TW-JD19 傳感器與檢測技術(shù)課程創(chuàng)新實驗平臺
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。
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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、CO）、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(jìn)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(jìn)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)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。
10.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。
12.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(jìn)行設(shè)計，以便于學(xué)生開展研究型和創(chuàng)新型的實驗。
13.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(jìn)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；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：＞3MΩ
4.漏電保護(hù)：漏電動作電流≤30mA，動作時間≤0.1s
5.裝置容量：＜200VA
6.外形尺寸：1620mm×805mm×1400mm
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(hù)體系
(1)直流穩(wěn)壓電源，每套功能配置如下：① ±5V/1A和±15V/1A各兩路，一路＋24V/1A，均具有短路軟截止自動恢復(fù)保護(hù)功能；② 0～30V/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(hù)功能，帶數(shù)顯電壓表切換指示；
(2)實驗裝置設(shè)有漏電保護(hù)，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(hù)。
2.儀器儀表
(1)信號發(fā)生器：1k～10kHz音頻信號；1～30Hz低頻信號
(2)數(shù)字式電壓表：量程0～20V，分為200mV、2V、20V三檔，輸入阻抗大，精度高
(3)頻率/轉(zhuǎn)速表：頻率測量范圍1～9999Hz，轉(zhuǎn)速測量范圍1～9999rpm
(4)高精度溫度調(diào)節(jié)儀：多種輸入輸出規(guī)格，人工智能調(diào)節(jié)以及參數(shù)自整定功能，先進(jìn)控制算法，溫度控制精度±0.5 oC
3.傳感器由三個實驗箱(335mm×445mm)、一個加熱模塊和11塊信號調(diào)理模塊組成
(1) 傳感器實驗箱(一)
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) 傳感器實驗箱(二)
振動源部分:應(yīng)變片振動臺、壓電電傳感器，氣體壓力傳感器部分:氣壓源 、兩氣壓計、氣體壓力傳感器。
(3) 傳感器實驗箱(三)
長光柵位移傳感器部分：長光柵位移傳感器、步進(jìn)電機；圓光柵角位移部分：光電編碼器、步進(jìn)電機。
(4) 溫度特性傳感器加熱源
包括：熱敏電阻傳感器，熱電偶傳感器，PT100鉑電阻
(5)信號調(diào)理模塊(配有11塊)：差動變壓器模塊、電容傳感器模塊、電渦流傳感器模塊、光纖位移傳感器模塊、霍爾傳感器模塊、溫度傳感器模塊、壓電傳感器模塊、壓力傳感器模塊、移相器、相敏檢波器、低通濾波器模塊、應(yīng)變片傳感器模塊、光柵調(diào)理模塊。
4.實驗掛箱及實驗?zāi)K, 掛件尺寸：340mm×370mm
(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、DSP5402處理器模塊(模塊PCB板尺寸：110mm×80mm)、其他CPU外圍單元、譯碼模塊
(2)信號轉(zhuǎn)換單元掛箱, 掛件尺寸：170mm×370mm
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：120mm×80mm）
* (3)通信與打印機單元掛箱, 掛件尺寸：170mm×370mm
配有RS232/RS485通信模塊、USB通信模塊，網(wǎng)絡(luò)控制器模塊（模塊PCB板尺寸：120 mm×80mm）、打印機放在掛箱底板上
* (4)鍵盤與顯示單元掛箱, 掛件尺寸：170mm×370mm
配有顯示（靜態(tài)顯示、動態(tài)顯示、液晶顯示）模塊、CPLD擴展模塊、4×4鍵盤模塊（模塊PCB板尺寸：120mm×80mm）
* (5)對象控制單元掛箱，掛件尺寸：170mm×330mm
配備有LED顯示模塊，開關(guān)量輸出模塊、步進(jìn)電機模塊、直流小電機模塊、語音處理模塊、光耦隔離模塊、繼電器模塊、交通燈模塊、雙色LED點陣顯示模塊（模塊PCB板尺寸：120mm×80mm）
* (6)ARM7/ARM9單元掛箱，掛件尺寸：340mm×370mm
配有完成ARM7/ARM9實驗的基本模塊 （核心板ARM7或ARM9選配）
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、20P、50P）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)8259中斷源模塊（擴展8路外部中斷源）
(2)8255接口模塊
(3)8279鍵盤顯示接口模塊
(4)8254可編程定時器模塊
(5)硬件看門狗電路模塊
(6)I2C EEROM模塊
(7)I2C并行接口模塊
(8)I2C時鐘模塊
(9)單次脈沖模塊
(10)開關(guān)量輸入模塊
(11)關(guān)量輸出模塊
