一、概述
1.實驗平臺能滿足傳感器與檢測技術(shù)課程群的實驗需求,并且具有占用空間小、掛箱設(shè)計規(guī)范、互換性強,從基本實驗到構(gòu)成完整系統(tǒng)在一臺實驗裝置上便可以全部實現(xiàn)。避免了不同課程需要不同實驗裝置、占用空間大、難以構(gòu)成完整系統(tǒng)、不方便實施綜合性和設(shè)計型實驗的麻煩。
2.能適應(yīng)不同專業(yè)和不同層次的教學(xué)需要,可按不同需求選擇不同的配置,并可根據(jù)用戶的要求增添實驗掛箱。
3.實驗裝置能完成傳感器與檢測技術(shù)相關(guān)課程實驗,通過實驗?zāi)苷莆崭鞣N傳感器原理、信號處理電路及檢測方法。
4.傳感器部分:包括壓力、壓電、應(yīng)變、電容、霍爾、溫度、光敏、氣敏(酒、C0)、電渦流、光纖位移、長光柵位移、差動變壓器、光電耦合等各種常見傳感器。
5.檢測部分:利用工業(yè)實際中廣泛采用的成熟電路完成對各種傳感器信號的拾取、轉(zhuǎn)換、調(diào)理、采樣、存儲、解算、控制及顯示等處理電路,實驗裝置充分考慮抗干擾及可靠性技術(shù)的應(yīng)用,學(xué)生可以學(xué)以致用。
6.通過使用本實驗平臺,有利于廣大學(xué)生對書本知識的理解和深化,在完成傳感器與檢測技術(shù)等一系列基本實驗后,便能掌握傳感器與檢測技術(shù)課程群所要求的基本原理、操作技能和動手能力。若再完成一個或幾個綜合型實驗,則對系統(tǒng)有一個較為全面的認識,形成基本的解決實踐問題的知識體系。如果能進一步完成設(shè)計型乃至創(chuàng)新型實驗,則將形成解決實踐問題的能力和積累解決實踐問題的經(jīng)驗,進而培養(yǎng)其創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。
二、特點
1.模塊化設(shè)計:采用標(biāo)準(zhǔn)的模塊化設(shè)計,增強系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性和互換性。
2.總線標(biāo)準(zhǔn):建立統(tǒng)一的內(nèi)總線和接口約定,以實現(xiàn)最靈活的個性化配置、擴展和系統(tǒng)管理。
3.可更換的核心系統(tǒng):為適應(yīng)不同廠家的處理器、不同種類的處理器,通過改變系統(tǒng)核心卡來實現(xiàn)使用不同家族的單片機或者是不同種類的處理器(如MCU、DSP、ARM)等來組成系統(tǒng)。
4.快速連接線設(shè)計:提供三種連線方式
①采用金質(zhì)縮緊孔單線接線;
②采用排線集中接線;
③自動免連線模式接線。各模塊在設(shè)計時均融入三種連線方式于設(shè)計過程。
5.一機多用:采用實驗現(xiàn)場與實驗準(zhǔn)備室相結(jié)合的設(shè)計構(gòu)思,在實驗裝置上僅配備最常用的模塊,在實驗裝置內(nèi)放置次常用模塊,在實驗準(zhǔn)備室中放置其他模塊。由此實現(xiàn)了該實驗裝置能夠?qū)崿F(xiàn)一機多用、便于擴展和綜合的目標(biāo)。
6.接近工程實際:實驗裝置上采用多種工業(yè)型傳感器,既可以用來完成傳感器原理、結(jié)構(gòu)與調(diào)理電路的教學(xué),也可以用解決工業(yè)工程和過程中的實際問題。
7.學(xué)以致用:構(gòu)成實驗裝置中的智能儀器的各模塊,在其設(shè)計時充分體現(xiàn)實際系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計技術(shù)和可靠性設(shè)計技術(shù),其核心卡可作為實際智能儀器的核心單元。實驗裝置中信號轉(zhuǎn)換與信號調(diào)理電路采用工業(yè)和工程實際中所采用的成熟電路。實驗裝置中使用的各種數(shù)字信號處理方法,采用典型的也是未來實踐系統(tǒng)首選的數(shù)字信號處理手段,具有很強的工程實用特征。
