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單片機與傳感器合二為一實驗室的開發(fā)思路

技術(shù)要求 :

1. 實訓(xùn)設(shè)備實驗桌：

為雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，桌面為防火、防水、耐磨高密度板 , 左右設(shè)有兩個大抽屜（帶鎖），用于放置工具及資料，電腦桌聯(lián)體設(shè)計，造型美觀大方。

2 ． 硬件特點 ：

2.1 USB/ 串口兩種通訊模式

*2.2 硬件自動檢測功能，通過鍵盤便可以直接測試該裝置各個區(qū)域是否能夠正常運行；方便化學(xué)實驗室設(shè)備教學(xué)管理。

*2.3 至少能夠提供以下萬用硬件擴展模塊的 12 項以上供課題研究（整實訓(xùn)室共 2 套）：

CPLD 模塊、 USB2.0 模塊、 IC 卡模塊、語音模塊、溫度模塊、 LCD12864 中文液晶模塊、 16 Ｘ 16 點陣模塊、 GPRS 電話模塊、無線遙控模塊、紅外感應(yīng)模塊、 GPS 模塊、射頻模塊、 CAN 總線模塊、以太網(wǎng)模塊、可擴展 C8051 單片機模塊、臺灣進口面包板模塊 、藍牙通訊

ZigBee 通訊模塊 ，做二次開發(fā)創(chuàng)新實驗等。

2.4 包含以下主要單元模塊：

（ 1 ）主機模塊：

單片機采用 AT89S52 。該物理實驗室設(shè)備單片機內(nèi)部設(shè)有 256Byte 的 RAM 和 8KByte 的 FLASH 、三個 16 位定時器，兩個數(shù)據(jù)指針，片內(nèi)集成了一個看門狗電路。 64KRAM 擴展空間、 64KROM 擴展空間； 32 個 IO 口， 6 個向量中斷源； 0~33MHz 的工作頻率，三級程序加密功能；工作電壓 4.0V~5.5V 。使用 DIP40 封裝便于更換芯片及仿真。并設(shè)計有在系統(tǒng)下載設(shè)計接口，，無需把單片機從電路上取下。

該模塊上還放有串行通信接口，該接口已經(jīng)加入升壓電路，可以直接與計算機通信，飛利浦維修電工實訓(xùn)考核裝置單片機和宏晶單片機也可以通過此口進行程序下載。復(fù)位電路上加有手動復(fù)位按扭，可以直接復(fù)位操作。

（ 2 ）電源模塊：

電源模塊采用開關(guān)電源。單片機電機等采用開關(guān)電源供電，確保提供足夠的功率。電源采用漏電保護開關(guān)作為總控制，安全可靠。用船形開關(guān)單獨控制低壓電。該模塊共有兩組是正負雙電源輸出。

（ 3 ）仿真器模塊：

配備有高性能單片機仿真器，可以全功能仿真 MCS51 系列單片機，也可以軟件仿真； KeilC51 中文說明軟件，附有各實驗的電路圖、原理圖、流程圖、實驗連線圖、芯片查詢圖，以及實驗指導(dǎo)書，并提供詳盡的教學(xué)實驗課件（國內(nèi)獨有）。

支持關(guān)鍵字提示，自動完成符號配對等功能。支持 64K 程序地址斷點、 64K 源程序有效行斷點和 64K 臨時斷點，單片機內(nèi)部寄存器狀態(tài)一目了然。主機與計算機采用流行的 USB 接口。

（ 4 ）顯示模塊：

該類模塊無論從追基本的顯示元件 LED 發(fā)光二極管，還是到追高級的 LCD 顯示屏都包含在內(nèi)。具體配置為 8 位發(fā)光二極管（邏輯電平指示）、 8 位數(shù)碼管動態(tài)顯示、 8X8 點陣 LED 屏、 16X16 點陣、 12232 字符型液晶顯示屏、 128 × 64 繪圖液晶顯示屏（擴展模塊）。單片機常用的顯示器件全部包含在內(nèi)，使學(xué)習(xí)者可以接觸所有的顯示方案，設(shè)計人機界面時可以得心應(yīng)手。

