單片機與傳感器合二為一實(shí)驗室的開(kāi)發(fā)思路

技術(shù)要求 :

1. 實(shí)訓設備實(shí)驗桌：

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

2 ． 硬件特點(diǎn) ：

2.1 USB/ 串口兩種通訊模式

*2.2 硬件自動(dòng)檢測功能，通過(guò)鍵盤(pán)便可以直接測試該裝置各個(gè)區域是否能夠正常運行；方便化學(xué)實(shí)驗室設備教學(xué)管理。

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

CPLD 模塊、 USB2.0 模塊、 IC 卡模塊、語(yǔ)音模塊、溫度模塊、 LCD12864 中文液晶模塊、 16 Ｘ 16 點(diǎn)陣模塊、 GPRS 電話(huà)模塊、無(wú)線(xiàn)遙控模塊、紅外感應模塊、 GPS 模塊、射頻模塊、 CAN 總線(xiàn)模塊、以太網(wǎng)模塊、可擴展 C8051 單片機模塊、臺灣進(jìn)口面包板模塊 、藍牙通訊

ZigBee 通訊模塊 ，做二次開(kāi)發(fā)創(chuàng )新實(shí)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(shí)驗室設備單片機內部設有 256Byte 的 RAM 和 8KByte 的 FLASH 、三個(gè) 16 位定時(shí)器，兩個(gè)數據指針，片內集成了一個(gè)看門(mén)狗電路。 64KRAM 擴展空間、 64KROM 擴展空間； 32 個(gè) IO 口， 6 個(gè)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。并設計有在系統下載設計接口，，無(wú)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(shí)訓考核裝置單片機和宏晶單片機也可以通過(guò)此口進(jìn)行程序下載。復位電路上加有手動(dòng)復位按扭，可以直接復位操作。

（ 2 ）電源模塊：

電源模塊采用開(kāi)關(guān)電源。單片機電機等采用開(kāi)關(guān)電源供電，確保提供足夠的功率。電源采用漏電保護開(kāi)關(guān)作為總控制，安全可靠。用船形開(kāi)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(shuō)明軟件，附有各實(shí)驗的電路圖、原理圖、流程圖、實(shí)驗連線(xiàn)圖、芯片查詢(xún)圖，以及實(shí)驗指導書(shū)，并提供詳盡的教學(xué)實(shí)驗課件（國內獨有）。

支持關(guān)鍵字提示，自動(dòng)完成符號配對等功能。支持 64K 程序地址斷點(diǎn)、 64K 源程序有效行斷點(diǎn)和 64K 臨時(shí)斷點(diǎn)，單片機內部寄存器狀態(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(lèi)模塊無(wú)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。具體配置為 8 位發(fā)光二極管（邏輯電平指示）、 8 位數碼管動(dòng)態(tài)顯示、 8X8 點(diǎn)陣 LED 屏、 16X16 點(diǎn)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，使學(xué)習者可以接觸所有的顯示方案，設計人機界面時(shí)可以得心應手。

（ 5 ）繼電器模塊：

繼電器是常用的執行元件，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(diǎn)，同時(shí)它的心肺復蘇模擬人執行元件又是一個(gè)線(xiàn)圈，因此需要一定的電流才可以驅動(dòng)繼電器，該模塊采用通用的 ULN2003 芯片加以驅動(dòng)。繼電器還設有指示燈以顯示操作控制的響應。繼電器觸點(diǎn)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(kāi)關(guān)量輸入， 4*6 矩形鍵盤(pán)接口，可以滿(mǎn)足學(xué)生從基礎到高級，從簡(jiǎn)單到復雜的實(shí)訓要求。 4*6 矩陣鍵盤(pán)相應的 利用自檢接口和自檢監控可進(jìn)行演示實(shí)驗，簡(jiǎn)單可靠。

（ 7 ） ADC/DAC 模塊：

ADC/DAC 模塊上設計了兩種轉換芯片 ADC0809 和 DAC0832 。為了便于調試程序和 硬件，配合三個(gè)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(shí)鐘發(fā)生器。 ADC0809 實(shí)驗時(shí)可以用有源時(shí)鐘發(fā)生器作為芯片的時(shí)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(shí)驗時(shí)，將芯片的輸出接在 6 位 LED 電平指示器上，轉 換結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(shí)驗，分別是直流加減速電機實(shí)驗和調速電機實(shí)驗。仿真教學(xué)電梯電機的轉盤(pán) 下面放有霍爾器件，可以用單片機測定轉動(dòng)了多少圈。電機控制線(xiàn)路有效的測定當前的速度，用之與設定的速度相對比，調節相應的電平脈沖寬度以此控制直流電機的速度。

