單片機傳感器綜合實(shí)驗實(shí)訓平臺:上海碩博科教設備公司

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SBJCS-1112單片機傳感器綜合實(shí)驗實(shí)訓平臺

一、概述

1．傳感器單片機實(shí)驗平臺能滿(mǎn)足實(shí)驗平臺能滿(mǎn)足《單片機原理與應用》與《生物醫學(xué)傳感器原理與應用》課程的實(shí)驗需求，從基本實(shí)驗到構成完整系統在一臺實(shí)驗裝置上便可以全部實(shí)現。具有占用空間小、掛箱設計規范、互換性強，避免了不同課程需要不同實(shí)驗裝置、占用空間大、難以構成完整系統、不方便實(shí)施綜合性和設計型實(shí)驗的麻煩。

2．能適應不同專(zhuān)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，并可根據用戶(hù)的要求增添實(shí)驗掛箱。

3．實(shí)驗裝置能完成傳感器與檢測技術(shù)相關(guān)課程實(shí)驗，通過(guò)實(shí)驗能掌握各種傳感器原理、信號處理電路及檢測方法。

4．傳感器部分包括壓阻、壓電、應變、電容、霍爾、磁電、溫度、光敏、氣敏(酒、C0)、電渦流、光纖位移、長(cháng)光柵位移、差動(dòng)變壓器、光電耦合等各種常見(jiàn)傳感器。豐富的傳感器配置有利于學(xué)員進(jìn)行綜合性、創(chuàng )新性實(shí)驗設計。

5．單片機部分配備控制器單元掛箱、信號轉換單元掛箱、通信單元掛箱、顯示與鍵盤(pán)單元掛箱、對象掛箱。

6．通過(guò)使用本實(shí)驗平臺，有利于廣大學(xué)生對書(shū)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(dòng)手能力。若再完成一個(gè)或幾個(gè)綜合型實(shí)驗，則對系統有一個(gè)較為全面的認識，形成基本的解決實(shí)踐問(wèn)題的知識體系。如果能進(jìn)一步完成設計型乃至創(chuàng )新型實(shí)驗，則將形成解決實(shí)踐問(wèn)題的能力和積累解決實(shí)踐問(wèn)題的經(jīng)驗，進(jìn)而培養其創(chuàng )新精神和創(chuàng )新能力。

二、特點(diǎn)

1．模塊化設計：采用標準的模塊化設計，增強系統的結構性和互換性。

2．總線(xiàn)標準：建立統一的內總線(xiàn)和接口約定，以實(shí)現最靈活的個(gè)性化配置、擴展和系統管理。

3．快速連接線(xiàn)設計：提供三種連線(xiàn)方式

①采用金質(zhì)縮緊孔單線(xiàn)接線(xiàn)；

②采用排線(xiàn)集中接線(xiàn)；

③自動(dòng)免連線(xiàn)模式接線(xiàn)。各模塊在設計時(shí)均融入三種連線(xiàn)方式于設計過(guò)程。

4．一機多用：采用實(shí)驗現場(chǎng)與實(shí)驗準備室相結合的設計構思，在實(shí)驗裝置上僅配備最常用的模塊，在實(shí)驗裝置內放置次常用模塊，在實(shí)驗準備室中放置其他模塊。由此實(shí)現了該實(shí)驗裝置能夠實(shí)現一機多用、便于擴展和綜合的目標。

5．接近工程實(shí)際：實(shí)驗裝置上采用多種工業(yè)型傳感器，既可以用來(lái)完成傳感器原理、結構與調理電路的教學(xué)，也可以用解決工業(yè)工程和過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題。

6．開(kāi)放式設計：實(shí)驗裝置中的軟、硬件及系統均按照全開(kāi)放的思想進(jìn)行設計，以便于學(xué)生開(kāi)展研究型和創(chuàng )新型的實(shí)驗。

