创新型测控传感器技术综合实验实训平台

YUYJCS-1113创新型测控传感器技术综合实验实训平台

一、创新型测控传感器技术综合实验实训平台概述

    1．实验平台能满足传感器与检测技术课程群的实验需求，并且具有占用空间小、挂箱设计规范、互换性强，从基本实验到构成完整系统在一台实验装置上便可以全部实现。避免了不同课程需要不同实验装置、占用空间大、难以构成完整系统、不方便实施综合性和设计型实验的麻烦。

    2．能适应不同专业和不同层次的教学需要，可按不同需求选择不同的配置，并可根据用户的要求增添实验挂箱。

    3．实验装置能完成传感器与检测技术相关课程实验，通过实验能掌握各种传感器原理、信号处理电路及检测方法。

    4．传感器部分：包括压力、压电、应变、电容、霍尔、温度、光敏、气敏(酒、C0)、电涡流、光纤位移、长光栅位移、差动变压器、光电耦合等各种常见传感器。

    5．检测部分：利用工业实际中广泛采用的成熟电路完成对各种传感器信号的拾取、转换、调理、采样、存储、解算、控制及显示等处理电路，实验装置充分考虑抗干扰及可靠性技术的应用，学生可以学以致用。

    6．通过使用本实验平台，有利于广大学生对书本知识的理解和深化，在完成传感器与检测技术等一系列基本实验后，便能掌握传感器与检测技术课程群所要求的基本原理、操作技能和动手能力。若再完成一个或几个综合型实验，则对系统有一个较为全面的认识，形成基本的解决实践问题的知识体系。如果能进一步完成设计型乃至创新型实验，则将形成解决实践问题的能力和积累解决实践问题的经验，进而培养其创新精神和创新能力。

 二、特点

    1．模块化设计：采用标准的模块化设计，增强系统的结构性和互换性。

    2．总线标准：建立统一的内总线和接口约定，以实现灵活的个性化配置、扩展和系统管理。

    3．可更换的核心系统：为适应不同厂家的处理器、不同种类的处理器，通过改变系统核心卡来实现使用不同家族的单片机或者是不同种类的处理器(如MCU、DSP、ARM)等来组成系统。

4．快速连接线设计：提供三种连线方式

①采用金质缩紧孔单线接线；

②采用排线集中接线；

③自动免连线模式接线。各模块在设计时均融入三种连线方式于设计过程。

    5．一机多用：采用实验现场与实验准备室相结合的设计构思，在实验装置上仅配备常用的模块，在实验装置内放置次常用模块，在实验准备室中放置其他模块。由此实现了该实验装置能够实现一机多用、便于扩展和综合的目标。

    6．接近工程实际：实验装置上采用多种工业型传感器，既可以用来完成传感器原理、结构与调理电路的教学，也可以用解决工业工程和过程中的实际问题。

    7．学以致用：构成实验装置中的智能仪器的各模块，在其设计时充分体现实际系统的抗干扰设计技术和可靠性设计技术，其核心卡可作为实际智能仪器的核心单元。实验装置中信号转换与信号调理电路采用工业和工程实际中所采用的成熟电路。实验装置中使用的各种数字信号处理方法，采用典型的也是未来实践系统的数字信号处理手段，具有很强的工程实用特征。

    8．持续发展：结合单片机、嵌入式单片、FPGA／CPLD、DSP及ARM知识可以将检测系统或智能仪器提高到更高的层次。

    9．智能仪器仪表设计：结合工程实际给出了一个将常规仪器实现智能化的实例。

    1 0．虚拟仪器仪表设计：结合数据采集卡设计虚拟仪器仪表。

    11．研究与创新能力培养：实验装置中选用的几项综合型实验，是典型的检测仪表或工业应用系统的微型化，既能够使学习者领略检测技术的典型应用和掌握成熟可靠的检测系统的设计技术，又是培养和发挥学生创新能力、开展创新实验的实验平台。

    l 2．开放式设计：实验装置中的软、硬件及系统均按照全开放的思想进行设计，以便于学生开展研究型和创新型的实验。

1 3．小知识单元：为每个模块均可拆分到该知识层次的小知识单元。

三、适用范围

实验台主要针对高校大学生课程设计、毕业设计和电子设计竞赛的开发平台，体现了灵活、开放、创新、综合、跨领域、跨专业的设计理念。其功能扩展模块覆盖了多个专业多门课程，适合电子类、通信类、自动化类、计算机类、机电类、测控仪器类等专业的学生进行综合、创新设计。

