TW-JD19 传感器与检测技术课程创新实验平台
一、概述
1.实验平台能满足传感器与检测技术课程群的实验需求，并且具有占用空间小、挂箱设计规范、互换性强，从基本实验到构成完整系统在一台实验装置上便可以全部实现。避免了不同课程需要不同实验装置、占用空间大、难以构成完整系统、不方便实施综合性和设计型实验的麻烦。
2.能适应不同专业和不同层次的教学需要，可按不同需求选择不同的配置，并可根据用户的要求增添实验挂箱。
3.实验装置能完成传感器与检测技术相关课程实验，通过实验能掌握各种传感器原理、信号处理电路及检测方法。
4.传感器部分：包括压力、压电、应变、电容、霍尔、温度、光敏、气敏（酒、CO）、电涡流、光纤位移、长光栅位移、差动变压器、光电耦合等各种常见传感器。
5.检测部分：利用工业实际中广泛采用的成熟电路完成对各种传感器信号的拾取、转换、调理、采样、存储、解算、控制及显示等处理电路，实验装置充分考虑抗干扰及可靠性技术的应用，学生可以学以致用。
6.通过使用本实验平台，有利于广大学生对书本知识的理解和深化，在完成传感器与检测技术等一系列基本实验后，便能掌握传感器与检测技术课程群所要求的基本原理、操作技能和动手能力。若再完成一个或几个综合型实验，则对系统有一个较为全面的认识，形成基本的解决实践问题的知识体系。如果能进一步完成设计型乃至创新型实验，则将形成解决实践问题的能力和积累解决实践问题的经验，进而培养其创新精神和创新能力。
二、特点
1.模块化设计：采用标准的模块化设计，增强系统的结构性和互换性。
2. 总线标准：建立统一的内总线和接口约定，以实现*灵活的个性化配置、扩展和系统管理。
3.可更换的核心系统：为适应不同厂家的处理器、不同种类的处理器，通过改变系统核心卡来实现使用不同家族的单片机或者是不同种类的处理器（如MCU、DSP、ARM）等来组成系统。
4.快速连接线设计：提供三种连线方式①采用金质缩紧孔单线接线；②采用排线集中接线；③自动免连线模式接线。各模块在设计时均融入三种连线方式于设计过程。
5.一机多用：采用实验现场与实验准备室相结合的设计构思，在实验装置上仅配备*常用的模块，在实验装置内放置次常用模块，在实验准备室中放置其他模块。由此实现了该实验装置能够实现一机多用、便于扩展和综合的目标。
6.接近工程实际：实验装置上采用多种工业型传感器，既可以用来完成传感器原理、结构与调理电路的教学，也可以用解决工业工程和过程中的实际问题。
7.学以致用：构成实验装置中的智能仪器的各模块，在其设计时充分体现实际系统的抗干扰设计技术和可靠性设计技术，其核心卡可作为实际智能仪器的核心单元。实验装置中信号转换与信号调理电路采用工业和工程实际中所采用的成熟电路。实验装置中使用的各种数字信号处理方法，采用典型的也是未来实践系统首选的数字信号处理手段，具有很强的工程实用特征。
8.持续发展：结合单片机、嵌入式单片、FPGA/CPLD、DSP及ARM知识可以将检测系统或智能仪器提高到更高的层次。
9.智能仪器仪表设计：结合工程实际给出了一个将常规仪器实现智能化的实例。
10.虚拟仪器仪表设计：结合数据采集卡设计虚拟仪器仪表。
11.研究与创新能力培养：实验装置中选用的几项综合型实验，是典型的检测仪表或工业应用系统的微型化，既能够使学习者领略检测技术的典型应用和掌握成熟可靠的检测系统的设计技术，又是培养和发挥学生创新能力、开展创新实验的实验平台。
12.开放式设计：实验装置中的软、硬件及系统均按照全开放的思想进行设计，以便于学生开展研究型和创新型的实验。
13.最小知识单元：为每个模块均可拆分到该知识层次的最小知识单元。
三、适用范围
实验台主要针对高校大学生课程设计、毕业设计和电子设计竞赛的开发平台，体现了灵活、开放、创新、综合、跨领域、跨专业的设计理念。其功能扩展模块覆盖了多个专业多门课程，适合电子类、通信类、自动化类、计算机类、机电类、测控仪器类等专业的学生进行综合、创新设计。
四、结构简介
本装置由控制屏，实验桌、活动挂箱及扩展模块、实验箱组成。实验台美观大方，尺寸可选；活动挂箱包括CPU挂箱、接口挂箱、对象挂箱、ARM挂箱；其功能扩展模块覆盖了多个专业多门课程，包含CPU类、通用接口类、人机界面类、信号变换隔离类、通信类、执行机构类、传感器类共40多项。
