一、簡述
傳感器與電子測量在線實驗平臺將電子測量儀器所涉的傳感器、微弱信號檢測、信號變送（電信號變換）、信號調(diào)理（各種放大器設(shè)計）、信號模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、微處理器常用數(shù)據(jù)總線（SPI、I2C、單總線等）、通信總線（RS232（485）、CAN、MBUS）等功能通過分布式數(shù)據(jù)采集測控系統(tǒng)展現(xiàn)給學(xué)生，幫助學(xué)生理解傳感器特性和電子測量的基本原理與測量方法、掌握物理量電量間轉(zhuǎn)換關(guān)系及數(shù)據(jù)處理技能、訓(xùn)練常用測量儀器單元電路和功能軟件開發(fā)能力、培養(yǎng)學(xué)生基于現(xiàn)場總線的分布式數(shù)據(jù)采集及虛擬儀器設(shè)計的工程實踐經(jīng)驗。
實訓(xùn)平臺以臺式結(jié)構(gòu)展示，采用口袋板模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，每個模塊均嵌M4微處理器、3寸FTF液晶、一種傳感器、3種通信總線，能完成傳感器、電子測量、通信總線、虛擬儀器等實驗實訓(xùn)；
二、主要技術(shù)參數(shù)
1、實訓(xùn)平臺需支持線上線下實驗，即學(xué)生可在實驗平臺本地實驗和遠(yuǎn)程在線實物實驗，遠(yuǎn)程在線實驗基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、微處理器動態(tài)加載技術(shù)及開關(guān)矩陣電子連線技術(shù)，學(xué)生可通過互聯(lián)網(wǎng)在客戶端瀏覽器進(jìn)行電路搭建、參數(shù)配置、測試點選擇、虛擬儀器操作、實時信號測量等在線實驗。平臺標(biāo)配高清攝像頭，供客戶端學(xué)生在線觀察平臺執(zhí)行器件動作和顯示器件狀態(tài)，攝像頭前后左右位置可控。
2、“互聯(lián)網(wǎng)+智能感知實訓(xùn)平臺”配置5類模塊：傳感與檢測模塊、主控模塊、虛擬儀器、開發(fā)模塊和執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊：
2.1、傳感與檢測模塊：包括電阻式/電感式/電容式/霍爾式/光電式/熱電式各類傳感器、信號調(diào)理電路、微處理器、TFT液晶顯示器、通信總線等單元；信號變送與調(diào)理電路學(xué)生能在后臺瀏覽器上搭建和調(diào)整；
2.2、主控模塊：TFT液晶、微處理器、分布式通信總線、網(wǎng)絡(luò)接口；能完成通信協(xié)議設(shè)計、通信總線應(yīng)用、不同總線的分布式數(shù)據(jù)采集、綜合測控儀器設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)和后臺PC機(jī)數(shù)據(jù)交互等實驗實訓(xùn)、開發(fā)軟件動態(tài)加載；
2.3、虛擬儀器： TFT液晶、微處理器、雙通道差分雙極性模數(shù)轉(zhuǎn)換器、USB接口、信號源驅(qū)動、示波器模擬前端、電壓表電流表接口等；能完成基于LABVIEW虛擬儀器設(shè)計開發(fā)實驗：（虛擬任意信號發(fā)生器、數(shù)字示波器、頻譜儀、電壓表、電流表、邏輯分析儀等虛擬儀器）；
2.4、開發(fā)模塊：設(shè)置多種運算放大器、阻容器件、電位器等，學(xué)生可通過連線自主搭建或設(shè)計微弱信號檢測(不同物理量)、信號調(diào)理放大、信號與變換(電壓電流、電壓頻率)、信號調(diào)制解調(diào)電路、信號分離電路、信號控制等電路實驗；
2.5、執(zhí)行器件：電動絲桿(配攝像頭)、步進(jìn)電機(jī)、繼電器等；執(zhí)行器件能和傳感器配合，實現(xiàn)力、距離、位置、電流、溫度、轉(zhuǎn)速等物理量的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，確保遠(yuǎn)程在線傳感器實驗的閉環(huán)測控；執(zhí)行器件單元內(nèi)置無線網(wǎng)卡和CAN總線模塊，支持遠(yuǎn)程在線控制和在線實驗操作；
2.6、光柵傳感器：執(zhí)行器件單元標(biāo)配光柵傳感器，確保位置閉環(huán)控制，光柵傳感器指標(biāo)：精度5um 行程200mm；
3、嵌入式PC控制器：15寸FHD液晶，8G內(nèi)存 ，8代i5，240G固態(tài)，千兆網(wǎng)口；
4、實驗臺一體化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，嵌入式實驗?zāi)K和液晶顯示器按裝，整體協(xié)調(diào)美觀；實驗?zāi)K標(biāo)準(zhǔn)開模邊框，有機(jī)玻璃保護(hù)，與實驗臺磁鐵吸合，更換方便；實驗臺側(cè)面標(biāo)配電源插座，鍵盤鼠標(biāo)USB接口，布局合理；