（ 9 ）步進(jìn)電機控制模塊：

步進(jìn)電機實(shí)際上是一個(gè)數字 / 角度轉換器 , 該化學(xué)實(shí)驗室設備模塊才用三相步進(jìn)電機，三相步進(jìn)電機還具有快速啟停、精確步進(jìn) 和定位等特點(diǎn)，因而在數控機床、繪圖儀、打印機以及光學(xué)儀器中得到廣泛的應用。該模塊實(shí)現正反轉的功能，簡(jiǎn)要的演示步進(jìn)電機的控制功能。

（ 10 ） 傳感器配接模塊及傳感器實(shí)訓平臺：

（ A ）傳感器模塊： 是專(zhuān)為傳感器的配接的電路單元，該單元可以配合模數單元電路，實(shí)現教學(xué)掛圖對溫度傳感器數據的采集模擬，對壓力傳感器采集數據的模擬。對采集的數據送到 8155 顯示模塊，通過(guò) 6 位 LED 數碼管動(dòng)態(tài)的顯示采集結果。

（ B ）傳感器實(shí)訓平臺部分（共計 11 套） :

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

傳感器配置：商用稱(chēng)重傳感器（雙孔懸臂梁結構），應變計，銅一康銅熱電偶，差動(dòng)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 結溫度傳感器，半導體熱敏傳感器，高分子濕敏傳感器，氣敏傳感器，心肺復蘇模擬人光電測轉速傳感器

可擴展應用型傳感器： 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(xiàn)式傳感，可以在數碼模塊動(dòng)態(tài)顯示。

（ 12 ）串并轉換模塊：

串并轉換模塊，應用 74LS164 芯片，通過(guò) 8155IO 口芯片的擴展，相應的串行口發(fā)送數據，程序對時(shí)序的控制，串并轉換對數碼管顯示數據的物理實(shí)驗室設備操作。

* 實(shí)訓設備配套教材： 配套實(shí)驗教材《單片機技術(shù)實(shí)驗實(shí)訓教程》。 相應的實(shí)驗指導書(shū)，有詳細的實(shí)驗操作，實(shí)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(yáng)）的擴展應用。

2.6 具有 ISP 編程下載功能；具備 32 位系統實(shí)驗資源且通過(guò)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(shí)驗。

2.7 具備相關(guān)教學(xué)課件及仿真實(shí)驗軟件。

3 ．軟件要求 ：

3.1 KeilC51 中文說(shuō)明軟件。系統仿真開(kāi)發(fā)軟件界面附有各實(shí)驗的電路圖、原理圖、流程圖、實(shí)驗連線(xiàn)圖、芯片查詢(xún)圖，以及實(shí)驗指導書(shū)。

3.2 必須配備配套實(shí)驗教材及開(kāi)發(fā)教材。

4 ．實(shí)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(shí)驗儀進(jìn)行仿真和實(shí)驗。

4.2 軟件模擬的方式：無(wú)實(shí)驗儀、無(wú)仿真器，僅在 PC 機上采用模擬軟件進(jìn)行仿真。

4.3 仿真器獨立方式：用戶(hù)自制目標板，利用仿真器進(jìn)行仿真實(shí)驗。

4.4 自檢測實(shí)驗方式：利用自檢接口和自檢監控可進(jìn)行演示實(shí)驗，簡(jiǎn)單可靠。

4.4 實(shí)操工藝實(shí)訓方式 : 利用實(shí)驗平臺相關(guān)實(shí)訓套件能夠充分鍛煉學(xué)生焊接技術(shù)及相關(guān)的調試技術(shù)。

5 ．實(shí)驗內容：

5.1 單片機實(shí)訓部分： 能夠完成各類(lèi)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(shí)驗。