五、技术指标
1.输入电源：单相三线220V±10% 50Hz
2.工作环境：温度-10℃～+40℃ 相对湿度＜85%(25℃) 海拔＜4000m
3.绝缘电阻：＞3MΩ
4.漏电保护：漏电动作电流≤30mA，动作时间≤0.1s
5.装置容量：＜200VA
6.外形尺寸：1620mm×805mm×1400mm
六、装置的配备及技术性能
本装置主要由实验控制屏和实验桌两部分组成。
(一)实验控制屏
1.电源及保护体系
(1)直流稳压电源，每套功能配置如下：① ±5V/1A和±15V/1A各两路，一路＋24V/1A，均具有短路软截止自动恢复保护功能；② 0～30V/1A连续可调电源一路，具有短路软截止自动恢复保护功能，带数显电压表切换指示；
(2)实验装置设有漏电保护，控制屏若有漏电现象，漏电流超过一定值，即切断电源，对人身安全起到一定的保护。
2.仪器仪表
(1)信号发生器：1k～10kHz音频信号；1～30Hz低频信号
(2)数字式电压表：量程0～20V，分为200mV、2V、20V三档，输入阻抗大，精度高
(3)频率/转速表：频率测量范围1～9999Hz，转速测量范围1～9999rpm
(4)高精度温度调节仪：多种输入输出规格，人工智能调节以及参数自整定功能，先进控制算法，温度控制精度±0.5 oC
3.传感器由三个实验箱(335mm×445mm)、一个加热模块和11块信号调理模块组成
(1) 传感器实验箱(一)
转动源部分:转动源、霍尔传感器、光电传感器；应变片称重传感器；可更换的传感器：差动变压器传感器、电容传感器、涡流传感器、霍尔位移传感器、磁电式传感器、光纤位移传感器、湿敏传感器、酒精传感器。
(2) 传感器实验箱(二)
振动源部分:应变片振动台、压电电传感器，气体压力传感器部分:气压源 、两气压计、气体压力传感器。
(3) 传感器实验箱(三)
长光栅位移传感器部分：长光栅位移传感器、步进电机；圆光栅角位移部分：光电编码器、步进电机。
(4) 温度特性传感器加热源
包括：热敏电阻传感器，热电偶传感器，PT100铂电阻
(5)信号调理模块(配有11块)：差动变压器模块、电容传感器模块、电涡流传感器模块、光纤位移传感器模块、霍尔传感器模块、温度传感器模块、压电传感器模块、压力传感器模块、移相器、相敏检波器、低通滤波器模块、应变片传感器模块、光栅调理模块。
4.实验挂箱及实验模块, 挂件尺寸：340mm×370mm
(1)控制器单元挂箱：配有8051单片机模块、C8051嵌入式单片机模块、DSP5402处理器模块(模块PCB板尺寸：110mm×80mm)、其他CPU外围单元、译码模块
(2)信号转换单元挂箱, 挂件尺寸：170mm×370mm
配有8位并行AD模块、12位并行AD模块、8位并行DA模块、12位并行DA模块、I/O口扩展模块、转换模块（模块PCB板尺寸：120mm×80mm）
* (3)通信与打印机单元挂箱, 挂件尺寸：170mm×370mm
配有RS232/RS485通信模块、USB通信模块，网络控制器模块（模块PCB板尺寸：120 mm×80mm）、打印机放在挂箱底板上
* (4)键盘与显示单元挂箱, 挂件尺寸：170mm×370mm
配有显示（静态显示、动态显示、液晶显示）模块、CPLD扩展模块、4×4键盘模块（模块PCB板尺寸：120mm×80mm）
* (5)对象控制单元挂箱，挂件尺寸：170mm×330mm
配备有LED显示模块，开关量输出模块、步进电机模块、直流小电机模块、语音处理模块、光耦隔离模块、继电器模块、交通灯模块、双色LED点阵显示模块（模块PCB板尺寸：120mm×80mm）
* (6)ARM7/ARM9单元挂箱，挂件尺寸：340mm×370mm
配有完成ARM7/ARM9实验的基本模块 （核心板ARM7或ARM9选配）
七、实验挂箱具体硬件资源
1.控制器单元挂箱：挂箱主要用于插接不同的CPU模块。挂箱上包含了CPU模块的接口插座和基本实验电路及系统扩展电路，可单独完成大部分的基本实验，挂箱上有三个（40P、20P、50P）扁平电缆接口槽用于和其他挂箱连接。挂箱上的资源如下：