7．最小知識單元：為每個(gè)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)驗臺主要針對高校大學(xué)生課程設計、畢業(yè)設計和電子設計競賽的開(kāi)發(fā)平臺，體現了靈活、開(kāi)放、創(chuàng )新、綜合、跨領(lǐng)域、跨專(zhuān)業(yè)的設計理念。其功能擴展模塊覆蓋了多個(gè)專(zhuān)業(yè)多門(mén)課程，適合電子類(lèi)、通信類(lèi)、自動(dòng)化類(lèi)、計算機類(lèi)、機電類(lèi)、測控儀器類(lèi)等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生進(jìn)行綜合、創(chuàng )新設計。

四、結構簡(jiǎn)介

本裝置由控制屏，實(shí)驗桌、活動(dòng)掛箱及擴展模塊、實(shí)驗箱組成。實(shí)驗臺美觀(guān)大方，尺寸可選；活動(dòng)掛箱包括CPU掛箱、接口掛箱、對象掛箱；其功能擴展模塊覆蓋了多個(gè)專(zhuān)業(yè)多門(mén)課程，包含CPU類(lèi)、通用接口類(lèi)、人機界面類(lèi)、信號變換隔離類(lèi)、通信類(lèi)、執行機構類(lèi)、傳感器類(lèi)共40多項。

五、技術(shù)指標

1．輸入電源：?jiǎn)蜗嗳€(xiàn)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(dòng)作電流不大于30mmA，動(dòng)作時(shí)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。

六、裝置的配備及技術(shù)性能

本裝置主要由實(shí)驗控制屏和實(shí)驗桌兩部分組成。

（一）實(shí)驗控制屏

A.電源及保護體系

（1）直流穩壓電源，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(dòng)恢復保護功能；

②O～3OV／1A連續可調電源一路，具有短路軟截止自動(dòng)恢復保護功能，帶數顯電壓表切換指示；

③0~20mA連續可調恒流源、具有開(kāi)路保護功能，帶數顯指示功能。

（2）實(shí)驗裝置設有漏電保護，控制屏若有漏電現象，漏電流超過(guò)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、直流數字電壓表：200mV,2V,20V三檔可調。

2、直流數字電流表：范圍0~200mA，三位半數顯，配合可調恒流源使用。

3、功率函數信號發(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

● 占空比調節：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）頻率調節電位器可調振蕩頻率從1Hz～30Hz。

（2）幅度從0-8VP-P連續可調。

5、音頻振蕩器部分

（1）頻率調節電位器可調振蕩頻率從400Hz～10KHz，精度±5%。

（2）幅度可從0-10VP-P連續可調。

6、頻率/轉速表：頻率測量范圍1～9999Hz，轉速測量范圍1～9999rpm；

7、溫度控制器，加熱源：提供一只XMTD3000溫度控制器，可以顯示設定溫度和當前溫度。

8、數據采集卡，配套相應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理模塊組成

（1）轉動(dòng)源部分：轉動(dòng)源、霍爾傳感器、光電傳感器；應變片稱(chēng)重傳感器；可更換的傳感器：差動(dòng)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(dòng)源部分：應變片振動(dòng)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(cháng)光柵位移傳感器部分：長(cháng)光柵位移傳感器；圓光柵角位移部分：光電編碼器，配多功能智能計數器、環(huán)境噪聲傳感器、光照傳感器、色標傳感器、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)驗屏上）同時(shí)配有虛擬示波器、虛擬邏輯分折儀、虛擬頻譜儀、虛擬三用表、虛擬數字量輸入輸出模塊。

