测控专业综合课程设计教学大纲.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date测控专业综合课程设计教学大纲测控专业综合课程设计测控专业综合课程设计教学大纲一、课程代码 二、课程名称（1）中文名：测控专业综合课程设计 三、课程管理院（系）及教研室：计算机科学与信息工程学院 测控与自动化系四、大纲说明1、适用专业、层次：测控技术与仪器专业，本科2、学时与学分数：实验30学时；3学分3、课程的性质、目的与任务：测控专业综合课程设计是实践教学环节中一次较大型的实践训练，旨在培养学生进行系统分析、设计、开发与研究的基本能力。通过综合课程设计的教学实践，使学生对所学的基础理论和专业知识得到巩固，并使学生得到运用所学理论知识解决实际问题的初步认识和锻炼。通过综合课程设计的教学实践，了解测控系统的设计步骤和硬件与软件的开发流程，掌握相关课题的资料收集、整理和分析的方法，进行方案的设计和对比；提高学生的分析、综合能力以及工程设计中计算和绘图的基本能力，为后续的毕业设计和工程实践作必要的准备。4、先行、后续课程本课程的先行课程是电工学、电子技术（模电和数电）、微机原理、C语言程序设计、单片机原理、传感器原理、测控电路、智能仪器等。后续课程是毕业设计。5、考试方式与成绩评定整个课程设计过程由指导老师课堂讲授设计流程与下达设计任务、学生独立设计与调试及学生完成设计报告并演示设计成果三个环节组成。设计成果无实物或未提交设计报告者不得参加本课程的考核，考核成绩为不及格。平时成绩包含考勤和实验室操作规范纪律； 总成绩 = 平时成绩（占10%）+设计说明书（50%）+实物与演示（占40%）总评成绩按优、良、中、及格、不及格划分。6、制订本教学大纲的依据：根据测控技术与仪器专业(本科)培养方案的专业教学要求，参考众多高校相同或相近专业的教学大纲及教学计划，结合我校实际情况制订。五、本课程的基本要求本段是否需要，请指出。实验教学的目的 通过本课程设计使学生能够综合运用所学单片机、测控电路、传感器等专业知识。通过本课程设计，了解测控系统的设计步骤和硬件与软件的开发流程，掌握相关课题的资料收集、整理和分析的方法，进行方案的设计和对比；提高学生的分析、综合能力以及工程设计中计算和绘图的基本能力，为后续的毕业设计和工程实践作必要的准备。实验教学的基本要求利用EDA及辅助设计软件进行电路原理图和PCB图的设计，熟悉常用电子元件的选择，传感器的选型，并熟练使用工具和电子仪器、仪表进行焊接、调试。掌握电子产品的设计流程，掌握电路的调试方法和嵌入式软件的开发环境，具有排除简单电路故障的能力。要求学生根据设计原理图正确搭建电路，正确编写程序，试验操作规范，能得出正确的结果并进行简要分析，写出试验报告和设计报告；并提交设计实物，进行功能与指标的演示。实验教学环节的考核方式和成绩评定标准整个课程设计过程由指导老师课堂讲授设计流程与下达设计任务、学生独立设计与调试及学生完成设计报告并演示设计成果三个环节组成。设计成果无实物或未提交设计报告者不得参加本课程的考核，考核成绩为不及格。平时成绩包含考勤和实验室操作规范纪律； 总成绩 = 平时成绩（占10%）+设计说明书（50%）+实物与演示（占40%）总评成绩按优、良、中、及格、不及格划分。实验时数：32学时分专业、层次不同要求的说明：本课程为测控技术与仪器专业本科学生的必修课程。设定必修实践（实验）内容（项目）的依据：依据重庆工商大学测控技术与仪器专业(本科)培养方案以及现有的实验条件制定该实验内容。实践（实验）内容（项目） 题目1 电子称的设计与制作设计目的（1）使学生掌握金属箔应变片组成的称重传感器的正确使用方法，了解称重传感器的工作原理及在电子称中的应用。（2）使学生掌握电子测量的原理，掌握数据采集、转换电路以及显示、操作人机界面等的设计方法。（3）通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。设计任务和要求（1）设计一个电子称，量程为01.999Kg（也可以选择其它量程），分辨率不大于5g；（2）采用LED数码管显示，可采用3位半A/D转换电路。（3）拓展部分1：具有“清零”、“去皮”和“超重”声光报警功能；（4）拓展部分2：具有RS232或RS485总线接口，能和PC机通信传送称重数据；（5）安装、调试电路，记录调零、定标的数据，并对漂移（零漂、温漂）、重复性、线性度等参数进行测试、分析。（6）写出总结报告。