(1)8259中断源模块（扩展8路外部中断源）
(2)8255接口模块
(3)8279键盘显示接口模块
(4)8254可编程定时器模块
(5)硬件看门狗电路模块
(6)I2C EEROM模块
(7)I2C并行接口模块
(8)I2C时钟模块
(9)单次脉冲模块
(10)开关量输入模块
(11)关量输出模块
控制器单元挂箱支持的CPU模块和译码模块：
模块名称 | 功能指标 |
51系列CPU模块 | 支持80C31、80C51，含32K SRAM、64K ROM 组成数据总线、地址总线和控制总线 |
Cygnal51CPU模块 | 采用美国Cygnal公司的嵌入式单片机C8051F020芯片，含32K SRAM，组成数据总线、地址总线和控制总线 |
*DSP CPU模块 | 采用TI公司的TMS320VC5402芯片，含64K SRAM、1M ROM、XC95144芯片译码控制，组成数据总线、地址总线和控制总线 |
*译码模块 | 采用ALTERA公司的EPM7128完成整个系统的译码工作 |
2.信号转换单元挂箱：挂箱上有两个（26P、40P）扁平电缆接口槽用于和控制器单元挂箱信号连接。挂箱支持的模块：
模块名称 | 功能指标 |
8位并行AD模块 | 由逐次逼近式ADC0809模数转换电路组成8路8位A/D。 |
8位并行DA模块 | 由2片DAC0832数模转换电路组成2路D/A |
12位并行AD模块 | 由多路开关芯片MPC508，可编程增益芯片AD526和逐次逼近式ADS774组成8路12位，可编增益1、2、4、8，转换速度为100K的A/D。 |
12位并行DA模块 | 由DAC7625组成4路输出可变的D/A。 |
I/O扩展模块模块 | 由2块74LS244芯片扩展成16路并行输入电路 由2块74HC273芯片扩展成16路并行输出电路 用74LS164芯片组成串转并输出电路 用74LS165芯片组成并转串输入电路 |
转换模块 | 采用美国NS公司的LM331VF/FV转换电路。 用TLC549芯片组成串行AD转换电路 用LTC1446芯片组成串行DA转换电路 |
*3.通信与打印机单元挂箱：挂箱上有两个（20P、50P）扁平电缆接口槽用于和其他挂箱信号连接，打印机装在挂箱的底板上。挂箱支持的模块：
*4.显示与键盘单元挂箱：挂箱上有两个（20P、50P）扁平电缆接口槽用于和其他挂箱信号连接。挂箱支持的模块：
模块名称 | 功能指标 |
静态显示模块 | 由74LS164芯片驱动 |
动态显示模块 | 采用2个4位8段共阳极数码管，可由8279芯片和CPLD芯片EPM7128驱动 |
液晶显示模块 | 提供122×32点阵的液晶显示屏 |
CPLD模块 | 采用ALTERA公司的EPM7128 |
4×4行列式键盘 | 可由8279芯片和CPLD芯片EPM7128控制 |
*5.对象挂箱：在绝大多数场合，单片机和DSP都是用于控制的，因此必然有一个具体的控制对象。对象挂箱主要用于插接单片机和DSP的控制对象模块。通过对具体对象的控制实验，可使学生加深对单片机和DSP系统工作方式的理解，了解更多的单片机和DSP应用领域。支持的对象类模块包括：
模块名称 | 功能指标 |
继电器模块 | 由2个5V继电器、2个12V继电器和2个24V继电器组成 |
光耦隔离模块 | 由3个TLP521-4芯片组成12入12出 |
双色LED点阵显示模块 | 双色LED显示屏 |
IC 卡读写模块 | I2C总线实现IC卡的读写及识别 |
直流电机模块 | 采用SG3525芯片驱动电机，测速部分由一个霍尔开关组成 |
步进电机 | 采用ULN2003驱动步进电机 |
交通灯模块 | 由12个LED灯组成 |
语音处理模块 | 采用TLC320AD50I芯片组成语音处理电路 |
LED显示模块 | 用16个LED灯组成逻辑电平测试电路 |
开关量模块 | 用16个按键组成高低电平输出电路 |
6.ARM7/ARM9 单元挂箱
该挂箱采用模块化设计，由ARM7核心板、ARM9核心板和面板三大部分组成。
* (1)ARM7核心板包括的资源有：