8.持續(xù)發(fā)展:結(jié)合單片機、嵌入式單片、FPGA/CPLD、DSP及ARM知識可以將檢測系統(tǒng)或智能儀器提高到更高的層次。
9.智能儀器儀表設(shè)計:結(jié)合工程實際給出了一個將常規(guī)儀器實現(xiàn)智能化的實例。
1 0.虛擬儀器儀表設(shè)計:結(jié)合數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計虛擬儀器儀表。
11.研究與創(chuàng)新能力培養(yǎng):實驗裝置中選用的幾項綜合型實驗,是典型的檢測儀表或工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的微型化,既能夠使學(xué)習(xí)者領(lǐng)略檢測技術(shù)的典型應(yīng)用和掌握成熟可靠的檢測系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù),又是培養(yǎng)和發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)新能力、開展創(chuàng)新實驗的實驗平臺。
l 2.開放式設(shè)計:實驗裝置中的軟、硬件及系統(tǒng)均按照全開放的思想進行設(shè)計,以便于學(xué)生開展研究型和創(chuàng)新型的實驗。
1 3.最小知識單元:為每個模塊均可拆分到該知識層次的最小知識單元。
三、適用范圍
實驗臺主要針對高校大學(xué)生課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和電子設(shè)計競賽的開發(fā)平臺,體現(xiàn)了靈活、開放、創(chuàng)新、綜合、跨領(lǐng)域、跨專業(yè)的設(shè)計理念。其功能擴展模塊覆蓋了多個專業(yè)多門課程,適合電子類、通信類、自動化類、計算機類、機電類、測控儀器類等專業(yè)的學(xué)生進行綜合、創(chuàng)新設(shè)計。
四、結(jié)構(gòu)簡介
本裝置由控制屏,實驗桌、活動掛箱及擴展模塊、實驗箱組成。實驗臺美觀大方,尺寸可選;活動掛箱包括CPU掛箱、接口掛箱、對象掛箱、ARM掛箱、DSP掛箱;其功能擴展模塊覆蓋了多個專業(yè)多門課程,包含CPU類、通用接口類、人機界面類、信號變換隔離類、通信類、執(zhí)行機構(gòu)類、傳感器類共40多項。
五、技術(shù)指標(biāo)
1.輸入電源:單相三線220V±10% 50Hz
2.工作環(huán)境:溫度10℃~+40℃相對濕度<85%(25℃) 海拔<4000m
3.絕緣電阻:大于3MΩ
4.漏電保護:漏電動作電流不大于30mmA,動作時間不大于0.1秒
5.裝置容量:<200VA
6.外形足寸:1620mm×750mm×1600mm,以實物為準(zhǔn)。
六、裝置的配備及技術(shù)性能
本裝置主要由實驗控制屏和實驗桌兩部分組成。
(一)實驗控制屏
A.電源及保護體系
(1)直流穩(wěn)壓電源,每套功能配置如下:
①±5V/lA,±12V/1A和±15V/1A各兩路,均具有短路軟截止自動恢復(fù)保護功能;
②O~3OV/1A連續(xù)可調(diào)電源一路,具有短路軟截止自動恢復(fù)保護功能,帶數(shù)顯電壓表切換指示;
③0~20mA連續(xù)可調(diào)恒流源、具有開路保護功能,帶數(shù)顯指示功能。
(2)實驗裝置設(shè)有漏電保護,控制屏若有漏電現(xiàn)象,漏電流超過一定值,即切斷電源,對人身安全起到一定的保護。
B.儀器儀表
1、直流數(shù)字電壓表:200mV,2V,20V三檔可調(diào)。
2、直流數(shù)字電流表:范圍0~200mA,三位半數(shù)顯,配合可調(diào)恒流源使用。
3、功率函數(shù)信號發(fā)生器
● 頻率范圍: 2HZ,20HZ,200HZ,2KHZ,20KHZ,200KHZ,2MHZ,分七檔
● 輸出波形:正弦波、三角波、方波
● 占空比調(diào)節(jié):20%~80%
● 輸出電壓幅度:20VP-P 輸出阻抗:50?