四、结构简介

本装置由控制屏，实验桌、活动挂箱及扩展模块、实验箱组成。实验台美观大方，尺寸可选；活动挂箱包括CPU挂箱、接口挂箱、对象挂箱、ARM挂箱、DSP挂箱；其功能扩展模块覆盖了多个专业多门课程，包含CPU类、通用接口类、人机界面类、信号变换隔离类、通信类、执行机构类、传感器类共40多项。

五、技术指标

1．输入电源：单相三线220V±10％  50Hz

2．工作环境：温度10℃～+40℃相对湿度<85％(25℃)  海拔<4000m

3．绝缘电阻：大于3MΩ

4．漏电保护：漏电动作电流不大于30mmA，动作时间不大于0．1秒

5．装置容量：<200VA

6．外形足寸：1620mm×750mm×1600mm，以实物为准。

六、装置的配备及技术性能

本装置主要由实验控制屏和实验桌两部分组成。

 （一）实验控制屏

 1电源及保护体系

（1）直流稳压电源，每套功能配置如下：

①±5V／lA，±12V／1A和±15V／1A各两路，均具有短路软截止自动恢复保护功能；

②O～3OV／1A连续可调电源一路，具有短路软截止自动恢复保护功能，带数显电压表切换指示；

③0~20mA连续可调恒流源、具有开路保护功能，带数显指示功能。

（2）实验装置设有漏电保护，控制屏若有漏电现象，漏电流超过一定值，即切断电源，对人身安全起到一定的保护。

 2．仪器仪表

1、直流数字电压表：200mV,2V,20V三档可调。

2、直流数字电流表：范围0~200mA，三位半数显，配合可调恒流源使用。

3、功率函数信号发生器

●     频率范围： 2HZ,20HZ,200HZ,2KHZ,20KHZ,200KHZ,2MHZ，分七档

●     输出波形：正弦波、三角波、方波

●     占空比调节：20%~80%

●     输出电压幅度：20V_P-P   输出阻抗：50Ω

●     5位LED频率显示

●     3位LED幅度显示

●     外测范围：10MHZ

●    两档衰减：20dB,40dB

●    有直流偏置功能

●    有VCF功能

●    有TTL输出

●    有输出保护不易损坏

4、低频振荡器部分

（1）频率调节电位器可调振荡频率从1Hz～30Hz。

（2）幅度从0-8VP-P连续可调。

5、音频振荡器部分

（1）频率调节电位器可调振荡频率从400Hz～10KHz，精度±5%。

（2）幅度可从0-10VP-P连续可调。

6、频率/转速表：频率测量范围1～9999Hz，转速测量范围1～9999rpm；

7、温度控制器，加热源：提供一只XMTD3000温度控制器，可以显示设定温度和当前温度。

8、数据采集卡，配套相应PC机上位软件，用于电信号的采集、处理、显示。

 3．传感器由多种传感器和信号调理模块组成

（1）转动源部分：转动源、霍尔传感器、光电传感器；应变片称重传感器；可更换的传感器：差动变压器传感器、电容传感器、涡流传感器、霍尔位移传感器、磁电式传感器、光纤位移传感器、湿敏传感器、酒精传感器。

（2）振动源部分：应变片振动台、压电电传感器；

（3）气体压力传感器部分：气压源、两气压计、气体压力传感器。

（4）热敏电阻传感器，热电偶传感器，PTl00铂电阻等。

（5）（选配模块）长光栅位移传感器部分：长光栅位移传感器；圆光栅角位移部分：光电编码器，配多功能智能计数器、环境噪声传感器、光照传感器、色标传感器、红外反射式传感器

    3．实验挂箱及实验模块，挂件尺寸：468*330mm

    （1）控制器单元挂箱：配有8051单片机模块、C8051嵌入式单片机模块、其他CPU外围单元、译码模块、和常用接口模块。

    （2）信号转换单元挂箱，挂件尺寸：234*330mm

    配有8位并行AD模块、12位并行AD模块、8位并行DA模块、12位并行DA模块、I／O口扩展模块、转换模块(模块PCB板尺寸：176*90mm)

    （3）通信与打印机单元挂箱，挂件尺寸：234*330mm

    配有RS232／RS485通信模块、USB通信模块，网络控制器模块、CAN总线模块(模块PCB板尺寸：176*90mm >)、打印机放在挂箱底板上

    （4）键盘与显示单元挂箱，挂件尺寸：234*330mm

    配有显示(静态显示、动态显示、液晶显示)模块、16*16点阵显示模块、4X4键盘模块(模块PCB板尺寸：176*90mm)

