智能化電工電子實(shí)訓(xùn)平臺

智能化電工電子實(shí)訓(xùn)平臺
一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求
1、電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)
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(yàn)證
5）戴維南定理的驗(yàn)證
6）等效網(wǎng)絡(luò)變換原理與實(shí)驗(yàn)測試
7）受控源實(shí)驗(yàn)
8）雙口網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)
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(dòng)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(shí)驗(yàn)
20）互感電路測量實(shí)驗(yàn)
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(dòng)
26）三相異步電機(jī)正、反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)
27）三相異步電機(jī)順序起動(dòng)
28）能耗制動(dòng)
2、模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)
1）晶體管共射極放大器
2）場效應(yīng)管源極輸出器
3）差動(dòng)放大器
4）多級放大器的開環(huán)和閉環(huán)特性
5）集成運(yùn)放的指標(biāo)測試
6）集成運(yùn)放組成的基本運(yùn)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(shí)驗(yàn)
1）TTL與非門靜態(tài)參數(shù)的測試
2）TTL與非門的動(dòng)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(jì)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(shí)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(shí)驗(yàn)
1）元件伏安特性的測繪
2）基爾霍夫定律和疊加原理的驗(yàn)證
3）戴維南定理的驗(yàn)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(dòng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)
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(shí)驗(yàn)桌：使用上述掛架，安裝實(shí)驗(yàn)?zāi)K；實(shí)驗(yàn)臺所含一體儲物柜，用來存放實(shí)驗(yàn)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(jì)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(jì)，量程自動(dòng)切換，功能可切換，真有效值測量，超量程自動(dòng)報(bào)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(dòng)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(dòng)和自動(dòng)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(shí)驗(yàn)?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(jì)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(shí)驗(yàn)。
3）三相交流電路：提供三相燈泡負(fù)載電路，每相3個(gè)25W燈泡并聯(lián)，每個(gè)燈泡都有控制開關(guān)，可完成三相不平衡負(fù)載實(shí)驗(yàn)，
4）交流電路：提供實(shí)驗(yàn)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(dòng)態(tài)電路、4組電流取樣插座和1個(gè)2kΩ/2W電位器。電路需滿足實(shí)驗(yàn)要求。
6）受控源：提供受控源VCCS、CCVS電路，可完成四種受控源實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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(shí)間繼電器、按鈕等，完成電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)。
10）模擬電子實(shí)驗(yàn)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(yáng)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(yùn)放及分列元件1等模擬電路實(shí)驗(yàn)?zāi)K。提供場效應(yīng)管和差動(dòng)放大電路。提供集成運(yùn)放及分列元件2.可完成有源濾波電路實(shí)驗(yàn)、比較器電路實(shí)驗(yàn)和運(yùn)算放大器性能指標(biāo)測試實(shí)驗(yàn)。
11）數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?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(shí)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(shí)驗(yàn)導(dǎo)線及配件：采用全封閉安全實(shí)驗(yàn)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(gè)外觸發(fā)通道，具有獨(dú)立旋鈕控制；
（2）帶寬≥200MHz；實(shí)時(shí)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(shí)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(shí)等觸發(fā)；
（7）自動(dòng)測量：不小于30種自動(dòng)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(gè)終端）
要求軟件提供各種實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)電工電子的仿真實(shí)驗(yàn)。
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(gè)四位的數(shù)字表頭等組成。仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)可實(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)時(shí)可實(shí)時(shí)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(gè)四位的數(shù)字表頭檔位選擇開關(guān)，自動(dòng)量程，告警指示燈，復(fù)位按鈕和接線柱組成。仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)可實(shí)時(shí)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)臺實(shí)物相一致。學(xué)生可方便地在系統(tǒng)中找到實(shí)驗(yàn)需要的模型，學(xué)生做仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，儀表的使用與操作實(shí)物一樣，使仿真實(shí)驗(yàn)更加真實(shí).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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。投標(biāo)文件需提供實(shí)驗(yàn)示例說明。
9、電機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)教學(xué)系統(tǒng)軟件（整個(gè)實(shí)驗(yàn)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(jì)，用戶通過填寫電機(jī)運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)，可運(yùn)行仿真計(jì)算即可自動(dòng)生成各種電機(jī)特性曲線。仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：變壓器實(shí)驗(yàn)、直流電機(jī)實(shí)驗(yàn)、三相異步電機(jī)實(shí)驗(yàn)、三相同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)。
2）軟件主要功能要求如下：
（1）單、三相變壓器實(shí)驗(yàn)：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(lì)磁電阻、勵(lì)磁電抗顯示；
（2）直流發(fā)電機(jī)負(fù)載實(shí)驗(yàn)：他勵(lì)調(diào)整特性實(shí)驗(yàn)，可以改變多組的“負(fù)載電阻、勵(lì)磁回路電阻”值，能采集多組不同的“負(fù)載電流、勵(lì)磁電流”數(shù)據(jù)；外特性實(shí)驗(yàn)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(lì)發(fā)電機(jī)負(fù)載仿真圖”。
（3）三相同步電機(jī)“空載試驗(yàn)”，可改變多組的“勵(lì)磁電壓值”，能采集到多組不同的“空載電壓、勵(lì)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(yàn)”，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(shí)驗(yàn)：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(shí)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(shí)驗(yàn)：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(shí)界面能切換顯示“負(fù)載仿真圖”。
11、金屬探傷儀創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)套件（整個(gè)實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(dòng)檢測系統(tǒng)的工作原理和功能。
定點(diǎn)檢測功能：檢測有/無缺陷，探頭狀態(tài)要求實(shí)時(shí)顯示，檢測到有缺陷時(shí)，缺陷數(shù)量自動(dòng)加1，無缺陷時(shí)不需輸出指示。自動(dòng)檢測功能：逐行或逐列掃描對被測工件進(jìn)行自動(dòng)檢測，要求探頭坐標(biāo)和探頭狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示。當(dāng)檢測到缺陷時(shí)，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(jì)及二次開發(fā)功能。
12、STM32單片機(jī)實(shí)訓(xùn)模塊（整個(gè)實(shí)驗(yàn)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(gè)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(gè)定時(shí)器；多達(dá)5個(gè)USART接口；多達(dá)3個(gè)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(diǎn)陣顯示和鍵盤電路
包括32*32點(diǎn)陣和矩陣式鍵盤。配合核心板可完成點(diǎn)陣動(dòng)態(tài)掃描實(shí)驗(yàn)，矩陣式鍵盤實(shí)驗(yàn)；
（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(shí)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(yùn)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(yùn)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。可通過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(yùn)放輸出電路
模塊用二個(gè)達(dá)林頓管子（TIP132、TIP137）是來放大直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)輸出兩組脈沖信號，經(jīng)過隔離后，由高速驅(qū)動(dòng)芯片UCC27324控制兩個(gè)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(shí)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(dòng)器DRV8412來驅(qū)動(dòng)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(shí)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(gè)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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