CPU模块：三星S3C44B0X Arm7TDM1，16位/32位CPU，主频可达66M， 具有WDT、8路10bit A/D、4通道DMA，外部贮存器： 2Mx8bit Flash Rom，8M x 8bit SDARM，带有IIC接口。
USB接口：满足USB1.1规范，使用USBN9603-28M。
以太网接口：采用网络专业芯片RTL8019AS，传输速率可以达到10M。
RS232接口：2个标准RS232异步接口,其中一个用于与PC的超级终端进行通讯，监视程序运行状态。
* (2)ARM9核心板包括的资源有：
CPU模块：（三星S3C2410微处理器，ARM9内核，主频可达202M；64M Nandflash，64M Sdram可稳定运行多种嵌入式实时操作系统）。
标准RS232接口：采用MAX3232专电平转换芯片。
以太网接口：采用专用的网络芯片CS8900A和带有网络变压器的网络接口，支持10M以太网。
USB从接口：采用S3C2410自带的控制器。
USB主接口：采用S3C2410自带的控制器。
(3)面板包括的资源有资源（标准配置）
直流电机、步进电机；LED、键盘单元；A/D转换单元；D/A转换单元；CF卡接口单元；IIS接口；液晶模块（采用5.7寸STN LCD（320×240），256色，还带有4线电阻式触摸屏）； JTAG接口（20针标准ARM仿真器接口）。
* (4) 选配扩展单元：CAN总线接口；RS485接口；GPRS模块（可以实现收发短信，打电话等功能）。
八、基本实验项目
(一) 传感器实验项目
1. 金属箔式应变片―单臂电桥性能实验
2. 金属箔式应变片―半桥性能实验
3. 金属箔式应变片―全桥性能实验
4. 直流全桥的应用―电子秤实验
5. 交流全桥的应用―振动测量实验
6. 扩散硅压阻压力传感器差压测量实验
7. 差动变压器的性能实验
8. 激励频率对差动变压器特性的影响实验
9. 差动变压器零点残余电压补偿实验
10. 差动变压器的应用――振动测量实验
11. 电容式传感器的位移特性实验
12. 电容传感器动态特性实验
13. 直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验
14. 交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验
15. 霍尔测速实验
16. 霍尔式传感器振动测量实验
17. 磁电式转速传感器的测速实验
18. 压电式传感器振动实验
19. 电涡流传感器的位移特性实验
20. 被测体材质、面积大小对电涡流传感器的特性影响实验
21. 光纤传感器的位移特性实验
22. 光电转速传感器的转速测量实验
23. PT100温度控制实验
24. 集成温度传感器AD590的温度特性实验
25. 铂电阻温度特性实验
26. K型热电偶测温实验
27. E型热电偶测温实验
28. 气敏传感器实验
29. 湿敏传感器实验
30. 转速控制实验
(二) 单片机实验项目
80C51单片机实验
1. P1口的输入输出
2. P1口控制继电器实验
3. P1口控制光电隔离实验
4. 外部中断实验
5. 定时器实验
6. 计数器实验
7. SRAM外部数据存储器扩展实验
8. EEPROM外部数据程序存储器实验
嵌入式单片机（C8051）实验
1. 数字I/O口交叉开关设置实验
2. 配置内部和外部振荡器实验
3. I/O输入、输出实验
4. 定时器实验
5. 外部中断实验
6. 计数器实验
7. 音频控制实验
8. 片内模数转换(ADC)实验
9. 片内数模转换（DAC）实验
10. SRAM外部数据存储器扩展实验
11. SPI串行Flash存储器数据读写实验
接口模块实验
1. 硬件看门狗电路实验
2. CPLD地址译码实验
3. Flash ROM外部程序存储器实验
4. 8255并口扩展实验
5. 8255扩展键盘实验
6. 8255扩展7段数据管实验
7. 8255扩展点阵LED实验
8. 8255控制继电器实验
9. 8255光电隔离实验
10. 8255交通灯控制实验
11. 8279键盘显示接口实验
12. 8254定时器实验
13. 8259中断实验
14. 74LS244、74LS273 I/O口扩展实验