    （5）对象控制单元挂箱（一），挂件尺寸：234*330mm

    配备有开关量输出模块、开关量输入模块、光耦隔离模块、继电器模块 (模块PCB板尺寸：176*90mm)

（6）对象控制单元挂箱（二），挂件尺寸：234*330mm

配备有IC卡读写模块、步进电机模块、直流小电机模块、语音处理模块、交通灯模块、 PWM调制模块(模块PCB板尺寸：176*90mm)

（7）ARM9单元挂箱，挂件尺寸：468*330mm

配有完成ARM9实验的基本模块(核心板ARM9)

（8）信号与系统实验挂箱468*330mm

（9）自控原理与计算机控制挂箱模块（两块：一、468*330mm；二、234*330mm）

（10）测控电路实验挂箱模块（两块：一、468*330mm；二、234*330mm）

 七、实验挂箱具体硬件资源

    1．控制器单元挂箱：挂箱主要用于插接不同的CPU模块。挂箱上包含了CPU模块的接口插座和基本实验电路及系统扩展电路，可单独完成大部分的基本实验，挂箱上有三个(40P、40P、20P)扁平电缆接口槽用于和其他挂箱连接。挂箱上的资源如下：  

控制器单元挂箱支持CPU模块和译码模块：

2.信号转换单元挂箱：

挂箱上有三个（40P、40P、20P）扁平电缆接口槽用于和控制器单元挂箱信号连接。

挂箱支持的模块：

3．通信与打印机单元挂箱：挂箱上有三个（40P、40P、20P）扁平电缆接口槽用于和其他挂箱信号连接，打印机装在挂箱的底板上。

挂箱支持的模块：    

4．显示与键盘单元挂箱：挂箱上有三个（40P、40P、20P）扁平电缆接口槽用于和其他挂箱信号连接。

挂箱支持的模块：

5、对象挂箱(一) ：挂箱上有三个（40P、40P、20P）扁平电缆接口槽用于和其他挂箱信号连接。

挂箱支持的模块：

6、对象挂箱(二) ：挂箱上有三个（40P、40P、20P）扁平电缆接口槽用于和其他挂箱信号连接。

挂箱支持的模块：

 7、 ARM9单元挂箱

（1）CPU模块：（三星S3C2410微处理器，ARM9内核，可稳定运行多种嵌入式实时操作系统。）

内存SDRAM：64M。

Flash：8M

标准RS232接口：采用MAX3232电平转换芯片。

以太网接口：采用的网络芯片DM9000和带有网络变压器的网络接口，支持100M以太网。

声卡：AC97标准UDA1341、音频输入、双声道mic输出

USB从接口：采用S3C2410自带的控制器。

USB从接口：采用S3C2410自带的控制器。

（2）面板包括资源（标准配置）

直流电机、步进电机、LED、8*8LED点阵，4位8段数码管，键盘单元、A/D转换单元（板载电位器电压输入）、D/A转换单元、通用SD卡和SMC卡接口单元、IIS接口、4.3寸 TFT真彩液晶屏，分辨率480*272，带4线电阻式触摸屏；JTAG接口（20针标准ARM仿真接口），3个RS232串口，485通信接口，CAN通信接口（带光电隔离），数字温度传感器LM75，I2C EEPROM 24C16 。

（4）选配模块单元：

GPRS模块、GSM模块（可以实现收发短信，打电话等功能）。

DSP扩展模块

FPGA扩展模块

射频卡扩展模块

ZIGBEE扩展模块

指纹扩展模块

USB摄像头模块

ARM实时仿真器

8、DSP CPU 挂箱: 采用TI公司的TMS320VC5416芯片。

（1）、  主CPU（DICE-5416EVM）模块：采用TI公司TMS320C5416DSP芯片，该模块上的资源有。4mbit flash 256k*16bit SRAM  2500 gate CPLD  5416模块上留有JTAG插口，用户可以通过仿真器和CCS下载程序和进行实验；

（2）、 图象、语音AD/DA模块：语音模块采用TLC320AD50芯片，抽样率为22.05k，图象采用高速AD（TLC5510）和高速的DA（TLC5602）；同时TLC5510和TLC5602又可做普通的AD、DA

（3）、  通讯模块：本系统可做串口、并口实验，串口实验：采用热门器件（MAX3111ECWI）来完成跟计算机的异步通讯，其传输速率达230Kbps；并口实验：利用并口与DSP的HPI直接实现跟计算机数据传输，其传输速率达2Mbps；