● 5位LED頻率顯示
● 3位LED幅度顯示
● 外測范圍:10MHZ
● 兩檔衰減:20dB,40dB
● 有直流偏置功能
● 有VCF功能
● 有TTL輸出
● 有輸出保護不易損壞
4、低頻振蕩器部分
(1)頻率調(diào)節(jié)電位器可調(diào)振蕩頻率從1Hz~30Hz。
(2)幅度從0-8VP-P連續(xù)可調(diào)。
5、音頻振蕩器部分
(1)頻率調(diào)節(jié)電位器可調(diào)振蕩頻率從400Hz~10KHz,精度±5%。
(2)幅度可從0-10VP-P連續(xù)可調(diào)。
6、頻率/轉(zhuǎn)速表:頻率測量范圍1~9999Hz,轉(zhuǎn)速測量范圍1~9999rpm;
7、溫度控制器,加熱源:提供一只XMTD3000溫度控制器,可以顯示設(shè)定溫度和當(dāng)前溫度。
8、數(shù)據(jù)采集卡,配套相應(yīng)PC機上位軟件,用于電信號的采集、處理、顯示。
C.傳感器由多種傳感器和信號調(diào)理模塊組成
(1)轉(zhuǎn)動源部分:轉(zhuǎn)動源、霍爾傳感器、光電傳感器;應(yīng)變片稱重傳感器;可更換的傳感器:差動變壓器傳感器、電容傳感器、渦流傳感器、霍爾位移傳感器、磁電式傳感器.
(2)振動源部分:應(yīng)變片振動臺、壓電電傳感器;
(3)氣體壓力傳感器部分:氣壓源、兩氣壓計、氣體壓力傳感器。
(4)熱敏電阻傳感器,熱電偶傳感器,PTl00鉑電阻等。
D.實驗掛箱及實驗?zāi)K,掛件尺寸:468*330mm
(1)控制器單元掛箱:配有8051單片機模塊、C8051嵌入式單片機模塊、其他CPU外圍單元、譯碼模塊、和常用接口模塊。
(2)信號轉(zhuǎn)換單元掛箱,掛件尺寸:234*330mm
配有8位并行AD模塊、12位并行AD模塊、8位并行DA模塊、12位并行DA模塊、I/O口擴展模塊、轉(zhuǎn)換模塊(模塊PCB板尺寸:176*90mm)
(3)通信與打印機單元掛箱,掛件尺寸:234*330mm
配有RS232/RS485通信模塊、USB通信模塊,網(wǎng)絡(luò)控制器模塊、CAN總線模塊(模塊PCB板尺寸:176*90mm >)、打印機放在掛箱底板上
(4)鍵盤與顯示單元掛箱,掛件尺寸:234*330mm
配有顯示(靜態(tài)顯示、動態(tài)顯示、液晶顯示)模塊、16*16點陣顯示模塊、4X4鍵盤模塊(模塊PCB板尺寸:176*90mm)
(5)對象控制單元掛箱(一),掛件尺寸:234*330mm
配備有開關(guān)量輸出模塊、開關(guān)量輸入模塊、光耦隔離模塊、繼電器模塊 (模塊PCB板尺寸:176*90mm)
(6)對象控制單元掛箱(二),掛件尺寸:234*330mm
配備有IC卡讀寫模塊、步進電機模塊、直流小電機模塊、語音處理模塊、交通燈模塊、 PWM調(diào)制模塊(模塊PCB板尺寸:176*90mm)
(7)ARM9單元掛箱,掛件尺寸:468*330mm
配有完成ARM9實驗的基本模塊(核心板ARM9)
(8)信號與系統(tǒng)實驗掛箱468*330mm
(9)自控原理與計算機控制掛箱模塊(兩塊:一、468*330mm;二、234*330mm)
(10)測控電路實驗掛箱模塊(兩塊:一、468*330mm;二、234*330mm)
七、實驗掛箱具體硬件資源
1.控制器單元掛箱:掛箱主要用于插接不同的CPU模塊。掛箱上包含了CPU模塊的接口插座和基本實驗電路及系統(tǒng)擴展電路,可單獨完成大部分的基本實驗,掛箱上有三個(40P、40P、20P)扁平電纜接口槽用于和其他掛箱連接。掛箱上的資源如下:
(1)8155接口模塊
(2)8255接口模塊
(3)8279鍵盤顯示接口模塊
(4)8253可編程定時器模塊