硬件實(shí)驗項目（至少包含以下實(shí)驗以上）：

實(shí)驗一 8255 控制雙色燈實(shí)驗

實(shí)驗二 開(kāi)關(guān)狀態(tài)顯示實(shí)驗

實(shí)驗三 8279 鍵盤(pán)顯示實(shí)驗

實(shí)驗四 定時(shí)器 / 計數器實(shí)驗

實(shí)驗五 A/D 轉換實(shí)驗

實(shí)驗六 D/A 轉換實(shí)驗

實(shí)驗七 8259A 硬件中斷實(shí)驗

實(shí)驗八 直流電壓驅動(dòng)實(shí)驗

實(shí)驗九 步進(jìn)電機驅動(dòng)實(shí)驗

實(shí)驗十 8253 計數器實(shí)驗

實(shí)驗十一 力測量實(shí)驗

實(shí)驗十二 溫度測量實(shí)驗

實(shí)驗十三 8237DMA 實(shí)驗

實(shí)驗十四 8251 可編程串行通訊實(shí)驗

實(shí)驗十五 以循環(huán)方式工作的單機“ 8259 中斷”實(shí)驗

實(shí)驗十六 8251 “自發(fā)自收”實(shí)驗

實(shí)驗十七 繼電器

實(shí)訓設備軟件實(shí)驗部分（至少包含以下實(shí)驗以上）：

實(shí)驗一 兩個(gè)多位十進(jìn)制數相減實(shí)驗

實(shí)驗二 兩個(gè)數相乘的實(shí)驗

實(shí)驗三 BCD 碼相乘的實(shí)驗

實(shí)驗四 字符匹配程序

實(shí)驗五 字符串匹配程序

實(shí)驗六 從鍵盤(pán)輸入數據并顯示

實(shí)驗七 字符和數據的顯示程序

實(shí)驗八 響鈴程序

實(shí)驗九 接收年、月、日信息顯示

實(shí)驗十 字母的大小寫(xiě)轉換

實(shí)驗十一 保留追長(cháng)追短行輸入字符

實(shí)驗十二 計算機鋼琴的程序

實(shí)驗十三 排序實(shí)驗

實(shí)驗十四 學(xué)生成績(jì)名次表實(shí)驗

實(shí)驗十五 設置光標的實(shí)驗

實(shí)驗十六 清除窗口的實(shí)驗

實(shí)驗十七 計算 N! 的實(shí)驗

實(shí)驗十八 寫(xiě)文件實(shí)驗

實(shí)驗十九 讀文件實(shí)驗

實(shí)驗二十 顯示目錄的實(shí)驗

“擴展性”實(shí)驗（至少包含以下實(shí)驗以上）：

實(shí)驗一 物理實(shí)驗室設備數字溫度計實(shí)驗

實(shí)驗二 數字語(yǔ)音錄放實(shí)驗

實(shí)驗三 IC 卡實(shí)驗

實(shí)驗四 LED16 × 16 圖形點(diǎn)陣實(shí)驗

實(shí)驗五 128 × 64 點(diǎn)陣式 LCD 顯示屏實(shí)驗

實(shí)驗六 GPRS 發(fā)送接收實(shí)驗

實(shí)驗七 無(wú)線(xiàn)搖控實(shí)驗

實(shí)驗八 紅外感應實(shí)驗

實(shí)驗九 GPS 定位實(shí)驗

實(shí)驗十 射頻通信實(shí)驗

實(shí)驗十一 CAN 總線(xiàn)通信實(shí)驗

實(shí)驗十二 網(wǎng)口實(shí)驗

實(shí)驗十三 藍牙通訊 實(shí)驗

實(shí)驗十四 ZigBee 通訊模塊 實(shí)驗

“電子競賽”實(shí)訓（省、市競賽專(zhuān)用）：

實(shí)驗一 集成塊（貼片）焊接實(shí)操。

實(shí)驗二 （貼片）電阻焊接實(shí)操。

實(shí)驗三 （貼片）電容焊接實(shí)操。

實(shí)驗四 （貼片）三極管焊接實(shí)操。

實(shí)驗五 線(xiàn)路板焊接實(shí)驗、實(shí)操、實(shí)訓。

實(shí)驗六 單片機線(xiàn)路設置及編程下載實(shí)訓。

化學(xué)實(shí)驗室設備電子仿真部分

根據提供的軟件可以完成各種電子、電工、電子產(chǎn)品、傳感器類(lèi)的的仿真實(shí)驗

5.2 傳感器實(shí)訓部分：

1 、應變片性能——單臂電橋

2 、應變片：?jiǎn)伪�、半橋、全橋比較

3 、應變片的溫度將就及補償

4 、熱電偶的原理及現象

5 、移相器實(shí)驗

6 、相敏檢波器實(shí)驗

7 、應變片——交流全橋

8 、交流全橋的應用——振幅測量

9 、流全橋的應用——電子稱(chēng)之一

10 、差動(dòng)變壓器（互感式）的性能

11 、差動(dòng)變壓器（互感式）零點(diǎn)殘余電壓補償實(shí)驗