报告中应包括原理框图、参数曲线分析、操作方法、测控流程、实物照片等，调试过程中遇到的问题，改进方法和总结体会。注意事项（1）为避免损坏传感器，使用过程中要注意轻拿轻放。往传感器上放砝码定标时，要反复调零，最后的显示才能准确。（2）在电路调试、定标等过程中应使用万用表监测传感器的供电电源，要保证供电电压、电流恒定，才能保证传感器输出信号与被测量呈线性关系。（3）接线或插拔元器件、芯片时要断电。题目2 DS18B20温度传感器巡回检测报警仪的设计与制作设计目的（1）使学生掌握数字温度传感器使用方法，了解串行通信的工作原理。（2）使学生掌握电子测量的原理，掌握单片机最小系统以及显示、操作人机界面等的设计方法。（3）通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。设计任务和要求（1）设计一个采用DS18B20数字温度传感器的巡回检测报警仪，量程为060（也可以选择其它量程）；（2）具有连接10个以上检测通道的能力，采用至少4位LED显示，其中1位显示通道号，3位显示实时温度（保留1位小数）。（3）能设定10个通道的报警温度（精确到±1），具备超温声光报警功能。（4）设计必要的操作按键。（5）拓展部分：具有RS232或RS485总线接口，能和PC机通信传送温度数据。（6）安装、调试电路，采用水银温度计进行校对，记录测试数据，并对漂移、重复性、线性度等参数进行测试、分析。（6）写出总结报告。报告中应包括原理框图、参数曲线分析、操作方法、测控流程、实物照片等，调试过程中遇到的问题，改进方法和总结体会。题目3 电热锅炉温度控制器的设计设计目的（1）使学生掌握温度传感器的选择和正确使用方法，了解各种温度传感器的工作原理，并通过电热丝实现加热及目标温度自动恒定的反馈控制方法。（2）使学生掌握电子测量的原理，掌握数据采集、转换电路以及显示、操作人机界面等的设计方法。（3）通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。设计任务和要求（1）设计一个温度控制器，控温范围为40100.0，分辨率<±0.5，控制精度±1；（2）采用LED数码管循环显示目标设定温度和实时温度；（3）可以用电炉和不锈钢杯来模拟电热锅炉，可采用双向可控硅作为电子开关；（4）具有目标温度设置功能，具有超温报警功能；（5）拓展部分：具有RS232或RS485总线接口，能和PC机通信传送实时温度数据；（6）安装、调试电路，记录调零、定标的数据，并对加热过程的温控曲线等参数进行测试、分析；（7）写出总结报告。报告中应包括原理框图、参数曲线分析、操作方法、测控流程、实物照片等，调试过程中遇到的问题，改进方法和总结体会。注意事项（1）为避免损坏传感器和测量误差，使用过程中要注意绝缘和充分传递热量。（2）在电路调试、定标等过程中应使用万用表监测传感器的供电电源，要保证供电电压、电流恒定，才能保证传感器输出信号与被测量呈线性关系。（3）接线或插拔元器件、芯片时要断电。题目4 自动感应环境光的调光控制器设计目的 （1）使学生掌握光敏传感器的选择和正确使用方法，了解各种光敏传感器的工作原理，并通过检测环境光的亮度来调整台灯或路灯的照度。（2）使学生掌握电子测量的原理，掌握数据采集、转换电路以及自动调节电路等的设计方法。（3）通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。设计任务和要求（1）设计一个环境光亮度检测电路，并根据环境亮度进行台灯光照强度的自动调节；（2）采用多只LED指示亮度等级，环境亮度达到最高时，自动关闭； （3）拓展部分：具有LED数码显示亮度等级功能；（4）安装、调试电路，记录调零、测试的数据，进行测试、分析；（5）写出总结报告。报告中应包括原理框图、参数曲线分析、操作方法、测控流程、实物照片等，调试过程中遇到的问题，改进方法和总结体会。注意事项（1）由于有AC220V电压，电路测试过程中要注意安全，注意绝缘。（2）在电路调试、定标等过程中应使用万用表监测传感器的供电电源。（3）接线或插拔元器件、芯片时要断电。题目5 晴雨自动晾衣架控制器设计目的（1）使学生掌握光敏传感器的选择和正确使用方法，了解各种光敏传感器的工作原理，掌握自制湿度传感器的设计方法。并通过检测环境光和湿度（下雨）的情况，实现晾衣架自动伸折，达到在阳台上晴天晾晒衣物，雨天收回衣物的作用。（2）使学生掌握电子测量的原理，掌握数据采集、转换电路以及电机的驱动和换向等电路的设计方法。