实验教学在课外学习和作业实施的基础上，通过集中实验，理解有关知识点，掌握智能仪器的软硬件设计方法。3.课外学习课前预习：要求学生在课前按预习计划完成自主学习内容，即自学教材相关章节，观看课程网站上教学视频。课后作业：要求学生按时完成课后作业。复杂项目设计：完成一个复杂综合项目的设计，并进行集中验收和现场答辩。五、学业评价和课程考核（一）考核方式及具体要求1.课程成绩构成与要求课程考核注重形成性和终结性评价相结合，考核内容主要由平时作业、课程实验、项目作业和期末考核组成，均按百分制计分，其中平时作业成绩占5%、课程实验成绩占15%、项目作业成绩占20%、期末考核成绩占60%。2.课程目标达成考核与评价序号考核方式课程目标1（分值）课程目标2（分值）课程目标3（分值）合计1平时作业30252课程实验1005153项目作业848204期末考试19162560课程目标对应分值402040100（二）考核与评价标准1.平时成绩考核与评价标准分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分作业按时完成，90%以上的作业内容齐全，基本知识点理解、掌握到位。能分析各种影响因素，提出、比较智能仪器各个单元电路的软硬件设计方法；能通过自主学习，识别具体设计方案的问题并提出优化方案按时完成，70%以上的作业内容齐全，基本知识点理解、掌握较到位。能分析各种影响因素，提出智能仪器各个单元电路的软硬件设计方法；能通过自主学习，识别具体设计方案的问题并进行评价延时完成，60%以上的作业内容齐全，基本知识点理解、掌握基本到位。能分析各种影响因素，提出智能仪器各个单元电路的软硬件设计方法；能通过自主学习，识别具体设计方案的问题不交和补交，50%以下的作业内容齐全，基本知识点理解、掌握有偏差。2.课程实验分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分课程实验能根据实验要求自主设计实验方案，搭建系统并安全实验，有自己的设计理念。实验报告完整，方案解析和结果分析有理有据。能根据实验要求搭建实验系统，并安全实验，有一定的设计思维和创新意识。实验报告完整，方案解析和结果分析基本到位。能根据实验要求搭建实验系统，并安全实验，设计思维和创新意识较差。实验报告基本完整，方案解析和结果分析不准确。不参与实验或实验过程存在安全隐患，实验报告不交或内容不完整，无方案解析、结果分析等内容。3.项目作业分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分项目作业能根据项目要求自主设计实验方案，搭建系统并安全实验，有自己的设计理念。实验报告完整，方案解析和结果分析有理有据。能根据实验要求搭建实验系统，并安全实验，有一定的设计思维和创新意识。实验报告完整，方案解析和结果分析基本到位。能根据实验要求搭建实验系统，并安全实验，设计思维和创新意识较差。实验报告基本完整，方案解析和结果分析不准确。不参与实验或实验过程存在安全隐患，实验报告不交或内容不完整，无方案解析、结果分析等内容。4.期末试卷考核与评价标准根据课程目标及教学内容，设计期末考核试题，综合检验学生对课程相关知识的掌握、综合应用及解决复杂问题的能力，根据考试题目设计相应评分标准。六、教材与参考书（一）推荐教材1．《智能仪器设计》，王祁主编，哈尔滨工业大学出版社，2019年1月版；2．《智能仪器设计基础》，史健芳主编