智能化電工電子實訓(xùn)平臺

智能化電工電子實訓(xùn)平臺
一、實驗內(nèi)容要求
1、電工基礎(chǔ)實驗
1）基本電工儀表的使用
2）元件伏安特性的測繪
3）電位、電壓的測定及電位圖的繪制
4）基爾霍夫定律和疊加原理的驗證
5）戴維南定理的驗證
6）等效網(wǎng)絡(luò)變換原理與實驗測試
7）受控源實驗
8）雙口網(wǎng)絡(luò)實驗
9）典型電信號的觀察與測量
10）RC一階電路的響應(yīng)與測試
11）二階動態(tài)電路響應(yīng)的研究
12）R、L、C元件阻抗特性的測定
13）回轉(zhuǎn)器的特性測試
14）示波器的使用
15）雙T網(wǎng)絡(luò)的測試
16）RC選頻網(wǎng)絡(luò)特性測試
17）R、L、C串聯(lián)諧振
18）用三表法測量交流電路等效參數(shù)
19）交流電路功率因數(shù)改善實驗
20）互感電路測量實驗
21）三相交流電路電壓、電流的測量
22）三相電路功率的測量
23）功率因數(shù)的測量
24）相序的測量
25）三相異步電機(jī)Y/Δ起動
26）三相異步電機(jī)正、反轉(zhuǎn)實驗
27）三相異步電機(jī)順序起動
28）能耗制動
2、模擬電子技術(shù)實驗
1）晶體管共射極放大器
2）場效應(yīng)管源極輸出器
3）差動放大器
4）多級放大器的開環(huán)和閉環(huán)特性
5）集成運放的指標(biāo)測試
6）集成運放組成的基本運算電路
7）波形發(fā)生器
8）集成功率放大器
3、數(shù)字電子技術(shù)實驗
1）TTL與非門靜態(tài)參數(shù)的測試
2）TTL與非門的動態(tài)測試
3）CMOS集成門電路的測試
4）加法器
5)數(shù)據(jù)選擇器
6)觸發(fā)器的功能測試
7)單脈沖發(fā)生器和移位寄存器
8)串行累加器
9)計數(shù)器、譯碼器和顯示器
10)脈沖分配器及其應(yīng)用
11)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
12)多諧振蕩器
13)集成定時器的應(yīng)用
14)A/D和D/A轉(zhuǎn)換器
4、電工電子虛擬仿真實驗
1）元件伏安特性的測繪
2）基爾霍夫定律和疊加原理的驗證
3）戴維南定理的驗證
4）RL.RC串聯(lián)電路
5）一階二階電路的響應(yīng)與測試
6）R.L.C元件阻抗特性的測定
7）交流電路參數(shù)的測定
8）正弦穩(wěn)態(tài)交流電路相量及改善功率因數(shù)的研究
9）三相交流電路電壓.電流.功率的測量
10）功率因數(shù)及相序的測量
5、電機(jī)拖動虛擬仿真實驗
二、設(shè)備配置及參數(shù)要求
1、掛架：尺寸不小于1450×750×1600cm；重量小于200kg；實驗桌：使用上述掛架，安裝實驗?zāi)K；實驗臺所含一體儲物柜，用來存放實驗所用導(dǎo)線等。
2、交流電源：容量不小于1.5KVA，輸入三相五線制，380V/50Hz/3A；輸出為三相0-430V連續(xù)可調(diào)，具有相間短路、線間短路、過流、過壓、漏電保護(hù)等保護(hù)功能；具有計算機(jī)程控接口；
3、智能交流儀表：1）提供交流數(shù)字電壓3只，精度0.5級，測量范圍≧0-400V；2）提供交流數(shù)字電流3只，精度0.5級，測量范圍≧0-2.5A；3）提供數(shù)字功率表、功率因數(shù)表3只，測量范圍≧電壓0-400V，電流0-2.5A；4）儀表采用微處理器設(shè)計，量程自動切換，功能可切換，真有效值測量，超量程自動報警；
4、雙路恒壓源：0-30V連續(xù)可調(diào)，最大輸出電流：1A；具有短路保護(hù)和自動恢復(fù)功能，帶監(jiān)視儀表；