（4）、  温度、电机控制模块：电机控制模块自带一个闭环直流电机（12V）和一个步进电机（12V），利用电机控制模块可做直流电机和步进电机控制方面的实验，温度传感采用流行热门器件一线集成温度传感器（DS18B20），测温范围为－55℃－100℃　精度为9位、12位。

（5）、  信号源模块：本模块提供两路（1Hz－60KHz）信号源，且正弦波的频率、幅度均可调节，其中还提供两路信号的混频电路，为实时的滤波算法提供了混频输入信号；

（6）、   键盘显示模块：本模块有：1、128*64的图形点阵液晶屏，利用LCD显示模块可做各种图形、实时波形显示方面的实验；2、八位数码管；3、八个指示灯；4、八个按键输入；为实验仪提供了基本的输入、输出设备。为二次开发提供了丰富的人机界面资源；

八、 装置的配备表

九、基本实验项目

(一)   传感器实验项目

选配模块实验：

(二)单片机实验项目

1、MCS-51单片机实验项目：

软件部分实验：

硬件部分实验：

2．嵌入式单片机(C8051)实验

3．DSP实验

A、验证性实验

（1）CCS操作实验

（2）存储器实验

（3）跑马灯实验

（4）数码显示实验

（5）硬件中断实验

（6）定时器实验

（7）步进电机控制实验

（8）DSP同步串口与计算机的串口（RS232）通讯

（9）DSP的HPI与计算机的并口（EPP）通讯

（10）向量相加、减实验

（11）矩阵相乘

（12）浮点数到Q15、Q15到浮点数数据转换

（13）FIR滤波器实验

（14）IIR滤波器实验

（15）黑白图像采集实验

B、综合性实验：

（16）液晶显示实验

（17）简单数字存储示波器实验

（18）同步串口（16位AD、DA）实验

（19）HPI接口实验

（20）自适应滤波器（DLMS）实验

（21）卷积（convole）算法实验

（22）自相关算法

（23）互相关算法

（24）语音录、放实验

（25）实时IIR滤波器实验

（26）图像处理之图像取反

（27）图像处理之灰度阈值变换

C、设计性实验

（28）直流伺服电机测速控制实验

（29）温度传感器、液晶显示实验

（30）HPI接口BOOTLOAD实验

（31）在线FLASH烧写及16或8位并行自举

（32）快速傅立叶变换（FFT）算法实验

（33）信号采集、存储、传输（PC机与DSP）实验

（34）温度、速度双闭环控制电机

（35）键盘输入液晶显示实验

（36）语音FIR滤波（低通、高通、带通、带阻）实验

（37）实时LMS滤波器实验

（38）FFT实验

D、创新性实验

（39）声控电机实验

（40） 语音G711编码、解码实验

（41）语音G723编码、解码实验

（42）图像处理之灰度窗口变换

（43）图像处理之对比度增强

（44）YUV彩色图象处理之图象取反实验

4．ARM9实验项目

基础实验：

（1）安装WINCE并建立开发环境      

（2） 建立并编译WIN CE平台      

（3）WINDOWS CE的烧写   

（4）定制SDK并建立EVC下的开发环境   

（5）定制增强型内核   

（6）建立宿主机与实验箱的连接      

（7）继电器实验   

（8） 蜂鸣器实验   

（9）DIP实验      

（10）IIC总线—温度实验   

（11） IIC总线—EEPROM实验   

（12） IIC总线—DA实验    

（13）EXTKEY中断程序      

（14）GPIO LED实验      

（15）LED点阵实验      

（16）EVC下的HELLO WORLD实验      

（17） 液晶屏坏点测试程序      

（18） 录音机测试程序      

（19） 简单聊天室程序（CE版）      

（20） 视频点播VOD实验 

（21）CEPLAYER播放器实验      

（22） 串口通讯测试程序（对话框版）

扩展实验：   

（23）485通讯程序      

（24） GPS实验   

（25） 电机实验   

（26） 射频卡实验      

（27） 摄像头图像采集实验      

（28） GPRS实验   

（29） ZIGBEE实验      

（30） 指纹实验   

（31） CAN总线通讯实验   

 5．综合类实验

6．信号与系统部分

7．自控原理与计算机控制

（1）计算机控制技术实验项目

（2）自动控制原理实验项目

（3）控制系统实验项目

1.直流电机闭环调速实验

2.温度闭环控制实验

3.步进电机调速实验

8．测控电路实验