(5)硬件看門狗電路模塊
(6) I2C EEROM模塊
(7)8250模塊
(8)8251模塊
(9)I2C存儲器模塊
(10)I2C時鐘模塊
(11)單次脈沖模塊
(12)93C46串行EEPROM模塊
(13)紅外線收發(fā)模塊
(14)DS18B20數(shù)字溫度傳感器模塊
(15)開關(guān)量輸入模塊
(16)關(guān)量輸出模塊
2.信號轉(zhuǎn)換單元掛箱:
掛箱上有三個(40P、40P、20P)扁平電纜接口槽用于和控制器單元掛箱信號連接。
掛箱支持的模塊:
模塊名稱 |
功能指標(biāo) |
8位并行AD模塊 |
由AD0809模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成8路8位AD。 |
8位并行DA模塊 |
由兩只DA0832數(shù)模轉(zhuǎn)換電路組成2路8位DA。 |
12位并行AD模塊 |
由AD574模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成12位AD。 |
12位并行DA模塊 |
由TLV5613數(shù)模轉(zhuǎn)換電路組成12位DA。 |
I/O 擴展模塊 |
由兩塊74LS244芯片擴展成16路并行輸入電路。
由兩塊74LS273芯片擴展成16路并行輸出電路。
用74LS164芯片組成串轉(zhuǎn)并輸出電路。
用74LS165芯片組成并轉(zhuǎn)串輸入電路。 |
轉(zhuǎn)換模塊 |
用LM311實現(xiàn)V/F電路和F/V電路
用TLC549芯片組成串行AD轉(zhuǎn)換電路。
用TLC5615芯片組成串行DA轉(zhuǎn)換電路。 |
3.通信與打印機單元掛箱:掛箱上有三個(40P、40P、20P)扁平電纜接口槽用于和其他掛箱信號連接,打印機裝在掛箱的底板上。
掛箱支持的模塊:
模塊名稱 |
功能指標(biāo) |
RS232/RS485/CAN總線通信模塊 |
由MAX232芯片組成RS232通信電路,MAX485芯片組成RS485通信電路。
由SJA1000芯片和TJA1050芯片組成CAN總線電路。 |
USB通信模塊 |
由1581芯片組成USB2.0通信模塊 |
網(wǎng)絡(luò)控制器模塊 |
采用RTL8019AS芯片 |
4.顯示與鍵盤單元掛箱:掛箱上有三個(40P、40P、20P)扁平電纜接口槽用于和其他掛箱信號連接。
掛箱支持的模塊:
模塊名稱 |
功能指標(biāo) |
靜態(tài)顯示模塊 |
由74LS164芯片驅(qū)動 |
動態(tài)顯示模塊 |
采用8位8段LED數(shù)碼管。 |
液晶顯示模塊 |
提供128*64點陣的液晶顯示屏 |
CPLD模塊 |
采用LATTICE公司1032芯片 |
4*4行列式鍵盤 |
公共鍵盤 |
5、對象掛箱(二) :掛箱上有三個(40P、40P、20P)扁平電纜接口槽用于和其他掛箱信號連接。
掛箱支持的模塊:
模塊名稱 |
功能指標(biāo) |
IC卡讀寫模塊 |
I2C總線實現(xiàn)IC卡的讀寫及識別 |
直流電機 |
帶驅(qū)動小直流電機,測速部分由1個霍爾傳感器組成 |
步進電機 |
采用四相步進電機,帶驅(qū)動電路 |
交通燈模塊 |
采用16個LED燈和四位數(shù)碼管組成。 |
語音處理模塊 |
采用1730專用語音芯片組成 |
PWM調(diào)制模塊 |
由324運放芯片組成,用于小直流電機調(diào)速 |
6、DSP CPU 掛箱: 采用TI公司的TMS320VC5416芯片。
(1)、 主CPU(DICE-5416EVM)模塊:采用TI公司TMS320C5416DSP芯片,該模塊上的資源有。4mbit flash 256k*16bit SRAM 2500 gate CPLD 5416模塊上留有JTAG插口,用戶可以通過仿真器和CCS下載程序和進行實驗;