5、可調(diào)恒流源：0-200mA連續(xù)可調(diào)，0.00mA起調(diào)，3位半數(shù)顯，開路保護(hù)；
6、智能直流儀表：提供數(shù)字直流電壓表，1只：測量范圍≧0-300V。數(shù)字直流電流表，1只：測量范圍≧0-1.5A。量程可手動和自動切換，四位半數(shù)字顯示，精度0.5級。采用數(shù)碼開關(guān)調(diào)節(jié)量程，超量程保護(hù)功能；
7、實驗?zāi)K配置要求：
1）可編程電阻箱：要求采用智能程控電阻箱，電阻范圍：1Ω-9.999kΩ/2W可調(diào)，電阻精度0.5%，電阻分段×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ智能切換，通過面板設(shè)定輸出電阻阻值，數(shù)字顯示輸出電阻，電阻功耗≥2W即斷開保護(hù)。具有計算機(jī)程控接口；
2）功率因素提高電路：提供電感器/220V，0.47μF、4.7μF電容器/500V，25W白熾燈泡，可完成功率因數(shù)提高相關(guān)實驗。
3）三相交流電路：提供三相燈泡負(fù)載電路，每相3個25W燈泡并聯(lián)，每個燈泡都有控制開關(guān)，可完成三相不平衡負(fù)載實驗，
4）交流電路：提供實驗變壓器、互感線圈和4組電流取樣插座。
5）電路原理箱：提供基爾霍夫定律、疊加原理、戴維南定理、雙T網(wǎng)絡(luò)、串聯(lián)諧振、一階、二階動態(tài)電路、4組電流取樣插座和1個2kΩ/2W電位器。電路需滿足實驗要求。
6）受控源：提供受控源VCCS、CCVS電路，可完成四種受控源實驗，以及負(fù)阻抗變換器電路和回轉(zhuǎn)器電路等。
7）元件箱：提供電阻、電容、電感、電位器、二極管、穩(wěn)壓管等實驗元件。
8）電源插座：提供220V/10A單相交流電源插座。
9）提供交流接觸器、熱繼電器、時間繼電器、按鈕等，完成電機(jī)控制實驗。
10）模擬電子實驗掛箱
交直流電源：提供0V.9V.14V和18V交流電源輸出；2路-5V～+5V 可調(diào)直流信號源輸出；+5V/1A.-5V/0.5A和±12V/0.5A直流穩(wěn)壓電源；8Ω揚聲器。
提供單相整流和穩(wěn)壓電路、兩級和負(fù)反饋放大器、集成運放及分列元件1等模擬電路實驗?zāi)K。提供場效應(yīng)管和差動放大電路。提供集成運放及分列元件2.可完成有源濾波電路實驗、比較器電路實驗和運算放大器性能指標(biāo)測試實驗。
11）數(shù)字電子實驗掛箱
提供直流電源及電平指示.IC插座.數(shù)碼顯示及信號源.邏輯和數(shù)據(jù)開關(guān)等4塊數(shù)字電路實驗?zāi)K。
•直流穩(wěn)壓電源：+5V/1A.-5V/0.5A.±12V/0.5A及+3.3V/0.5A；
•2路三態(tài)邏輯筆；16路電平指示及邏輯分析儀接口；
•5V與3.3V直流工作電源切換開關(guān)；
•2路邏輯開關(guān)；12路數(shù)據(jù)開關(guān)；
•14P×3和16P×3 IC插座及其引出接線端；
•555時基電路：555芯片.8P IC插座及分列元件；
•4位靜態(tài)數(shù)碼顯示電路（譯碼器為CD4511）；
•信號源：輸出1Hz,2Hz,32Hz,1024Hz,1MHz,1k-10kHz連續(xù)可調(diào)方波信號源；
12）實驗導(dǎo)線及配件：采用全封閉安全實驗導(dǎo)線，導(dǎo)線柔軟連接可靠。
13）數(shù)字存儲示波器
技術(shù)參數(shù)：
（1）雙通道+1個外觸發(fā)通道，具有獨立旋鈕控制；
（2）帶寬≥200MHz；實時采樣率1GSa/S；垂直分辨率≥8bits ；
（3）存儲深度≥13Mpts；波形刷新率不小于70000次/秒；
（4）時基范圍：2nS/div-100S/div；