B、參數：

1）、雙蹤存貯示波器，多種同步方式，存貯深度可編程；

通道數：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）、數字三用表，可測電阻、電流、電壓等；

數字IO口

通道數：8路IO

輸入電平：TTL

輸出電平：TTL

電流驅動(dòng)：20mA/通道

4）、四路智能遠程電源控制

5）、數據具有上傳與保存功能并能通過(guò)服務(wù)器顯示

E．實(shí)驗掛箱及實(shí)驗模塊

（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）信號轉換單元掛箱：

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、轉換模塊。

（3）通信與打印機單元掛箱：

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(xiàn)模塊、打印機放在掛箱底板上

（4）鍵盤(pán)與顯示單元掛箱：

配有顯示(靜態(tài)顯示、動(dòng)態(tài)顯示、液晶顯示)模塊、16*16點(diǎn)陣顯示模塊、4X4鍵盤(pán)模塊

（5）對象控制單元掛箱（一）：

配備有開(kāi)關(guān)量輸出模塊、開(kāi)關(guān)量輸入模塊、光耦隔離模塊、繼電器模塊

（6）對象控制單元掛箱（二）：

配備有IC卡讀寫(xiě)模塊、步進(jìn)電機模塊、直流小電機模塊、語(yǔ)音處理模塊、交通燈模塊、 PWM調制模塊

七、實(shí)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(shí)驗電路及系統擴展電路，可單獨完成大部分的基本實(shí)驗，掛箱上有三個(gè)(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(pán)顯示接口模塊

（4）8253可編程定時(shí)器模塊

（5）硬件看門(mén)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(shí)鐘模塊

（11）單次脈沖模塊

（12）93C46串行EEPROM模塊

（13）紅外線(xiàn)收發(fā)模塊

（14）DS18B20數字溫度傳感器模塊

（15）開(kāi)關(guān)量輸入模塊

（16）關(guān)量輸出模塊

控制器單元掛箱支持CPU模塊和譯碼模塊：

模塊名稱(chēng)	功能指標
51系列CPU模塊	支持80C31、80C51，含32K SRAM、64K ROM組成數據總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)
Cygnal51CPU模塊	采用美國Cygnal公司的嵌入式單片機C8051F020芯片，含32K SRAM，組成數據總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)
譯碼模塊	采用LATTICE公司的ispLSI1016E完成整個(gè)系統的譯碼工作

2.信號轉換單元掛箱：

掛箱上有三個(gè)（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(chēng)	功能指標
8位并行AD模塊	由AD0809模數轉換電路組成8路8位AD。
8位并行DA模塊	由兩只DA0832數模轉換電路組成2路8位DA。
12位并行AD模塊	由AD574模數轉換電路組成12位AD。
12位并行DA模塊	由TLV5613數模轉換電路組成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芯片組成串轉并輸出電路。用74LS165芯片組成并轉串輸入電路。
轉換模塊	用LM311實(shí)現V/F電路和F/V電路用TLC549芯片組成串行AD轉換電路。用TLC5615芯片組成串行DA轉換電路。

3．通信與打印機單元掛箱：掛箱上有三個(gè)（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(chēng)	功能指標
RS232/RS485/CAN總線(xiàn)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(xiàn)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(pán)單元掛箱：掛箱上有三個(gè)（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(chēng)	功能指標
靜態(tài)顯示模塊	由74LS164芯片驅動(dòng)
動(dòng)態(tài)顯示模塊	采用8位8段LED數碼管。
液晶顯示模塊	提供128*64點(diǎn)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(pán)	公共鍵盤(pán)

5、對象掛箱(一) ：掛箱上有三個(gè)（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(chēng)	功能指標
繼電器模塊	由兩個(gè)5V繼電器、2個(gè)12V繼電器和2個(gè)24V繼電器組成。
光耦隔離模塊	由3個(gè)TLP521-4芯片組成12入12出。
LED顯示模塊	用16個(gè)LED燈組成邏輯電平測試電路
開(kāi)關(guān)量模塊	用16個(gè)按鍵組成高低電平輸出電路

6、對象掛箱(二) ：掛箱上有三個(gè)（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(chēng)	功能指標
IC卡讀寫(xiě)模塊	I2C總線(xiàn)實(shí)現IC卡的讀寫(xiě)及識別
直流電機	帶驅動(dòng)小直流電機，測速部分由1個(gè)霍爾傳感器組成
步進(jìn)電機	采用四相步進(jìn)電機，帶驅動(dòng)電路
交通燈模塊	采用16個(gè)LED燈和四位數碼管組成。
語(yǔ)音處理模塊	采用1730專(zhuān)用語(yǔ)音芯片組成
PWM調制模塊	由324運放芯片組成,用于小直流電機調速

