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：50Ω
● 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：
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模塊名稱 |
功能指標(biāo) |
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8位并行AD模塊 |
由AD0809模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成8路8位AD。 |
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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。 |
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12位并行AD模塊 |
由AD574模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成12位AD。 |
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12位并行DA模塊 |
由TLV5613數(shù)模轉(zhuǎn)換電路組成12位DA。 |
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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。 |
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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：
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模塊名稱 |
功能指標(biāo) |
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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。 |
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USB通信模塊 |
由1581芯片組成USB2.0通信模塊 |
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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：
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模塊名稱 |
功能指標(biāo) |
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靜態(tài)顯示模塊 |
由74LS164芯片驅(qū)動 |
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動態(tài)顯示模塊 |
采用8位8段LED數(shù)碼管。 |
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液晶顯示模塊 |
提供128*64點陣的液晶顯示屏 |
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CPLD模塊 |
采用LATTICE公司1032芯片 |
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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：
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模塊名稱 |
功能指標(biāo) |
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IC卡讀寫模塊 |
I2C總線實現(xiàn)IC卡的讀寫及識別 |
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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 |
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步進電機 |
采用四相步進電機，帶驅(qū)動電路 |
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交通燈模塊 |
采用16個LED燈和四位數(shù)碼管組成。 |
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語音處理模塊 |
采用1730專用語音芯片組成 |
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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
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序號 |
名稱 |
單位 |
數(shù)量 |
備注 |
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1 |
實驗控制屏 |
套 |
1 |
|
|
2 |
實驗桌 |
張 |
1 |
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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 |
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控制器單元掛箱 |
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信號轉(zhuǎn)換單元掛箱 |
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通信與打印機單元掛箱 |
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鍵盤與顯示單元掛箱 |
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對象控制單元掛箱（一） |
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對象控制單元掛箱（二） |
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信號與系統(tǒng)實驗掛箱 |
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自控原理與計算機控制掛箱 |
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測控電路實驗掛箱模塊 |
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DSP CPU 掛箱 |
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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>