（5）垂直靈敏度：1mV/div-10V/div；
（6）觸發(fā)類型：邊沿、視頻、脈寬、斜率、窗口、欠幅、超時等觸發(fā)；
（7）自動測量：不小于30種自動測量功能；
（8）顯示：TFT液晶屏，≥7英寸（分辨率≥800*480）
（9）接口：不少于USB Device & Host、LAN、Pass/Fail等接口；
8、電工電子技術(shù)原理虛擬仿真軟件（需滿足21個終端）
要求軟件提供各種實驗儀器.電源模型：包含三相調(diào)壓電源，恒壓源，恒流源，信號源，智能直流電壓表.電流表，交流電壓表.電流表.功率功率因數(shù)表。要求基于Multisim軟件開發(fā)，提供多種電路元件模型，實現(xiàn)電工電子的仿真實驗。
主要配置及功能要求：
1）三相交流調(diào)壓器：電壓范圍0～450V。設(shè)置指針表和數(shù)字顯示框數(shù)字顯示交流電源輸出電壓；旋鈕可旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)輸出電壓值。
2）數(shù)字交流電壓表.交流電流表：虛擬交流電壓表量程：≧0～400V.虛擬交流電流表量程：≧0～2.5A；由一個四位的數(shù)字表頭等組成。仿真實驗時可實時測量顯示電路參數(shù)。
3）數(shù)字功率.功率因素表：虛擬功率/功率因素表，電壓量程：≧0～400V，電流量程：≧0～2.5A，由四位數(shù)字表頭.切換開關(guān)等組成。仿真實驗時可實時測量顯示電路參數(shù)。
4）數(shù)字直流電壓表.直流電流表：虛擬直流電壓表量程：0～750V.直流電流表0～3A。由一個四位的數(shù)字表頭檔位選擇開關(guān)，自動量程，告警指示燈，復(fù)位按鈕和接線柱組成。仿真實驗時可實時測量顯示電路參數(shù)。
5）雙路恒壓源：輸出可調(diào)電壓0~30V。界面中設(shè)置檔位開關(guān)和電壓調(diào)節(jié)旋鈕，表頭顯示輸出電壓的值。
6）恒流源：調(diào)節(jié)旋鈕來調(diào)節(jié)輸出電流值，表頭顯示電流輸出值；電流檔位2mA，20mA，200mA可點擊檔位旋鈕切換。
7）要求以上虛擬儀表模型要求與本次采購的電工電子實驗臺實物相一致。學(xué)生可方便地在系統(tǒng)中找到實驗需要的模型，學(xué)生做仿真實驗時，儀表的使用與操作實物一樣，使仿真實驗更加真實.直觀。
8）各儀器儀表.元器件之間的連線由學(xué)生自由連接，學(xué)生自行完成不同的實驗項目。投標(biāo)文件需提供實驗示例說明。
9、電機(jī)實驗開發(fā)教學(xué)系統(tǒng)軟件（整個實驗室配1套）
1）軟件應(yīng)基于通用的Matlab仿真軟件開發(fā)設(shè)計，用戶通過填寫電機(jī)運行的相關(guān)參數(shù)，可運行仿真計算即可自動生成各種電機(jī)特性曲線。仿真實驗內(nèi)容：變壓器實驗、直流電機(jī)實驗、三相異步電機(jī)實驗、三相同步電機(jī)實驗。
2）軟件主要功能要求如下：
（1）單、三相變壓器實驗：高壓側(cè)及低壓側(cè)均有“額定電壓值、額定電流值、電阻標(biāo)幺值、電抗標(biāo)幺值”顯示，額定容量、變壓比、勵磁電阻、勵磁電抗顯示；
（2）直流發(fā)電機(jī)負(fù)載實驗：他勵調(diào)整特性實驗，可以改變多組的“負(fù)載電阻、勵磁回路電阻”值，能采集多組不同的“負(fù)載電流、勵磁電流”數(shù)據(jù)；外特性實驗可改變多組的“負(fù)載電阻”值，能采集多組不同的“輸出電壓、負(fù)載電流”數(shù)據(jù)；能夠顯示“外特性、調(diào)整特性”曲線。界面能切換顯示“他勵發(fā)電機(jī)負(fù)載仿真圖”。
