DYCGQ-CK6創(chuàng)新型測控/傳感器技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺

一、概述

1．實(shí)驗(yàn)平臺能滿足傳感器與檢測技術(shù)課程群的實(shí)驗(yàn)需求，并且具有占用空間小、掛箱設(shè)計(jì)規(guī)范、互換性強(qiáng)，從基本實(shí)驗(yàn)到構(gòu)成完整系統(tǒng)在一臺實(shí)驗(yàn)裝置上便可以全部實(shí)現(xiàn)。避免了不同課程需要不同實(shí)驗(yàn)裝置、占用空間大、難以構(gòu)成完整系統(tǒng)、不方便實(shí)施綜合性和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)掛箱。

3．實(shí)驗(yàn)裝置能完成傳感器與檢測技術(shù)相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)?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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，則對系統(tǒng)有一個較為全面的認(rèn)識，形成基本的解決實(shí)踐問題的知識體系。如果能進(jìn)一步完成設(shè)計(jì)型乃至創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，則將形成解決實(shí)踐問題的能力和積累解決實(shí)踐問題的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而培養(yǎng)其創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。

二、特點(diǎn)

1．模塊化設(shè)計(jì)：采用標(biāo)準(zhǔn)的模塊化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)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(shí)現(xiàn)最靈活的個性化配置、擴(kuò)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(shí)現(xiàn)使用不同家族的單片機(jī)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(jì)：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(jì)時均融入三種連線方式于設(shè)計(jì)過程。

5．一機(jī)多用：采用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備室相結(jié)合的設(shè)計(jì)構(gòu)思，在實(shí)驗(yàn)裝置上僅配備最常用的模塊，在實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)放置次常用模塊，在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備室中放置其他模塊。由此實(shí)現(xiàn)了該實(shí)驗(yàn)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)一機(jī)多用、便于擴(kuò)展和綜合的目標(biāo)。

6．接近工程實(shí)際：實(shí)驗(yàn)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(shí)際問題。

7．學(xué)以致用：構(gòu)成實(shí)驗(yàn)裝置中的智能儀器的各模塊，在其設(shè)計(jì)時充分體現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)技術(shù)和可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)，其核心卡可作為實(shí)際智能儀器的核心單元。實(shí)驗(yàn)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(shí)際中所采用的成熟電路。實(shí)驗(yàn)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(shí)踐系統(tǒng)首選的數(shù)字信號處理手段，具有很強(qiáng)的工程實(shí)用特征。

8．持續(xù)發(fā)展：結(jié)合單片機(jī)、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(jì)：結(jié)合工程實(shí)際給出了一個將常規(guī)儀器實(shí)現(xiàn)智能化的實(shí)例。

1 0．虛擬儀器儀表設(shè)計(jì)：結(jié)合數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)虛擬儀器儀表。

11．研究與創(chuàng)新能力培養(yǎng)：實(shí)驗(yàn)裝置中選用的幾項(xiàng)綜合型實(shí)驗(yàn)，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(jì)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(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)平臺。

l 2．開放式設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)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(jì)，以便于學(xué)生開展研究型和創(chuàng)新型的實(shí)驗(yàn)。

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(shí)驗(yàn)臺主要針對高校大學(xué)生課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和電子設(shè)計(jì)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(jì)理念。其功能擴(kuò)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(jì)算機(jī)類、機(jī)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(jì)。

四、結(jié)構(gòu)簡介

本裝置由控制屏，實(shí)驗(yàn)桌、活動掛箱及擴(kuò)展模塊、實(shí)驗(yàn)箱組成。實(shí)驗(yàn)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(kuò)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(jī)界面類、信號變換隔離類、通信類、執(zhí)行機(jī)構(gòu)類、傳感器類共40多項(xiàng)。

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(hù)：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(shí)物為準(zhǔn)。

六、裝置的配備及技術(shù)性能

本裝置主要由實(shí)驗(yàn)控制屏和實(shí)驗(yàn)桌兩部分組成。

（一）實(shí)驗(yàn)控制屏

A.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／lA，±12V／1A和±15V／1A各兩路，均具有短路軟截止自動恢復(fù)保護(hù)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(hù)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(hù)功能，帶數(shù)顯指示功能。

（2）實(shí)驗(yàn)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)。

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(hù)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(jī)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、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(jì)、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(jì)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

D.嵌入式多功能網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器（不需電腦配合使用）：

A、終端部分采用7寸彩色觸摸屏（裝學(xué)生實(shí)驗(yàn)屏上）同時配有虛擬示波器、虛擬邏輯分折儀、虛擬頻譜儀、虛擬三用表、虛擬數(shù)字量輸入輸出模塊。

B、參數(shù)：

1）、雙蹤存貯示波器，多種同步方式，存貯深度可編程；

通道數(shù)：2路

帶寬：20MHZ

分辨率：8位

電壓范圍：-10~+10V

存貯深度：64K

2）、雙通道頻譜分折儀；

3）、數(shù)字三用表，可測電阻、電流、電壓等；

數(shù)字IO口

通道數(shù)：8路IO

輸入電平：TTL

輸出電平：TTL

電流驅(qū)動：20mA/通道

4）、四路智能遠(yuǎn)程電源控制

5）、數(shù)據(jù)具有上傳與保存功能并能通過服務(wù)器顯示

E．實(shí)驗(yàn)掛箱及實(shí)驗(yàn)?zāi)K，掛件尺寸：468*330mm

（1）控制器單元掛箱：配有8051單片機(jī)模塊、C8051嵌入式單片機(jī)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(kuò)展模塊、轉(zhuǎn)換模塊(模塊PCB板尺寸：176*90mm)

（3）通信與打印機(jī)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(jī)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(diǎn)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(jìn)電機(jī)模塊、直流小電機(jī)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(shí)驗(yàn)的基本模塊(核心板ARM9)

（8）信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)掛箱468*330mm

（9）自控原理與計(jì)算機(jī)控制掛箱模塊（兩塊：一、468*330mm；二、234*330mm）

（10）測控電路實(shí)驗(yàn)掛箱模塊（兩塊：一、468*330mm；二、234*330mm）

七、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)電路及系統(tǒng)擴(kuò)展電路，可單獨(dú)完成大部分的基本實(shí)驗(yàn)，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