(2)、 通訊模塊:本系統(tǒng)可做串口、并口實驗,串口實驗:采用熱門器件(MAX3111ECWI)來完成跟計算機的異步通訊,其傳輸速率達230Kbps;并口實驗:利用并口與DSP的HPI直接實現(xiàn)跟計算機數(shù)據(jù)傳輸,其傳輸速率達2Mbps;
(3)、 溫度、 電機控制模塊:電機控制模塊自帶一個閉環(huán)直流電機(12V)和一個步進電機(12V),利用電機控制模塊可做直流電機和步進電機控制方面的實驗,溫度傳感采用流行熱門器件一線集成溫度傳感器(DS18B20),測溫范圍為-55℃-100℃ 精度為9位、12位。
(4)、 信號源模塊:本模塊提供兩路(1Hz-60KHz)信號源,且正弦波的頻率、幅度均可調(diào)節(jié) ,其中還提供兩路信號的混頻電路,為實時的濾波算法提供了混頻輸入信號;
(5)、 鍵盤顯示模塊:本模塊有:1、128*64的圖形點陣液晶屏,利用LCD顯示模塊可做各種圖形、實時波形顯示方面的實驗;2、八位數(shù)碼管;3、八個指示燈;4、八個按鍵輸入;為實驗儀提供了基本的輸入、輸出設(shè)備。為二次開發(fā)提供了豐富的人機界面資源;
八、 裝置的配備表
序號 |
名稱 |
單位 |
數(shù)量 |
備注 |
1 |
實驗控制屏 |
套 |
1 |
|
2 |
實驗桌 |
張 |
1 |
|
3 |
掛箱與模塊 |
套 |
1 |
傳感器由多種傳感器和信號調(diào)理模塊 |
控制器單元掛箱 |
信號轉(zhuǎn)換單元掛箱 |
通信與打印機單元掛箱 |
鍵盤與顯示單元掛箱 |
對象控制單元掛箱(一) |
對象控制單元掛箱(二) |
信號與系統(tǒng)實驗掛箱 |
自控原理與計算機控制掛箱 |
測控電路實驗掛箱模塊 |
DSP CPU 掛箱 |
4 |
實驗說明書 |
套 |
1 |
指導(dǎo)學(xué)生實訓(xùn) |
九、基本實驗項目
1、設(shè)計性實驗
(28)直流伺服電機測速控制實驗
(29)溫度傳感器、液晶顯示實驗
(30)HPI接口BOOTLOAD實驗
(31)在線FLASH燒寫及16或8位并行自舉
(32)快速傅立葉變換(FFT)算法實驗
(33)信號采集、存儲、傳輸(PC機與DSP)實驗
(34)溫度、速度雙閉環(huán)控制電機
(35)鍵盤輸入液晶顯示實驗
(36)語音FIR濾波(低通、高通、帶通、帶阻)實驗
(37)實時LMS濾波器實驗
(38)FFT實驗
2.信號與系統(tǒng)部分
(1)基本運算單元實驗
(2)階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)實驗
(3)連續(xù)時間系統(tǒng)的模擬實驗
(4)有源、無源濾波器實驗
(5)抽樣定理與信號恢復(fù)實驗
(6)二階網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)軌跡的顯示實驗
(7)一階電路的暫態(tài)響應(yīng)實驗
(8)二階電路的暫態(tài)響應(yīng)實驗
(9)二階電路傳輸特性實驗
(10)二階網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的模擬實驗
(11)矩形脈沖信號的分解實驗
(12)矩形脈沖信號的合成實驗
(13)諧波幅度對波形合成的影響實驗
(14)面包板單元,可自行設(shè)計實驗電路。
3.測控電路實驗
1.差動放大器實驗;
2.信號放大器實驗;
3.信號運算電路實驗;
4.幅度調(diào)制及解調(diào)實驗
5.調(diào)相電橋?qū)嶒灒?/span>