（3）三相同步電機(jī)“空載試驗”，可改變多組的“勵磁電壓值”，能采集到多組不同的“空載電壓、勵磁電流”數(shù)據(jù)，能顯示“空載特性”曲線圖。
（4）三相同步電機(jī)“負(fù)載試驗”，可改多組的“負(fù)載電阻值”，能采集到多組不同的“三相電壓、三相電流”數(shù)據(jù)，能顯示“負(fù)載特性”曲線圖。
（5）三相鼠籠電機(jī)空載實驗：可改變多組的“空載電壓值”，能采集多組不同的“空載電流、空載功率”數(shù)據(jù)，能夠顯示“特性曲線”，同時界面能切換顯示“仿真模型”、“原理結(jié)構(gòu)”。
（6）三相鼠籠電機(jī)負(fù)載實驗：可改變多組的“電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩值”，能采集到多組不同的“定子電流、輸入功率、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、輸出轉(zhuǎn)矩、電機(jī)效率、轉(zhuǎn)差率、cosφ”數(shù)據(jù)，能顯示“工作特性”曲線圖。同時界面能切換顯示“負(fù)載仿真圖”。
11、金屬探傷儀創(chuàng)新實驗套件（整個實驗室配1套）
要求系統(tǒng)包含：STM32F103核心板、液晶顯示與鍵盤電路、直流減速電機(jī)驅(qū)動電路、被測對象機(jī)構(gòu)、位移傳感器、電渦流傳感器、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路等幾部分組成。要求說明該自動檢測系統(tǒng)的工作原理和功能。
定點檢測功能：檢測有/無缺陷，探頭狀態(tài)要求實時顯示，檢測到有缺陷時，缺陷數(shù)量自動加1，無缺陷時不需輸出指示。自動檢測功能：逐行或逐列掃描對被測工件進(jìn)行自動檢測，要求探頭坐標(biāo)和探頭狀態(tài)實時顯示。當(dāng)檢測到缺陷時，檢測暫停，缺陷數(shù)量加1，按下回車鍵后檢測繼續(xù)，直至掃描完畢。
二次開發(fā)：要求滿足學(xué)生進(jìn)行編程設(shè)計及二次開發(fā)功能。
12、STM32單片機(jī)實訓(xùn)模塊（整個實驗室配1套）
（1）STM32f103核心板：
核心芯片采用STM32F103，基于ARM Cortex-M3內(nèi)核，配置方式JTAG全部引出。片內(nèi)資源豐富，512K Flash，64K RAM；3個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器；2通道12位D/A轉(zhuǎn)換器；12通道DMA控制器；多達(dá)11個定時器；多達(dá)5個USART接口；多達(dá)3個SPI接口；板載外圍器件：串口通訊芯片、USB轉(zhuǎn)串口芯片。線路板上以扁平帶方式引出72路IO口分9組，分別為JA-JI，方便與外圍電路數(shù)據(jù)地址線連接；配套仿真器；
（2）數(shù)碼管顯示和鍵盤電路
包括八位數(shù)碼管顯示單元、查詢式鍵盤、矩陣式鍵盤所組成；
（3）點陣顯示和鍵盤電路
包括32*32點陣和矩陣式鍵盤。配合核心板可完成點陣動態(tài)掃描實驗，矩陣式鍵盤實驗；
（4）液晶顯示和鍵盤電路
包括一塊1602液晶屏和一塊12864液晶屏、查詢式鍵盤和矩陣式鍵盤；
（5）IC卡讀寫電路
模塊由射頻芯片F(xiàn)M1702，射頻卡，磁珠，電感等相關(guān)元件組成，通過核心板控制實現(xiàn)對IC卡的讀寫功能；
（6）ADS7950 串口A/D轉(zhuǎn)換電路
模塊由模擬信號輸入電路、ADS7950及外圍電路、數(shù)字信號輸出電路組成，其中輸入部分有放大和偏置功能，ADS7950功能腳及數(shù)字輸出由PMOD口引出；
（7）并口A/D轉(zhuǎn)換電路