三、特點
1、綜合性強(qiáng)：平臺支持傳感器、電子測量、通信總線、虛擬儀器、微處理器、精密位置控制等課程實驗；
2、原理展示生動：配套后臺軟件，通過理論和實際測式曲線對比，理解各種傳感器性能特點及物理量和電量轉(zhuǎn)換原理；
3、實驗方法靈活：支持本地實驗和基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程在線實驗；遠(yuǎn)程在線實驗基于互聯(lián)網(wǎng)，客戶端瀏覽器不需裝任何插件，學(xué)生能：
? 設(shè)置參數(shù)（電源電壓、溫度、壓力、位移、振動幅度頻率等）；
? 搭建調(diào)整電路（電橋電路、放大電路、變換電路、控制增益、橋臂平衡、調(diào)零等）；
? 選擇測量點；
? 操作虛擬儀器（真實儀器面板）；
? 智能儀器設(shè)計；
? 虛擬儀器設(shè)計；
? 開發(fā)軟件遠(yuǎn)程加載
? 截取測量數(shù)據(jù)和測試波形
? 設(shè)計上傳電子報告；
四、 模塊布局與平臺實物
五、平臺配置
序號
模塊名稱
備注
1
力傳感器模塊
5KG壓力傳感器（半橋、全橋）
2
熱電偶傳感器模塊
熱電偶，陶瓷加熱片，閉環(huán)控制
3
熱電阻傳感器模塊
熱電阻，陶瓷加熱片，閉環(huán)控制
4
霍爾、電流傳感器模塊
步進(jìn)電機(jī)控制、轉(zhuǎn)速與電流測量
5-1
電渦流位移傳感器模塊
傳感器結(jié)構(gòu)與原理，位移測量；
5-2
體征傳感器模塊
測人體心率、血壓
6
總線式傳感器模塊
單總線溫度、SPI氣壓高度、I2C激光測距
7
振動傳感器模塊
振動幅頻控制與測量
8
噪聲傳感器模塊
噪音測量
9
智能家居傳感器模塊
溫濕度、光敏、氣敏
10
主控模塊
基于CAN、RS232、MBUS通信總線，采集和控制各傳感器模塊，完成分布式數(shù)據(jù)采集、在線測控命令轉(zhuǎn)發(fā)、遠(yuǎn)程開發(fā)軟件加載等；
11
虛擬儀器開發(fā)模塊
DDS信號源、4通道示波器、8路邏輯分析儀、頻譜儀、數(shù)控電源等測量接口和軟件設(shè)計
12
測距與位置傳感、執(zhí)行器件模塊
電動絲桿，光柵測距，電容式、電感式位置控制等，壓力傳感器遠(yuǎn)程控制等；
13
嵌入式PC控制器
15寸工控液晶，I5處理器（選配）
六、在線實現(xiàn)驗軟件界面
潤眾在線實驗室
開發(fā)軟件遠(yuǎn)程加載
線上設(shè)計壓力傳感器橋臂電路（1/4、1/2、全橋可設(shè)，測量電路增益可調(diào)）
七、實訓(xùn)類型
第一章 電子測量（傳感器）電路實驗1 比例放大器
實驗2 測量放大器
實驗3 直流電壓測量電路
實驗4 直流電流測量電路
實驗5 電壓電流/電壓頻率變換電路實驗
實驗6 頻率測量電路
實驗7 交流電壓測量電路
實驗8 直流電橋測量電路
實驗9 相敏檢波實驗
實驗10 PWM控制電路實驗
第二章 微處理使用與模數(shù)轉(zhuǎn)換
實驗1 stm32微處理器硬件資源使用（IO口、中斷、定時、比較、捕捉、DMA）；
實驗2 stm32 數(shù)據(jù)總線使用（SPI、I2C）
實驗3 stm32人機(jī)對話接口設(shè)計（矩陣鍵盤、TFT彩色液晶顯示）
實驗4 模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換基本概念介紹
實驗5 stm32模數(shù)轉(zhuǎn)換實驗
實驗6 雙極性多量程多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換；
第三章 傳感器與嵌入式智能儀表設(shè)計
實驗1 編碼開關(guān)參數(shù)設(shè)置與TFT液晶人機(jī)對話
實驗2 熱電阻傳感器與溫度計
實驗3 熱電偶傳感器與溫度計
實驗4 應(yīng)力片傳感器與測力計
實驗5 電渦流傳感器原理與位移檢測儀實驗
實驗6 電容式傳感器原理與位移檢測儀實驗
實驗7 霍爾式傳感器原理與位移檢測儀實驗
實驗8 心率、血壓計
實驗9 氣壓、高度計
實驗10超聲波傳感器與測距儀
實驗11電量測量分析儀（電壓表與電流表）
實驗12 基于PID算法的電機(jī)測控儀
實驗13 基于PID算法的溫度控制儀
實驗14智能家居測控系統(tǒng)
實驗15基于絲桿與光柵傳感器的精準(zhǔn)定位與位置控制實驗
第四章 局域網(wǎng)綜合測量儀器
實驗1 點對點異步通信接口設(shè)計與數(shù)據(jù)傳輸
實驗2 點對點CAN通信接口設(shè)計與數(shù)據(jù)傳輸
實驗3 點對點MBUS通信接口設(shè)計與數(shù)據(jù)傳輸