（ 5 ）繼電器模塊：

繼電器是常用的執(zhí)行元件，也是常用的隔離元件，它能用低壓控制高壓電路，遠程切換強電電路狀態(tài)優(yōu)點，同時它的心肺復(fù)蘇模擬人執(zhí)行元件又是一個線圈，因此需要一定的電流才可以驅(qū)動繼電器，該模塊采用通用的 ULN2003 芯片加以驅(qū)動。繼電器還設(shè)有指示燈以顯示操作控制的響應(yīng)。繼電器觸點容量 10A 28VDC 、 10A 120VAC 。

（ 6 ）指令模塊：

指令模塊上放置了單片機常用的輸入元件， 8 路 8 位開關(guān)量輸入， 4*6 矩形鍵盤接口，可以滿足學(xué)生從基礎(chǔ)到高級，從簡單到復(fù)雜的實訓(xùn)要求。 4*6 矩陣鍵盤相應(yīng)的 利用自檢接口和自檢監(jiān)控可進行演示實驗，簡單可靠。

（ 7 ） ADC/DAC 模塊：

ADC/DAC 模塊上設(shè)計了兩種轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 和 DAC0832 。為了便于調(diào)試程序和 硬件，配合三個功能子模塊： 0-5V 模擬電壓輸出、 6 位 LED 電平指示器和有源時鐘發(fā)生器。 ADC0809 實驗時可以用有源時鐘發(fā)生器作為芯片的時鐘，可以用 0-5V 模擬電壓輸出作為模擬量，用 6 位 LED 電平指示用作模擬量大小的指示； DAC0832 實驗時，將芯片的輸出接在 6 位 LED 電平指示器上，轉(zhuǎn) 換結(jié)果是否正常一目了然。

（ 8 ）直流電機控制模塊：

該模塊可以完成電機的控制實驗，分別是直流加減速電機實驗和調(diào)速電機實驗。仿真教學(xué)電梯電機的轉(zhuǎn)盤 下面放有霍爾器件，可以用單片機測定轉(zhuǎn)動了多少圈。電機控制線路有效的測定當前的速度，用之與設(shè)定的速度相對比，調(diào)節(jié)相應(yīng)的電平脈沖寬度以此控制直流電機的速度。

（ 9 ）步進電機控制模塊：

步進電機實際上是一個數(shù)字 / 角度轉(zhuǎn)換器 , 該化學(xué)實驗室設(shè)備模塊才用三相步進電機，三相步進電機還具有快速啟停、精確步進 和定位等特點，因而在數(shù)控機床、繪圖儀、打印機以及光學(xué)儀器中得到廣泛的應(yīng)用。該模塊實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的功能，簡要的演示步進電機的控制功能。

（ 10 ） 傳感器配接模塊及傳感器實訓(xùn)平臺：

（ A ）傳感器模塊： 是專為傳感器的配接的電路單元，該單元可以配合模數(shù)單元電路，實現(xiàn)教學(xué)掛圖對溫度傳感器數(shù)據(jù)的采集模擬，對壓力傳感器采集數(shù)據(jù)的模擬。對采集的數(shù)據(jù)送到 8155 顯示模塊，通過 6 位 LED 數(shù)碼管動態(tài)的顯示采集結(jié)果。

（ B ）傳感器實訓(xùn)平臺部分（共計 11 套） :

含 3 位半數(shù)字式電壓（量程 2000mv ， 2v ， 20v 三檔切換），三位半頻率 / 轉(zhuǎn)速表，音頻振蕩器： 0.4KHz — 10KHz 輸出連續(xù)可調(diào)，低頻振蕩器： 1 — 30Hz 輸出連續(xù)可調(diào)，雙平行式懸臂梁二副，電加熱器二組，測速電機一組（ 0-4500 轉(zhuǎn) / 分連續(xù)可調(diào)），二組穩(wěn)壓電源，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)： RS232 標準接口， 14 位 A/D 轉(zhuǎn)換，虛擬儀器。

傳感器配置：商用稱重傳感器（雙孔懸臂梁結(jié)構(gòu)），應(yīng)變計，銅一康銅熱電偶，差動變面積式傳感器，電感式螺管式傳感器，電渦流位移傳感器，霍爾式傳感器，磁電式傳感器，壓力加速傳感器 , 電容式傳感器 ,MPX 擴散硅壓力傳感器，光纖位移傳感器， PN 結(jié)溫度傳感器，半導(dǎo)體熱敏傳感器，高分子濕敏傳感器，氣敏傳感器，心肺復(fù)蘇模擬人光電測轉(zhuǎn)速傳感器