模塊由模擬信號輸入電路、ADS7862及外圍電路、數(shù)字信號輸出電路組成，其中輸入部分有放大和偏置功能，ADS7862,12BIT,2+2CH；
（8）ADS118串口A/D轉(zhuǎn)換電路
模塊由模擬信號輸入、AD1118及外圍電路、偏置電路、數(shù)字信號輸出電路組成， AD1118功能腳及數(shù)字輸出由PMOD口引出。SPI，4CH，16BIT，可通過內(nèi)部PGA設(shè)置信號放大倍數(shù)；
（9）串口D/A SPI轉(zhuǎn)換電路
模塊D/A轉(zhuǎn)換電路主要由數(shù)字信號輸入電路、DAC124S085及外圍電路、模擬信號輸出電路組成。其中輸出部分有放大、偏置和反向功能，DAC124S085數(shù)字輸入口PMOD引出。SPI，4CH，16BIT。可通過跳線帽調(diào)節(jié)輸出的極性；
（10）并口D/A轉(zhuǎn)換電路
模塊由數(shù)字信號輸入電路、TLV5613及外圍電路、模擬信號輸出電路組成。其中輸出部分有放大、偏置和反向功能，TLV5613數(shù)字輸入口PMOD引出。1CHX2，12BIT，可通過跳線帽調(diào)節(jié)輸出的極性；
（11）串口DA IIC轉(zhuǎn)換電路
模塊D/A轉(zhuǎn)換電路主要由數(shù)字信號輸入電路、DAC7571及外圍電路、模擬信號輸出電路組成。DAC7571數(shù)字輸入口PMOD引出。IIC，1CHX2，12BIT，可通過跳線帽調(diào)節(jié)輸出的極性；
（12）V/F和F/V轉(zhuǎn)換電路
輸入電壓信號經(jīng)運算器放大、偏置后通過芯片LM331進(jìn)行V/F轉(zhuǎn)換；輸入數(shù)字信號經(jīng)LM2907MF/V轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)運算器放大、偏置后輸出得到轉(zhuǎn)換結(jié)果。頻率的輸入輸出可由STM32 MCU控制，也可由二號接線柱引入、引出；
（13）可編程增益放大電路
模塊包含兩路PGA112可編程增益放大電路，2CH,SPI,輸出可通過MCU選擇通道及增益設(shè)置。輸出也可直接進(jìn)入MCU A/D輸入口；
（14）信號濾波電路
模塊包含兩路二階低通濾波電路和兩路四階低通濾波電路。其輸出為模擬量輸出；
（15）開關(guān)量輸入輸出電路
模塊由一塊TCA6416A低壓16 位 I2C 和SMBus I/O 擴(kuò)展器，輸入輸出接口組成?？赏ㄟ^MCU設(shè)置I/O方向，包含4路低電平輸入、4路光耦隔離輸入，4路晶體管輸出及4路繼電器輸出；
（16）功率運放輸出電路
模塊用二個達(dá)林頓管子（TIP132、TIP137）是來放大直流電機(jī)驅(qū)動電流；
（17）雙路PWM輸出電路
電路供電電壓可以根據(jù)所選控制對象進(jìn)行選擇，量程為12~50V,CPU 可以同時輸出兩組脈沖信號，經(jīng)過隔離后，由高速驅(qū)動芯片UCC27324控制兩個低端MOSFET，從而控制輸出；
（18）H橋PWM輸出電路
電路為H橋PWM輸出電路，CPU可以同時輸出四組脈沖信號，經(jīng)過隔離后，由雙路全橋PWM電機(jī)驅(qū)動器DRV8412來驅(qū)動電機(jī)，該芯片有過熱保護(hù)，和故障檢測功能；
（19）環(huán)境參數(shù)檢測電路
模塊可實現(xiàn)光強(qiáng)檢測、TMP275數(shù)字輸出溫度傳感器、溫濕度檢測、紅外熱釋電、氣敏檢測這些功能。各個部分輸出都是數(shù)字量信號；
（20）儀用放大電路
采用高共模抑制比儀用放大器電路，有很強(qiáng)的共模抑制能力和較小的輸出漂移電壓。該模塊可用DC12V供電，輸出為模擬量信號；

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