15. 74LS273控制继电器实验
16. 74LS273扩展光电隔离实验
17. 74LS165扩展并行输入口实验
18. I2C EEPROM的读写实验
19. I2C串行口扩展电路实验
20. I2C时钟芯片实验
21. 8位A/D实验
22. 8位D/A实验
23. 多路开关实验
24. 可编程增益放大器实验
25. 12位A/D实验
26. 12位D/A实验
27. 串行A/D、D/A实验
28. 函数发生器实验
29. F/V、V/F转换实验
30. RS232通信实验
31. RS485通信实验
32. USB模块通信实验
33. 以太网通信实验
34. 十字路口交通灯实验
35. 双色LED点阵显示实验
36. 液晶显示实验
37. 静态串行显示实验
38. 动态扫描显示实验
39. 阵列式键盘实验
40. 直流电机驱动实验
41. 步进电机驱动实验
42. IC卡读写实验
43. 打印机实验
* (三) DSP5402实验
1. 常用指令实验
2. 数据存贮实验
3. CCS环境下C程序设计
4. 定时器实验
5. 中断实验
6. A/D采样实验
7. D/A转换实验
8. A/D与D/A转换综合实验
9. 数字波形产生实验
10. 语音实时回放及延时实验
11. 语音录音与回放实验
12. BOOTLOADER装载实验
13. 阵列式键盘数码管控制实验
14. 液晶显示器驱动实验
15. 快速傅立叶变换(FFT)实验
16. 有限冲击响应滤波器(FIR)算法
17. 无限冲击响应滤波器(IIR)算法实验
18. 卷积(Convolve)算法实验
19. 离散余弦变换(DCT)算法实验
20. 相关(Correlation)算法实验
21. µ_LAW算法实验
22. DTMF(双音多频)信号的产生和检测
23. 语音编码/解码(G711编码/解码器)
24. 混叠信号的实时数字滤波
25. AD采样FFT分析实验
26. 语音滤波实验
27. 二维图象生成实验
28. 数字图象生成实验
29. UART通信实验
* (四) ARM7/ARM9实验项目
1. 键盘、LED实验
2. 直流电机、步进电机实验
3. RS485通信实验
4. CAN通信实验
5. GSM通信实验
6. IIS音频接口实验
7. 以太网实验
8. USB驱动实验
9. LCD驱动实验
10. 触摸屏实验
11. µCOS-II的移植
12. D/A接口实验
13. 熟悉Linux开发环境
14. SD卡读写实验
15. IIS音频驱动实验
16. USB驱动实验
17. 网络驱动实验
18. Bootload实验
19. Linux内核移植实验
*(五) 综合类实验
1. 键盘、LED发光管实验
2. 行列式键盘、动态显示实验
3. 单片机控制的PWM实现的D/A转换
4. 单片机控制PWM实现D/F转换
5. 8254测量电机转速实验
6. 单片机控制电机转速实验（D/A）
7. 单片机控制电机转速实验（PWM）
8. 温度采集实验
9. IC卡原理实验
10. 考勤机实验
11. 身份认证实验
12. 门禁系统设计
13. 单片机实现PC机键盘控制器实验
14. 用单片机实现高精度脉冲测频
15. 单片机实现的线性V/F转换实验
16. 基于微机控制通信的单片机通用数据采集系统
17. 基于以太网的远程数据采集系统
18. IC智能收费系统实验
19. 基于RS485总线的分布式模拟IC卡电子门锁系统实验
20. 简单多任务实时操作系统（µ/COS）实验
21. 智能家居远程控制模拟系统设计
22. 单片机上网实验
23. 远程抄表系统
24. 基于USB的数据采集卡设计
25. 家庭智能报警系统
*(六) 双CPU综合实验
1. 单片机与DSP双机通信系统
*(七) 综合类仪器仪表实验
虚拟仪器仪表实验
1. 电子秤实验
2. 位移测量仪实验
3. 温度仪实验
4. 转速仪实验
5. 电压表
6. 虚拟示波器
7. 任意波形发生器
*(八)智能仪器仪表实验
1. 电子秤实验
2. 位移测量仪实验
3. 温度仪实验
4. 转速仪实验
5. 电压表
6. 信号发生器