（3）通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。设计任务和要求（1）设计一个环境光亮度检测电路和湿度检测电路；（2）采用LED指示晴雨天气和电机转向；（3）根据检测到的晴雨状况，控制电机方向，实现晴天支衣架，雨天收折衣架的功能； （4）拓展部分：具有遥控功能，采用红外传感器实现衣架收折。（5）安装、调试电路，记录测试的数据，进行分析；（6）写出总结报告。报告中应包括原理框图、操作方法、测控流程、实物照片等，调试过程中遇到的问题，改进方法和总结体会。注意事项（1）注意传感器的安装位置和引线。（2）在电路调试、定标等过程中应使用万用表监测传感器的供电电源。（3）接线或插拔元器件、芯片时要断电。题目6 环境噪音测试仪的设计设计目的（1）使学生掌握驻极体话筒将声音转换成电信号的工作原理，掌握音频拾取电路、放大电路、信号处理电路的设计方法。（2）使学生掌握电子测量的原理，掌握A/D转换电路、显示、操作人机界面等的设计方法。（3）通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。设计任务和要求（1）设计一个噪音测试仪，量程为0100dB（也可以选择其它量程），分辨率10dB；（2）采用LED数码管显示测量值，具有“保持（HOLD）”功能和“启动（START）”按键。（3）拓展部分1：具有“校正”、功能；（4）拓展部分2：具有RS232或RS485总线接口，能和PC机通信传送噪声数据；（5）安装、调试电路，记录调零、定标的数据，并对漂移（零漂、温漂）、重复性、线性度等参数进行测试、分析。（6）写出总结报告。报告中应包括原理框图、参数曲线分析、操作方法、测控流程、实物照片等，调试过程中遇到的问题，改进方法和总结体会。注意事项（1）在电路调试、定标等过程中应使用万用表监测供电电源和测试点的电压，通过反复调试，保证输出信号与噪声的对应关系。（2）接线或插拔元器件、芯片时要断电。题目7 数显编程可调稳压电源的设计设计目的（1）使学生掌握线性可调稳压电源的工作原理及设计方法，掌握电压、电流的测量原理以及编程设定电压输出的设计方法。（2）使学生掌握A/D转换电路、显示电路、操作人机界面等的设计方法。（3）通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。设计任务和要求（1）设计一个数字显示电压的可调稳压电源，量程为024V DC（也可以选择其它量程），分辨率0.1V；（2）采用LED数码管显示测量值，分辨率0.1V。（3）输出电压值可编程设定，步进值±0.5V。（4）拓展部分1：具有电流测量功能；（5）拓展部分2：具有RS232或RS485总线接口，能和PC机通信进行编程设定与实时显示；（6）安装、调试电路，记录调零、定标的数据，并对漂移（零漂、温漂）、重复性、线性度等参数进行测试、分析。（7）写出总结报告。报告中应包括原理框图、参数曲线分析、操作方法、测控流程、实物照片等，调试过程中遇到的问题，改进方法和总结体会。注意事项（1）在电路调试、定标等过程中应使用万用表监测供电电源和测试点的电压，通过反复调试，保证输出线性。（2）接线或插拔元器件、芯片时要断电。题目8 无刷直流电机控制器的设计设计目的（1）使学生掌握霍尔传感器的选择和正确使用方法，了解霍尔传感器位置测量的工作原理，并通过桥式驱动电路实现对直流电机的驱动控制。（2）使学生掌握电子测量的原理，掌握信号采集、转换电路以及单片机最小系统、操作界面等的设计方法。（3）通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。设计任务和要求（1）设计一个无刷直流电机控制电路，并根据霍尔传感器检测的位置信号进行电机绕组的换相控制，从而达到电机旋转和稳速控制的目的；（2）采用LED数码管指示转速，按键设置转速，分辨率1转/分； （3）拓展部分：具有RS232或RS485总线接口，能和PC机通信进行编程设定与实时显示；（4）安装、调试电路，进行记录、测试、分析；（5）写出总结报告。报告中应包括原理框图、参数曲线分析、操作方法、测控流程、实物照片等，调试过程中遇到的问题，改进方法和总结体会。注意事项（1）在电路调试、定标等过程中应使用万用表监测传感器的供电电源。（2）接线或插拔元器件、芯片时要断电。题目9 基于PT2262/2272的遥控器设计设计目的（1）使学生掌握编解码器的选择和正确使用方法，了解编码调制电路与解码电路的工作原理。（2）使学生掌握遥控器的设计原理，掌握编码与解码电路及低功耗电路的设计方法。