可擴展應(yīng)用型傳感器： Pt100 鉑電阻、 Cu50 銅電阻、 K 型熱電偶、 E 型熱電偶、 J 型熱電偶、扭距傳感器、超聲波傳感器、 PSD 位置傳感器、光柵位移傳感器、 CCD 電荷耦合器件

（ 11 ）溫度、壓力傳感器模塊：

該模塊配備有溫度傳感器、壓力傳感器一線式傳感，可以在數(shù)碼模塊動態(tài)顯示。

（ 12 ）串并轉(zhuǎn)換模塊：

串并轉(zhuǎn)換模塊，應(yīng)用 74LS164 芯片，通過 8155IO 口芯片的擴展，相應(yīng)的串行口發(fā)送數(shù)據(jù)，程序?qū)�時序的控制，串并轉(zhuǎn)換對數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)的物理實驗室設(shè)備操作。

* 實訓(xùn)設(shè)備配套教材： 配套實驗教材《單片機技術(shù)實驗實訓(xùn)教程》。 相應(yīng)的實驗指導(dǎo)書，有詳細的實驗操作，實驗原理的描述。

2.5 單片機核心板：

MCS51 單片機（ Atmel ）（默認配置） , 可以任意更換以下核心板 :

PIC 單片機（ Microchip ）；

AVR 單片機（ Atmel ）；

LPC 單片機（ Philips ）；

MSP 單片機（ TI ）；

061A 單片機（凌陽）的擴展應(yīng)用。

2.6 具有 ISP 編程下載功能；具備 32 位系統(tǒng)實驗資源且通過擴展模塊單片機核心板能夠獨立教學(xué)掛圖更換并支持多種單片機 ; 采用了超大規(guī)模定制芯片的通用機械制圖模型仿真器具備完成 16 位微機原理與接口技術(shù)相關(guān)的實驗。

2.7 具備相關(guān)教學(xué)課件及仿真實驗軟件。

3 ．軟件要求 ：

3.1 KeilC51 中文說明軟件。系統(tǒng)仿真開發(fā)軟件界面附有各實驗的電路圖、原理圖、流程圖、實驗連線圖、芯片查詢圖，以及實驗指導(dǎo)書。

3.2 必須配備配套實驗教材及開發(fā)教材。

4 ．實驗方式：

4.1 外接仿真教學(xué)電梯方式：用 PC 機連仿真器，再連實驗儀進行仿真和實驗。

4.2 軟件模擬的方式：無實驗儀、無仿真器，僅在 PC 機上采用模擬軟件進行仿真。

4.3 仿真器獨立方式：用戶自制目標板，利用仿真器進行仿真實驗。

4.4 自檢測實驗方式：利用自檢接口和自檢監(jiān)控可進行演示實驗，簡單可靠。

4.4 實操工藝實訓(xùn)方式 : 利用實驗平臺相關(guān)實訓(xùn)套件能夠充分鍛煉學(xué)生焊接技術(shù)及相關(guān)的調(diào)試技術(shù)。