12 、差動(dòng)變壓器（互感式）的標定

13 、差動(dòng)變壓器（互感式）的應用——振動(dòng)測量

14 、差動(dòng)變壓器（互感式）的應用——電子秤之二

15 、差動(dòng)螺管式（自感式）傳感器的靜態(tài)位移性能

16 、差動(dòng)螺管式（自感式）傳感器的動(dòng)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 、電渦流傳感器的應用——振幅測量

20 、電渦流傳感器的應用——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(shí)驗

24 、霍爾傳感器的應用——振幅測量

25 、磁電式傳感器的性能

26 、壓電傳感器的動(dòng)態(tài)響應實(shí)驗

27 、壓電傳感器引線(xiàn)電容對電壓放大器的影響、電荷放大器

28 、差動(dòng)面積式電容傳感器的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性

29 、雙平行梁的動(dòng)態(tài)特性——正弦穩態(tài)影響

30 、擴散硅壓阻式壓力傳感器實(shí)驗

31 、光纖位移傳感器靜態(tài)實(shí)驗

32 、光纖位移傳感器動(dòng)態(tài)實(shí)驗（一）

33 、光纖位移傳感器動(dòng)態(tài)實(shí)驗（二）

34 、 PN 結溫度傳感器測溫實(shí)驗

35 、熱敏電阻測溫演示實(shí)驗

36 、氣敏傳感器 (MQ3) 實(shí)驗

37 、濕敏電阻 (RH) 實(shí)驗

38 、光電傳感器 ( 反射型 ) 測轉速實(shí)驗

5.3 能夠滿(mǎn)足學(xué)校老師課題研究要求。

5.4 能夠滿(mǎn)足畢業(yè)學(xué)生畢業(yè)設計要求。

6 ．網(wǎng)絡(luò )集線(xiàn)器及其他配件：

在整個(gè)實(shí)訓室包含一臺網(wǎng)絡(luò )集成交換機及相關(guān)所有電源設備及布線(xiàn)。

7 ．多媒體設備部分：

7.1 吊裝投影機 ：

國際知名品牌，教育專(zhuān)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(shí)；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(kāi)關(guān)機，即關(guān)即拔功能（不需冷卻時(shí)間）， 5 秒快速開(kāi)機， 0 秒關(guān)機（關(guān)機后風(fēng)扇停止轉動(dòng)，瞬間散熱技術(shù)），全封閉式防塵防煙設計（機械教學(xué)模型封閉鏡頭罩），帶大面積防塵過(guò)濾網(wǎng)。 150 寸電動(dòng)幕布及投影吊架。

7.2 國產(chǎn)名牌中控：

復合視頻 4 入 2 出；音頻 5 入 2 出； VGA3 入 2 出； 1 路聲光報警專(zhuān)用接口一條連接線(xiàn)，外接聲光報警器可以實(shí)現 4 路 VGA 斷線(xiàn)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(wú)需通電可待機 60 天。

7.3 專(zhuān)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(chēng)阻抗 8 歐，能承受大功率并展現聲音清晰，能夠很好地表現和還原人聲。安裝方便，可采用壁掛式安裝，水平方向旋轉，垂直仰俯角度調整自如，使聲場(chǎng)方向任意改變，滿(mǎn)足聲場(chǎng)的不同指向性。

7.4 專(zhuān)業(yè)功放 ：

有效頻率響應（ L/R ）： 20Hz-20KHz(+1dB,-3dB) ，額定功率： 2 × 60W/8 Ω，線(xiàn)路靈敏度： 200mV ，話(huà)筒靈敏度： 15mV ，信噪比：（話(huà)筒關(guān)閉，混響關(guān)閉，音調平直）≥ 78dB ，（話(huà)筒全開(kāi)，混響全開(kāi)，音調平直）≥ 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(xiàn)程 / 四核 /4MBL2/2.50/800/775 、內存 :1X2G/DDRIII 。

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

7.6 無(wú)線(xiàn)話(huà)筒：