高等職業(yè)教育存在著學生動手能力不強、創(chuàng)新能力不高、工程實踐能力不足等問題。我們把培養(yǎng)技能型、應用型人才作為高等職業(yè)教育的根本目標。這就需要我們不斷加強實踐技能教學。實踐教學離不開實驗設備（平臺）的支撐，它是完成實踐教學的基礎與保證。所以設計一種適合自動化專業(yè)單片機與PLC 課程的綜合實驗平臺就顯得十分必要。
1 綜合實驗平臺整體設計
本課題所研究的《自動化專業(yè)單片機與PLC 綜合實驗平臺的設計》（以下簡稱：綜合實驗平臺）。是以PLC 和單片機兩門專業(yè)核心課程為理論基礎；以問卷調查法為研究手段，對現(xiàn)有實驗平臺進行了分析。完成調查、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析等工作；得出有效、有理、有據(jù)的結論。為綜合實驗平臺的設計提供了可靠、合理的理論依據(jù)，明確了綜合實驗平臺設計的思路與方向。
1.1 問卷調查法在本課題中的應用
問卷調查法，是一種社會調查研究中收集資料的工具。主要以問題的形式，是一種系統(tǒng)性記載調查內容的文件，其目的是為了收集人們對于某個特定問題的態(tài)度行為特征、價值觀觀點等信息而設計的一系列問題。
1.2 調查問卷結果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計
依據(jù)調查問卷內容，對自動化類及相關專業(yè)，約100 名學生代表及部分教師進行了本次問卷工作，并作出了數(shù)據(jù)統(tǒng)計。具體結果及數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下：
1.3 調查問卷結果的分析與總結
通過對問卷結果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)四個題目中均有選項超過了被問卷人數(shù)的50%，說明了問卷中提到的問題具有明顯的代表性，反映了調查問卷的合理性；同時也反映出這些問題在廣大師生中的突出性。主要反映了以下幾個方面的問題；第一，實驗設備不夠真實、實驗過程與實驗結果不夠直觀，很難滿足不同層次學生學習的需求；絕大部分師生希望實驗過程真實、直觀、生動。第二，學生希望能及時的對實驗效果做出有效的反饋，需要必要的評價系統(tǒng)。通過對本課題研究的前期問卷調查，我們找到了現(xiàn)有平臺的問題，了解了同學、教師對實驗的希望與要求，為新綜合實驗平臺的設計與構成指明了改進的方向。
圖1
1.4 綜合實驗平臺的組成
綜合實驗平臺的主要使用對象是自動化類專業(yè)的學生和相關任課教師，根據(jù)調查問卷結果并結合實際需求，綜合實驗平臺可分為6 個部分，如圖2 所示。
圖２ 綜合實驗平臺整體組成
2 綜合實驗平臺電氣系統(tǒng)設計
本課題所設計的主實驗臺采用AC220V\50HZ 的標準市電完成各單元供電，主要供電對象有：開關穩(wěn)壓電源、PLC 主機、外置插座等。
直流穩(wěn)壓電源部分： 本實驗平臺使用了DC12V/5A/40W、DC24V/10A/60W 穩(wěn)壓開關電源各兩個，分別向直流可調電源、直流固定電源、儀表部分、學生評價單元、設備管理單元供電。可知穩(wěn)壓電源部分額定總功率為200W。PLC 主機部分：本實驗平臺采用了FX2N-48 系列PLC，該PLC 可直接用交流220V 供電。FX2N-48 系列PLC，額定功率為100W。外置插座部分：實驗平臺提供了3 組外置插座，額定總功率為400W。由前3 項可知電氣系統(tǒng)的額定總功率約為700W,為了安全起見平臺總功率設定在1kW。
空氣開關與熔斷器的選?。阂罁?jù)系統(tǒng)總功率可知電氣系統(tǒng)的工作電流約為5A 所以選用了220V/5A 帶漏電保護裝置的交流空氣開關及熔斷器。開關電源的選取：根據(jù)上文可知，本實驗平臺使用了DC12V、DC24V 開關電源各兩個，分別向直流可調電源、直流固定電源、儀表部分、學生評價單元、設備管理單元供電，因為存在損耗所以額定總功率應略大于200W。外置插座的選?。簽榱吮阌趯W生或設備使用人員給外部電器供電，本實驗平臺提供了3 組外置插座。額定總功率為400W。