八、裝置的配備表

序號	名稱(chēng)	單位	數量	備注
1	實(shí)驗控制屏	套	1
2	實(shí)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理模塊
				控制器單元掛箱
				信號轉換單元掛箱
				通信與打印機單元掛箱
				鍵盤(pán)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）
4	常用工具	套	1	一字螺絲刀1把；十字螺絲刀1把；剝線(xiàn)鉗1把；尖嘴鉗1把。
5	實(shí)驗說(shuō)明書(shū)	套	1	指導學(xué)生實(shí)訓
6	開(kāi)放實(shí)驗室信息管理系統	套	1	附一

附一：開(kāi)放實(shí)驗室信息管理系統：（全室配一套）

A、．開(kāi)放實(shí)驗室信息管理系統的必要性

學(xué)生動(dòng)手能力的培養、分折問(wèn)題解決問(wèn)題能力的培養、自主實(shí)驗和創(chuàng )新實(shí)驗能力的培養均需要一個(gè)寬松的、開(kāi)放的、設備齊全的實(shí)驗環(huán)境。但是目前很多學(xué)校因師資力量有限無(wú)法將實(shí)驗室開(kāi)放，這一方面造成資源浪費另一方面學(xué)生又得不到煅煉。針對這一問(wèn)題，配備本實(shí)驗室信息化管理系統，它可有效解決上述矛盾。具備這樣條件的實(shí)驗室可以不必配備固定的老師管理和輔導，學(xué)生可以自主按排實(shí)驗時(shí)間并通過(guò)刷卡確定機位，并通過(guò)學(xué)生終端計算機中的實(shí)驗課件、儀器儀表介紹課件、自主實(shí)驗題庫、在線(xiàn)幫助等資源完成各類(lèi)實(shí)驗。

B、智能開(kāi)放實(shí)驗室管理系統簡(jiǎn)介

智能實(shí)驗室管理系統（以下稱(chēng)：本系統）是以標準化實(shí)驗室管理思想為基礎、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)為驅動(dòng)最新開(kāi)發(fā)的管理系統。本系統能對實(shí)驗室設備及學(xué)生實(shí)驗過(guò)程進(jìn)行智能化管理，以實(shí)時(shí)了解實(shí)驗室設備狀態(tài)及學(xué)生實(shí)驗完成狀況，跟蹤記錄實(shí)驗痕跡，確保老師能了解學(xué)生做實(shí)驗的流程。

實(shí)驗室管理手段包括：短信，郵件，web頁(yè)面。

C．開(kāi)放實(shí)驗室資源配置

建設開(kāi)放實(shí)驗室應具備必要的硬件和軟件資源：

（一）硬件資源：

1、手機（可選）：發(fā)送和接收實(shí)驗室設備管理及狀態(tài)信息。

2、管理員PC：用于發(fā)送和接收實(shí)驗室管理及狀態(tài)信息，接收學(xué)生的實(shí)驗數據（波形，數據包等實(shí)驗數據），發(fā)送提示信息及試題到學(xué)生實(shí)驗設備上。

3、服務(wù)器：服務(wù)器為本系統的核心部分，完成接收管理員控制信息，發(fā)送采集到的終端實(shí)驗數據到web頁(yè)面，對終端設備的控制，終端實(shí)驗數據的采集。

4、網(wǎng)絡(luò )設備：路由器等，傳輸各種數據。

5、終端：虛擬示波器，發(fā)送及接收數據，直接控制設備

（二）軟件資源：

1.web頁(yè)面系統，通過(guò)web頁(yè)面設置本系統的各項參數，個(gè)性化定制，實(shí)時(shí)接收并顯示學(xué)生實(shí)驗數據，發(fā)送控制命令到服務(wù)器，并由服務(wù)器發(fā)送控制命令到終端，達到控制實(shí)驗室設備的目的。

2.短信控制系統，向特定的手機發(fā)送實(shí)驗室設備狀態(tài)，接收特定手機的控制命令，并由服務(wù)器發(fā)送控制命令到終端，達到控制實(shí)驗室設備的目的。

3.郵件控制系統，向特定的郵箱發(fā)送實(shí)驗室設備狀態(tài)，接收特定郵箱的控制命令，并由服務(wù)器發(fā)送控制命令到終端，達到控制實(shí)驗室設備的目的。