實驗4 網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計與數(shù)據(jù)傳輸
實驗5 基于RS32總線的分布式數(shù)據(jù)采集與嵌入式儀表設(shè)計
實驗6 基于CAN總線的分布式數(shù)據(jù)采集與嵌入式儀表設(shè)計
實驗7 基于MBUS總線的分布式數(shù)據(jù)采集與嵌入式儀表設(shè)計
實驗8 基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬綜合儀表設(shè)計
實驗9 基于WIFI的APP傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)采集
實驗10 基于WIFI的APP執(zhí)行器件動作控制
第五章 虛擬儀器設(shè)計
實驗1、LABVIEW軟件基本編程實驗
實驗2、LABVIEW的DLL與API調(diào)用實驗
實驗3、LABVIEW的CIN節(jié)點調(diào)用實驗
實驗4、LABVIEW的ActiveX實驗
實驗5、LABVIEW的Matiab混合編程
實驗6、LabVIEW的子VI編程實驗
實驗7 虛擬信號源設(shè)計
實驗8 虛擬示波器設(shè)計
實驗9 虛擬頻譜儀設(shè)計
實驗10虛擬邏輯分析儀設(shè)計
八、實驗室配置
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序號 |
設(shè)備名稱 |
數(shù)量 |
|
1 |
傳感器與電子測量在線實驗平臺 |
每組一臺（標(biāo)配） |
|
2 |
嵌入式計算機(jī) |
每組一臺（選配） |
|
3 |
在線實驗網(wǎng)管平臺 |
1套（選配，遠(yuǎn)程實驗需要） |
|
4 |
在線實驗操作平臺 |
1套（選配，遠(yuǎn)程實驗需要） |
|
5 |
100M雙蹤示波器 |
每組一臺 |
九、附一
在線實驗網(wǎng)管平臺與操作平臺
1、在線實驗網(wǎng)管平臺? 用戶管理
用戶類型分為教師用戶和學(xué)生用戶：
教師用戶分為管理教師與普通教師；管理教師可以管理遠(yuǎn)程虛擬實體實驗室的一切日常事務(wù)，包括用戶管理、課程管理、實驗室配置、實驗內(nèi)容編輯、實驗時間安排、公告管理等功能；
普通教師可以發(fā)布管理公告（APP）、設(shè)置學(xué)生實驗權(quán)限（APP）、輔導(dǎo)學(xué)生實驗（APP）、批改實驗報告；
學(xué)生用戶能夠查看實驗時間、調(diào)閱實驗課件、進(jìn)行實驗操作、上傳實驗報告和查看成績。
? 實驗室管理
分配實驗設(shè)備、建立用戶鏈接；
建立實驗設(shè)備性能擋案，便于教師查閱維護(hù)；
統(tǒng)計實驗設(shè)備利用率；
2、在線實驗操作平臺
? 客戶端操作平臺基于瀏覽器設(shè)計，當(dāng)用戶點擊進(jìn)入在線操作實驗時，系統(tǒng)會自動分配給用戶一個實驗設(shè)備（這個實驗設(shè)備在5分鐘內(nèi)只有該用戶可以連接），當(dāng)用戶通過瀏覽器運行提供的實驗軟件時，軟件會連接服務(wù)器，服務(wù)器通過記錄的IP地址判斷連接用戶身份，為實驗箱和客戶端的中繼數(shù)據(jù)，用戶在客戶端的操作會直接發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器判斷用戶身份后轉(zhuǎn)發(fā)給對應(yīng)的實驗箱；實驗箱將測量數(shù)據(jù)實時的發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器會根據(jù)保存的設(shè)備使用記錄的信息將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給對應(yīng)的客戶端（如果客戶端是連接的話）；
? 學(xué)生通過瀏覽器調(diào)閱實驗課件了解實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗?nèi)容、實驗步驟、實驗注意事項；
? 客戶端實驗操作：設(shè)計并調(diào)試傳感器前端變送電路、測量實驗數(shù)據(jù)、基于總線的分布式數(shù)據(jù)采集；
? 提供基于瀏覽器的虛擬儀器（虛擬示波器、虛擬信號源、虛擬電壓表電流表、虛擬邏輯分析儀），能實時測試各測試點時域波形、電壓電流、邏輯信號，完成原理實全和設(shè)計實驗；
? 動態(tài)加載二次開發(fā)各種算法軟件，實時反饋算法結(jié)果，驗證二次開發(fā)算法性能；
? 教師能通過管理員平臺隨時遠(yuǎn)程監(jiān)視學(xué)生實驗過程，觀測學(xué)生實驗結(jié)果，輔導(dǎo)學(xué)生實驗，解答學(xué)生實驗疑問；