電源線( 纜) 的選用原則：一般執(zhí)行國家GB5013 標準《額定電壓450/750V 級以下橡皮絕緣電纜》標準。設備額定電流的取值范圍：電流不大于3A 的( 功率不大于660W)，同時電源線( 銅芯) 的標稱橫截面積的取值應大于0.5 平方毫米。
3 綜合實驗平臺體結構設計
根據(jù)前文所述需要滿足1-2 人同時使用，所以主實驗臺總尺寸：長1840× 寬750× 高1400mm；為了便于組裝和維護實驗平臺以臺面為基準可以設計為上下兩部分；實驗平臺臺面鋼板厚度為不小于2mm。（1）柜體鋼板厚度為:1.2mm，噴塑處理，顏色灰色。（2）電源、PLC 主機控制屏、按鈕控制屏為鋁板厚度各為：3mm。（3）模板箱為1.2mm 鋼板，模塊箱面板厚度為3mm 鋁板、面板貼膜處理（顏色根據(jù)設計確定）。
綜合實驗平臺結構與組成：分為PLC 主機控制箱、單片機主控制箱、按鈕模塊、電源、評價模塊、設備管理模塊、實驗模塊箱等。各部分均使用螺絲固定在操作臺上。實驗平臺的實驗模塊箱由變頻器、主令電器、硬件電氣、傳感器、液壓與氣壓傳動、三相異步電機等6個模塊組成。為了便于實驗每個功能模塊箱可拆卸，實驗模塊箱的外形尺寸都相同，只需保證面板內容不同。同時保留計算機數(shù)據(jù)線的串線孔。綜合實驗平臺結構示意圖，如圖3 所示。
圖3 綜合實驗平臺臺體結構
4 總結
綜合實驗平臺主要功能包括：PLC 實驗系統(tǒng)、單片機實驗系統(tǒng)、學生評價系統(tǒng)。主要完成的工作如下：（1）以三菱PLC 為控制核心結合工業(yè)級自動化器件，完成了PLC 實驗系統(tǒng)的設計。以51 單片機為控制核心結合工業(yè)級電子元器件，完成了單片機實驗系統(tǒng)的設計。（2）以51 單片機為控制核心完成了學生評價系統(tǒng)的軟硬件設計，學生評價系統(tǒng)對實驗情況的及時反饋，促進了教師實驗教學方法的改進，滿足了學校、學生、教師的實際需求。（3）完成了實驗平臺相關模塊的電路設計、電路仿真、PCB 繪制、程序編寫及調試。
1 綜合實驗平臺整體設計
本課題所研究的《自動化專業(yè)單片機與PLC 綜合實驗平臺的設計》（以下簡稱：綜合實驗平臺）。是以PLC 和單片機兩門專業(yè)核心課程為理論基礎；以問卷調查法為研究手段，對現(xiàn)有實驗平臺進行了分析。完成調查、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析等工作；得出有效、有理、有據(jù)的結論。為綜合實驗平臺的設計提供了可靠、合理的理論依據(jù)，明確了綜合實驗平臺設計的思路與方向。
1.1 問卷調查法在本課題中的應用
問卷調查法，是一種社會調查研究中收集資料的工具。主要以問題的形式，是一種系統(tǒng)性記載調查內容的文件，其目的是為了收集人們對于某個特定問題的態(tài)度行為特征、價值觀觀點等信息而設計的一系列問題。
1.2 調查問卷結果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計
依據(jù)調查問卷內容，對自動化類及相關專業(yè)，約100 名學生代表及部分教師進行了本次問卷工作，并作出了數(shù)據(jù)統(tǒng)計。具體結果及數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下：
1.3 調查問卷結果的分析與總結
通過對問卷結果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)四個題目中均有選項超過了被問卷人數(shù)的50%，說明了問卷中提到的問題具有明顯的代表性，反映了調查問卷的合理性；同時也反映出這些問題在廣大師生中的突出性。主要反映了以下幾個方面的問題；第一，實驗設備不夠真實、實驗過程與實驗結果不夠直觀，很難滿足不同層次學生學習的需求；絕大部分師生希望實驗過程真實、直觀、生動。第二，學生希望能及時的對實驗效果做出有效的反饋，需要必要的評價系統(tǒng)。通過對本課題研究的前期問卷調查，我們找到了現(xiàn)有平臺的問題，了解了同學、教師對實驗的希望與要求，為新綜合實驗平臺的設計與構成指明了改進的方向。