5 ．實驗內(nèi)容：

5.1 單片機實訓(xùn)部分： 能夠完成各類中職院校以上的所有單片機技術(shù) / 微機原理與接口課程中包含的所有課程實驗。

硬件實驗項目（至少包含以下實驗以上）：

實驗一 8255 控制雙色燈實驗

實驗二 開關(guān)狀態(tài)顯示實驗

實驗三 8279 鍵盤顯示實驗

實驗四 定時器 / 計數(shù)器實驗

實驗五 A/D 轉(zhuǎn)換實驗

實驗六 D/A 轉(zhuǎn)換實驗

實驗七 8259A 硬件中斷實驗

實驗八 直流電壓驅(qū)動實驗

實驗九 步進電機驅(qū)動實驗

實驗十 8253 計數(shù)器實驗

實驗十一 力測量實驗

實驗十二 溫度測量實驗

實驗十三 8237DMA 實驗

實驗十四 8251 可編程串行通訊實驗

實驗十五 以循環(huán)方式工作的單機“ 8259 中斷”實驗

實驗十六 8251 “自發(fā)自收”實驗

實驗十七 繼電器

實訓(xùn)設(shè)備軟件實驗部分（至少包含以下實驗以上）：

實驗一 兩個多位十進制數(shù)相減實驗

實驗二 兩個數(shù)相乘的實驗

實驗三 BCD 碼相乘的實驗

實驗四 字符匹配程序

實驗五 字符串匹配程序

實驗六 從鍵盤輸入數(shù)據(jù)并顯示

實驗七 字符和數(shù)據(jù)的顯示程序

實驗八 響鈴程序

實驗九 接收年、月、日信息顯示

實驗十 字母的大小寫轉(zhuǎn)換

實驗十一 保留追長追短行輸入字符

實驗十二 計算機鋼琴的程序

實驗十三 排序?qū)嶒?