（3）通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。设计任务和要求（1）设计一个遥控发射电路，并根据地址编码达到身份辨识的能力；（2）设计一套解码电路，与遥控器地址编码配对时实现通信，采用LED指示按键信息。 （3）拓展部分：与单片机接口用于实现对单片机系统的遥控功能；（4）安装、调试电路，进行记录、测试、分析；（5）写出总结报告。报告中应包括原理框图、操作方法、测控流程、实物照片等，调试过程中遇到的问题，改进方法和总结体会。注意事项（1）在电路调试、定标等过程中应使用万用表监测供电电源。（2）接线或插拔元器件、芯片时要断电。题目10 基于PCF8563的实时时钟设计设计目的（1）使学生掌握实时时钟芯片和I2C总线的工作原理。（2）使学生掌握I2C和单片机的接口方法及软件编程，掌握单片机最小系统以及显示、操作人机界面等的设计方法。（3）通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。设计任务和要求（1）设计一个采用PCF8563作为实时时钟的电子钟；（2）采用至少6位LED显示，可以选择12小时制和24小时制。（3）能设定闹钟，具备闹钟报警功能。（4）设计必要的操作按键。（5）安装、调试电路，采用秒表进行校对，记录测试数据，并进行测试、分析。（6）写出总结报告。报告中应包括原理框图、操作方法、软件流程、实物照片等，调试过程中遇到的问题，改进方法和总结体会。题目11 光照度显示电路设计目的（1）使学生掌握光电传感器的工作原理，掌握光敏电阻或光敏二极管的选择和正确使用方法。（2）使学生掌握运算放大器的设计原理，掌握环境光对光电检测电路的作用以及处理方法。（3）通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。设计任务和要求（1）设计一个光电检测电路及信号放大电路；（2）设计光照度指示电路，采用LED指示信息； （3）拓展部分：构成单片机系统，采用LED数码指示光照度；（4）安装、调试电路，进行记录、测试、分析；（5）写出总结报告。报告中应包括原理框图、操作方法、实物照片等，调试过程中遇到的问题，改进方法和总结体会。注意事项（1）在电路调试、定标等过程中应使用万用表监测供电电源。（2）接线或插拔元器件、芯片时要断电。实践（实验）内容（项目）及学时安排 序号实验项目名称（或实践环节基本内容摘要）实验项目类型开设性质实践（实验）环节时间安排演示验证综合设计必修选修开放课内课外安排及说明1电子称的设计与制作3周2DS18B20温度传感器巡回检测报警仪的设计与制作3周3电热锅炉温度控制器的设计3周4自动感应环境光的调光控制器3周5晴雨自动晾衣架控制器3周6环境噪音测试仪的设计3周7数显编程可调稳压电源的设计3周8无刷直流电机控制器的设计3周9基于PT2262/2272的遥控器设计3周10基于PCF8563的实时时钟设计3周11光照度显示电路3周合 计3周(注：表中“演示”、“验证”、“综合”、“设计”、“必修”、“选修”和“开放”栏用“”表示对应的选择)六、建议教材与教学参考书1、 张毅刚，新编MCS-51单片机应用设计，哈尔滨：哈工大出版社2003 2、 张友德，赵志英，涂时亮，单片微型机原理、应用与实验（第三版），上海：复旦大学出版社，2000 3徐爱均.8051单片机实践教程M.北京:电子工业出版社,20054. 何立民.MCS-51单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社,19905. 南京伟福公司.Lab2000P单片机仿真实验系统.仪器配套说明书.20046. 南京伟福公司.WAVE系列仿真器使用说明.仪器配套说明书.20047. Protel DXP教程.电子工业出版社.2004年8. 贾伯年主编. 传感器技术，南京：东南大学出版社，19929. 曲波主编. 工业常用传感器选型指南，北京：清华大学出版社，200210. 王俊杰主编. 检测技术与仪表， 武汉：武汉理工大学出版社，200211. 中国传感器网站 12. 仪器仪表与传感器网 13. 仪表技术与传感器 http:/www.i-14. 中国计量在线 http:/www.chinajlonline.org/15. 中国仪器仪表网 http:/www.china-16. 中国工程技术信息网 17. 传感器世界网 18. 21IC中国电子网：-