圖1
1.4 綜合實驗平臺的組成
綜合實驗平臺的主要使用對象是自動化類專業(yè)的學生和相關任課教師，根據(jù)調查問卷結果并結合實際需求，綜合實驗平臺可分為6 個部分，如圖2 所示。
圖２ 綜合實驗平臺整體組成
2 綜合實驗平臺電氣系統(tǒng)設計
本課題所設計的主實驗臺采用AC220V\50HZ 的標準市電完成各單元供電，主要供電對象有：開關穩(wěn)壓電源、PLC 主機、外置插座等。
直流穩(wěn)壓電源部分： 本實驗平臺使用了DC12V/5A/40W、DC24V/10A/60W 穩(wěn)壓開關電源各兩個，分別向直流可調電源、直流固定電源、儀表部分、學生評價單元、設備管理單元供電。可知穩(wěn)壓電源部分額定總功率為200W。PLC 主機部分：本實驗平臺采用了FX2N-48 系列PLC，該PLC 可直接用交流220V 供電。FX2N-48 系列PLC，額定功率為100W。外置插座部分：實驗平臺提供了3 組外置插座，額定總功率為400W。由前3 項可知電氣系統(tǒng)的額定總功率約為700W,為了安全起見平臺總功率設定在1kW。
空氣開關與熔斷器的選?。阂罁?jù)系統(tǒng)總功率可知電氣系統(tǒng)的工作電流約為5A 所以選用了220V/5A 帶漏電保護裝置的交流空氣開關及熔斷器。開關電源的選取：根據(jù)上文可知，本實驗平臺使用了DC12V、DC24V 開關電源各兩個，分別向直流可調電源、直流固定電源、儀表部分、學生評價單元、設備管理單元供電，因為存在損耗所以額定總功率應略大于200W。外置插座的選?。簽榱吮阌趯W生或設備使用人員給外部電器供電，本實驗平臺提供了3 組外置插座。額定總功率為400W。
電源線( 纜) 的選用原則：一般執(zhí)行國家GB5013 標準《額定電壓450/750V 級以下橡皮絕緣電纜》標準。設備額定電流的取值范圍：電流不大于3A 的( 功率不大于660W)，同時電源線( 銅芯) 的標稱橫截面積的取值應大于0.5 平方毫米。
3 綜合實驗平臺體結構設計
根據(jù)前文所述需要滿足1-2 人同時使用，所以主實驗臺總尺寸：長1840× 寬750× 高1400mm；為了便于組裝和維護實驗平臺以臺面為基準可以設計為上下兩部分；實驗平臺臺面鋼板厚度為不小于2mm。（1）柜體鋼板厚度為:1.2mm，噴塑處理，顏色灰色。（2）電源、PLC 主機控制屏、按鈕控制屏為鋁板厚度各為：3mm。（3）模板箱為1.2mm 鋼板，模塊箱面板厚度為3mm 鋁板、面板貼膜處理（顏色根據(jù)設計確定）。
綜合實驗平臺結構與組成：分為PLC 主機控制箱、單片機主控制箱、按鈕模塊、電源、評價模塊、設備管理模塊、實驗模塊箱等。各部分均使用螺絲固定在操作臺上。實驗平臺的實驗模塊箱由變頻器、主令電器、硬件電氣、傳感器、液壓與氣壓傳動、三相異步電機等6個模塊組成。為了便于實驗每個功能模塊箱可拆卸，實驗模塊箱的外形尺寸都相同，只需保證面板內容不同。同時保留計算機數(shù)據(jù)線的串線孔。綜合實驗平臺結構示意圖，如圖3 所示。
圖3 綜合實驗平臺臺體結構
4 總結
綜合實驗平臺主要功能包括：PLC 實驗系統(tǒng)、單片機實驗系統(tǒng)、學生評價系統(tǒng)。主要完成的工作如下：（1）以三菱PLC 為控制核心結合工業(yè)級自動化器件，完成了PLC 實驗系統(tǒng)的設計。以51 單片機為控制核心結合工業(yè)級電子元器件，完成了單片機實驗系統(tǒng)的設計。（2）以51 單片機為控制核心完成了學生評價系統(tǒng)的軟硬件設計，學生評價系統(tǒng)對實驗情況的及時反饋，促進了教師實驗教學方法的改進，滿足了學校、學生、教師的實際需求。（3）完成了實驗平臺相關模塊的電路設計、電路仿真、PCB 繪制、程序編寫及調試。