實驗十四 學(xué)生成績名次表實驗

實驗十五 設(shè)置光標的實驗

實驗十六 清除窗口的實驗

實驗十七 計算 N! 的實驗

實驗十八 寫文件實驗

實驗十九 讀文件實驗

實驗二十 顯示目錄的實驗

“擴展性”實驗（至少包含以下實驗以上）：

實驗一 物理實驗室設(shè)備數(shù)字溫度計實驗

實驗二 數(shù)字語音錄放實驗

實驗三 IC 卡實驗

實驗四 LED16 × 16 圖形點陣實驗

實驗五 128 × 64 點陣式 LCD 顯示屏實驗

實驗六 GPRS 發(fā)送接收實驗

實驗七 無線搖控實驗

實驗八 紅外感應(yīng)實驗

實驗九 GPS 定位實驗

實驗十 射頻通信實驗

實驗十一 CAN 總線通信實驗

實驗十二 網(wǎng)口實驗

實驗十三 藍牙通訊 實驗

實驗十四 ZigBee 通訊模塊 實驗

“電子競賽”實訓(xùn)（省、市競賽專用）：

實驗一 集成塊（貼片）焊接實操。

實驗二 （貼片）電阻焊接實操。

實驗三 （貼片）電容焊接實操。

實驗四 （貼片）三極管焊接實操。

實驗五 線路板焊接實驗、實操、實訓(xùn)。

實驗六 單片機線路設(shè)置及編程下載實訓(xùn)。

化學(xué)實驗室設(shè)備電子仿真部分

根據(jù)提供的軟件可以完成各種電子、電工、電子產(chǎn)品、傳感器類的的仿真實驗

5.2 傳感器實訓(xùn)部分：

1 、應(yīng)變片性能——單臂電橋

2 、應(yīng)變片：單臂、半橋、全橋比較

3 、應(yīng)變片的溫度將就及補償

4 、熱電偶的原理及現(xiàn)象

5 、移相器實驗

6 、相敏檢波器實驗

7 、應(yīng)變片——交流全橋

8 、交流全橋的應(yīng)用——振幅測量

9 、流全橋的應(yīng)用——電子稱之一

10 、差動變壓器（互感式）的性能

11 、差動變壓器（互感式）零點殘余電壓補償實驗

12 、差動變壓器（互感式）的標定

13 、差動變壓器（互感式）的應(yīng)用——振動測量

14 、差動變壓器（互感式）的應(yīng)用——電子秤之二

15 、差動螺管式（自感式）傳感器的靜態(tài)位移性能

16 、差動螺管式（自感式）傳感器的動態(tài)位移性能

17 、電渦流式傳感器的透明電梯教學(xué)模型靜態(tài)標定

18 、被測體材料對電渦流傳感器特性的影響

19 、電渦流傳感器的應(yīng)用——振幅測量

20 、電渦流傳感器的應(yīng)用——電子秤之三

21 、霍爾傳感器的直流激勵靜態(tài)位移特性

22 、霍爾傳感器的應(yīng)用——電子秤之四

23 、霍爾傳感器的交流激勵靜態(tài)位移特性實驗

24 、霍爾傳感器的應(yīng)用——振幅測量

25 、磁電式傳感器的性能

26 、壓電傳感器的動態(tài)響應(yīng)實驗

27 、壓電傳感器引線電容對電壓放大器的影響、電荷放大器

28 、差動面積式電容傳感器的靜態(tài)及動態(tài)特性

29 、雙平行梁的動態(tài)特性——正弦穩(wěn)態(tài)影響

30 、擴散硅壓阻式壓力傳感器實驗

31 、光纖位移傳感器靜態(tài)實驗

32 、光纖位移傳感器動態(tài)實驗（一）

33 、光纖位移傳感器動態(tài)實驗（二）

34 、 PN 結(jié)溫度傳感器測溫實驗

35 、熱敏電阻測溫演示實驗

36 、氣敏傳感器 (MQ3) 實驗

37 、濕敏電阻 (RH) 實驗

38 、光電傳感器 ( 反射型 ) 測轉(zhuǎn)速實驗

5.3 能夠滿足學(xué)校老師課題研究要求。

5.4 能夠滿足畢業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計要求。

6 ．網(wǎng)絡(luò)集線器及其他配件：

在整個實訓(xùn)室包含一臺網(wǎng)絡(luò)集成交換機及相關(guān)所有電源設(shè)備及布線。

7 ．多媒體設(shè)備部分：

7.1 吊裝投影機 ：

國際知名品牌，教育專用機 3LCD 液晶技術(shù)；亮度（流明）： ≥ 3000 流明 (ISO21118 標準 ) ；分辨率： 1024 X 768 ；對比度：≥ 500 ： 1 ；整機功率：≤ 280W ；燈泡：≤ 200W 冷光源燈泡，燈泡壽命≥ 5000 小時；頂部換燈；重量：≥ 3.7KG ；接口： 2 路輸入 RGB 、 1 路 PC 輸出 RGB ， RS-232 接口；直接開關(guān)機，即關(guān)即拔功能（不需冷卻時間）， 5 秒快速開機， 0 秒關(guān)機（關(guān)機后風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動，瞬間散熱技術(shù)），全封閉式防塵防煙設(shè)計（機械教學(xué)模型封閉鏡頭罩），帶大面積防塵過濾網(wǎng)。 150 寸電動幕布及投影吊架。

7.2 國產(chǎn)名牌中控：

復(fù)合視頻 4 入 2 出；音頻 5 入 2 出； VGA3 入 2 出； 1 路聲光報警專用接口一條連接線，外接聲光報警器可以實現(xiàn) 4 路 VGA 斷線報警。支持 8 路報警探測通道；面板表面配接口盒，包括 AC220V 電源、 1 路 AV 視音頻輸入、 1 路筆記本 VGA 和音頻、 USB 、 RJ45 網(wǎng)絡(luò)，無需通電可待機 60 天。

7.3 專業(yè)音箱，

≥ 60W 二分頻雙高音 8 寸低音 , 8 歐 頻響范圍： 55-18KHZ 靈敏度： 91DB 追高聲壓 113DB 標稱阻抗 8 歐，能承受大功率并展現(xiàn)聲音清晰，能夠很好地表現(xiàn)和還原人聲。安裝方便，可采用壁掛式安裝，水平方向旋轉(zhuǎn)，垂直仰俯角度調(diào)整自如，使聲場方向任意改變，滿足聲場的不同指向性。

7.4 專業(yè)功放 ：

有效頻率響應(yīng)（ L/R ）： 20Hz-20KHz(+1dB,-3dB) ，額定功率： 2 × 60W/8 Ω，線路靈敏度： 200mV ，話筒靈敏度： 15mV ，信噪比：（話筒關(guān)閉，混響關(guān)閉，音調(diào)平直）≥ 78dB ，（話筒全開，混響全開，音調(diào)平直）≥ 78dB 。

7.5 控制計算機 ：

顯示器： 19 寸寬屏液晶、主板 : INTEL MATX/G41/N/DDRIII 、 CPU: PDC/Q8300/ 四線程 / 四核 /4MBL2/2.50/800/775 、內(nèi)存 :1X2G/DDRIII 。

SATA 硬盤 : 500G /7200/SATA2 、電源 : 220V/300W 以上、網(wǎng)卡 : 主板集成千兆網(wǎng)卡、鍵盤 : 黑色防水鍵盤 /PS2 、鼠標 : 黑色光電鼠標 /USB 、支持網(wǎng)絡(luò)同傳，硬盤保護、還原。

7.6 無線話筒：