YUYJCS-1113創(chuàng)新型測控傳感器技術(shù)綜合實驗實訓(xùn)平臺

一、創(chuàng)新型測控傳感器技術(shù)綜合實驗實訓(xùn)平臺概述

    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(rèn)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)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)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．小知識單元：為每個模塊均可拆分到該知識層次的小知識單元。

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

 1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。

 2．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：20V_P-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。

 3．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、光纖位移傳感器、濕敏傳感器、酒精傳感器。

（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。

（5）（選配模塊）長光柵位移傳感器部分：長光柵位移傳感器；圓光柵角位移部分：光電編碼器，配多功能智能計數(shù)器、環(huán)境噪聲傳感器、光照傳感器、色標(biāo)傳感器、紅外反射式傳感器

    3．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：  

控制器單元掛箱支持CPU模塊和譯碼模塊：

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：

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：    

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：

5、對象掛箱(一) ：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：

6、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：

 7、 ARM9單元掛箱

（1）CPU模塊：（三星S3C2410微處理器，ARM9內(nèi)核，可穩(wěn)定運行多種嵌入式實時操作系統(tǒng)。）

內(nèi)存SDRAM：64M。

Flash：8M

標(biāo)準(zhǔn)RS232接口：采用MAX3232電平轉(zhuǎn)換芯片。

以太網(wǎng)接口：采用的網(wǎng)絡(luò)芯片DM9000和帶有網(wǎng)絡(luò)變壓器的網(wǎng)絡(luò)接口，支持100M以太網(wǎng)。

聲卡：AC97標(biāo)準(zhǔn)UDA1341、音頻輸入、雙聲道m(xù)ic輸出

USB從接口：采用S3C2410自帶的控制器。

USB從接口：采用S3C2410自帶的控制器。

（2）面板包括資源（標(biāo)準(zhǔn)配置）

直流電機、步進電機、LED、8*8LED點陣，4位8段數(shù)碼管，鍵盤單元、A/D轉(zhuǎn)換單元（板載電位器電壓輸入）、D/A轉(zhuǎn)換單元、通用SD卡和SMC卡接口單元、IIS接口、4.3寸 TFT真彩液晶屏，分辨率480*272，帶4線電阻式觸摸屏；JTAG接口（20針標(biāo)準(zhǔn)ARM仿真接口），3個RS232串口，485通信接口，CAN通信接口（帶光電隔離），數(shù)字溫度傳感器LM75，I2C EEPROM 24C16 。

（4）選配模塊單元：

GPRS模塊、GSM模塊（可以實現(xiàn)收發(fā)短信，打電話等功能）。

DSP擴展模塊

FPGA擴展模塊

射頻卡擴展模塊

ZIGBEE擴展模塊

指紋擴展模塊

USB攝像頭模塊

ARM實時仿真器

8、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）、 圖象、語音AD/DA模塊：語音模塊采用TLC320AD50芯片，抽樣率為22.05k，圖象采用高速AD（TLC5510）和高速的DA（TLC5602）；同時TLC5510和TLC5602又可做普通的AD、DA

（3）、  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；

（4）、  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。

（5）、  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；

（6）、   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

九、基本實驗項目

(一)   傳感器實驗項目

選配模塊實驗：

(二)單片機實驗項目

1、MCS-51單片機實驗項目：

軟件部分實驗：

硬件部分實驗：

2．嵌入式單片機(C8051)實驗

3．DSP實驗

A、驗證性實驗

（1）CCS操作實驗

（2）存儲器實驗

（3）跑馬燈實驗

（4）數(shù)碼顯示實驗

（5）硬件中斷實驗

（6）定時器實驗

（7）步進電機控制實驗

（8）DSP同步串口與計算機的串口（RS232）通訊

（9）DSP的HPI與計算機的并口（EPP）通訊

（10）向量相加、減實驗

（11）矩陣相乘

（12）浮點數(shù)到Q15、Q15到浮點數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

（13）FIR濾波器實驗

（14）IIR濾波器實驗

（15）黑白圖像采集實驗

B、綜合性實驗：

（16）液晶顯示實驗

（17）簡單數(shù)字存儲示波器實驗

（18）同步串口（16位AD、DA）實驗

（19）HPI接口實驗

（20）自適應(yīng)濾波器（DLMS）實驗

（21）卷積（convole）算法實驗

（22）自相關(guān)算法

（23）互相關(guān)算法

（24）語音錄、放實驗

（25）實時IIR濾波器實驗

（26）圖像處理之圖像取反

（27）圖像處理之灰度閾值變換

C、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

D、創(chuàng)新性實驗

（39）聲控電機實驗

（40） 語音G711編碼、解碼實驗

（41）語音G723編碼、解碼實驗

（42）圖像處理之灰度窗口變換

（43）圖像處理之對比度增強

（44）YUV彩色圖象處理之圖象取反實驗

4．ARM9實驗項目

基礎(chǔ)實驗：

（1）安裝WINCE并建立開發(fā)環(huán)境      

（2） 建立并編譯WIN CE平臺      

（3）WINDOWS CE的燒寫   

（4）定制SDK并建立EVC下的開發(fā)環(huán)境   

（5）定制增強型內(nèi)核   

（6）建立宿主機與實驗箱的連接      

（7）繼電器實驗   

（8） 蜂鳴器實驗   

（9）DIP實驗      

（10）IIC總線—溫度實驗   

（11） IIC總線—EEPROM實驗   

（12） IIC總線—DA實驗    

（13）EXTKEY中斷程序      

（14）GPIO LED實驗      

（15）LED點陣實驗      

（16）EVC下的HELLO WORLD實驗      

（17） 液晶屏壞點測試程序      

（18） 錄音機測試程序      

（19） 簡單聊天室程序（CE版）      

（20） 視頻點播VOD實驗 

（21）CEPLAYER播放器實驗      

（22） 串口通訊測試程序（對話框版）

擴展實驗：   

（23）485通訊程序      

（24） GPS實驗   

（25） 電機實驗   

（26） 射頻卡實驗      

（27） 攝像頭圖像采集實驗      

（28） GPRS實驗   

（29） ZIGBEE實驗      

（30） 指紋實驗   

（31） CAN總線通訊實驗   

 5．綜合類實驗

6．信號與系統(tǒng)部分

7．自控原理與計算機控制

（1）計算機控制技術(shù)實驗項目

（2）自動控制原理實驗項目

（3）控制系統(tǒng)實驗項目

1.直流電機閉環(huán)調(diào)速實驗

2.溫度閉環(huán)控制實驗

3.步進電機調(diào)速實驗

8．測控電路實驗