JDJCS-1112單片機(jī)傳感器綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)
一、概述
1．實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能滿(mǎn)足《單片機(jī)原理與應(yīng)用》與《生物醫(yī)學(xué)傳感器原理與應(yīng)用》課程的實(shí)驗(yàn)需求，從基本實(shí)驗(yàn)到構(gòu)成完整系統(tǒng)在一臺(tái)實(shí)驗(yàn)裝置上便可以全部實(shí)現(xiàn)。具有占用空間小、掛箱設(shè)計(jì)規(guī)范、互換性強(qiáng)，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(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(jù)用戶(hù)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(cè)技術(shù)相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)苷莆崭鞣N傳感器原理、信號(hào)處理電路及檢測(cè)方法。
4．傳感器部分包括壓阻、壓電、應(yīng)變、電容、霍爾、磁電、溫度、光敏、氣敏(酒、C0)、電渦流、光纖位移、長(zhǎng)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(yàn)設(shè)計(jì)。
5．單片機(jī)部分配備控制器單元掛箱、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元掛箱、通信單元掛箱、顯示與鍵盤(pán)單元掛箱、對(duì)象掛箱。
6．通過(guò)使用本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，有利于廣大學(xué)生對(duì)書(shū)本知識(shí)的理解和深化，在完成傳感器與檢測(cè)技術(shù)等一系列基本實(shí)驗(yàn)后，便能掌握傳感器與檢測(cè)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(yàn)，則對(duì)系統(tǒng)有一個(gè)較為全面的認(rèn)識(shí)，形成基本的解決實(shí)踐問(wèn)題的知識(shí)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(wèn)題的能力和積累解決實(shí)踐問(wèn)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(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)：建立統(tǒng)一的內(nèi)總線(xiàn)和接口約定，以實(shí)現(xiàn)最靈活的個(gè)性化配置、擴(kuò)展和系統(tǒng)管理。
3．快速連接線(xiàn)設(shè)計(jì)：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(shè)計(jì)時(shí)均融入三種連線(xiàn)方式于設(shè)計(jì)過(guò)程。
4．一機(jī)多用：采用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)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)。
5．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(lái)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(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題。
6．開(kāi)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(kāi)放的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便于學(xué)生開(kāi)展研究型和創(chuàng)新型的實(shí)驗(yàn)。
7．最小知識(shí)單元：為每個(gè)模塊均可拆分到該知識(shí)層次的最小知識(shí)單元。
三、適用范圍
實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要針對(duì)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(jìng)賽的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，體現(xiàn)了靈活、開(kāi)放、創(chuàng)新、綜合、跨領(lǐng)域、跨專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)理念。其功能擴(kuò)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(jì)算機(jī)類(lèi)、機(jī)電類(lèi)、測(cè)控儀器類(lèi)等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生進(jìn)行綜合、創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
四、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
本裝置由控制屏，實(shí)驗(yàn)桌、活動(dòng)掛箱及擴(kuò)展模塊、實(shí)驗(yàn)箱組成。實(shí)驗(yàn)臺(tái)美觀(guān)大方，尺寸可選；活動(dòng)掛箱包括CPU掛箱、接口掛箱、對(duì)象掛箱；其功能擴(kuò)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(jī)界面類(lèi)、信號(hào)變換隔離類(lèi)、通信類(lèi)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)類(lèi)、傳感器類(lèi)共40多項(xiàng)。
五、技術(shù)指標(biāo)
1．輸入電源：?jiǎn)蜗嗳€(xiàn)220V±10％ 50Hz
2．工作環(huán)境：溫度10℃～+40℃相對(duì)濕度<85％(25℃) ><>
3．絕緣電阻：大于3MΩ
4．漏電保護(hù)：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：<>
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(dòng)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(dòng)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(kāi)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(guò)一定值，即切斷電源，對(duì)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(hào)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(cè)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(cè)量范圍1～9999Hz，轉(zhuǎn)速測(cè)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(hào)的采集、處理、顯示。
C．傳感器由多種傳感器和信號(hào)調(diào)理模塊組成
（1）轉(zhuǎn)動(dòng)源部分：轉(zhuǎn)動(dòng)源、霍爾傳感器、光電傳感器；應(yīng)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(yīng)變片振動(dòng)臺(tái)、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(zhǎng)光柵位移傳感器部分：長(zhǎng)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(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(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(cè)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(dòng)：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(guò)服務(wù)器顯示
E．實(shí)驗(yàn)掛箱及實(shí)驗(yàn)?zāi)K
（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(hào)轉(zhuǎn)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(kuò)展模塊、轉(zhuǎn)換模塊。
（3）通信與打印機(jī)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(jī)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(duì)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(duì)象控制單元掛箱（二）：
配備有IC卡讀寫(xiě)模塊、步進(jìn)電機(jī)模塊、直流小電機(jī)模塊、語(yǔ)音處理模塊、交通燈模塊、 PWM調(diào)制模塊
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(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(chǔ)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(shù)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
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