六个一工程管理与实施文档-吉林大学仪器科学与电气工程学院 - 图文

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本科生创新能力个性化培养

科技学术实践“六个一”训练项目

课外实验项目

吉林大学仪器科学与电气工程学院

2015年11月

仪电学院课外实验项目卡 ...................................................................................................................... 1 一模拟电子实验 .................................................................................................................................... 3 1.1 低频信号发生器的设计与实现 ................................................................................................. 3 1.2 DC-DC开关电源设计与实现 ...................................................................................................... 4 1.3 高共模抑制放大器设计与实现 ................................................................................................. 5 1.4 功率放大器设计与实现 ............................................................................................................. 6 1.5 基于单片机的恒温PID控制系统 ............................................................................................. 7 1.6 音频功率放大电路的制作 ......................................................................................................... 8 1.7 基于ANDROID的跑步运动监测系统 ........................................................................................... 9 二工程电磁场数值计算 .................................................................................................................... 11 2.1 电磁铁的电磁场数值仿真 ....................................................................................................... 11 2.2 电机的电磁场数值仿真 ........................................................................................................... 12 2.3 冲击法测量磁场....................................................................................................................... 13 三控制系统实验 .................................................................................................................................. 14 3.1 零极点影响的分析及图形化表示 ........................................................................................... 14 3.2 移动平台倒立摆MATLAB辅助设计 .......................................................................................... 15 四信号与系统 ...................................................................................................................................... 17 4.1 软信号发生器设计实验 ........................................................................................................... 17 4.2 典型周期信号的数字谱分析实验 ........................................................................................... 18 4.3 基于MATLAB GUI的频谱分析仪的设计与实现 ..................................................................... 19 五单片机原理与技术 .......................................................................................................................... 21 5.1 多通道模拟信号采集系统设计 ............................................................................................... 21 5.2 简易信号发生器....................................................................................................................... 22 5.3 交通信号灯控制实验 ............................................................................................................... 23 5.4 基于单片机的红外遥控实验 ................................................................................................... 24 5.5 基于8951单片机的测量控制系统 ......................................................................................... 25

5.6 基于单片机压力测量实验 ....................................................................................................... 26 六电力系统分析 .................................................................................................................................. 27 6.1 无功功率的补偿....................................................................................................................... 27 七可编程控制器技术 .......................................................................................................................... 28 7.1 三层电梯模型控制 ................................................................................................................... 28 7.2 挖掘车模型控制....................................................................................................................... 29 7.3 基于触摸屏的自动售货机模拟控制 ....................................................................................... 30 7.4 运料小车控制模拟 ................................................................................................................... 31 八数字图像处理 .................................................................................................................................. 32 8.1 MATLAB人脸识别实验 ................................................................................................................ 32 8.2 MATLAB车牌识别 ........................................................................................................................ 33 8.3 MATLAB图像合成-电视抠像基础 ............................................................................................ 34 九虚拟仪器技术 .................................................................................................................................. 35 9.1 虚拟信号发生器的设计 ........................................................................................................... 35 9.2 虚拟示波器的设计 ................................................................................................................... 36 十数字电路技术 .................................................................................................................................... 37 10.1 基于光电技术的脉搏度测量实验 ......................................................................................... 37 10.2 基于FPGA/SOPC的自动售货机的设计 ................................................................................. 38 10.3 基于CPLD的多功能数字钟设计 ........................................................................................... 40 10.4 基于CPLD的简易数字频率计 ............................................................................................... 41 10.5 全功能电梯模拟器 ................................................................................................................. 42 十一智能仪器 ...................................................................................................................................... 43 11.1 基于仪器平台的频率特性测试仪设计 ................................................................................. 43 11.2 基于LABVIEW的测控软件开发 ............................................................................................. 44 十二光电检测技术 .............................................................................................................................. 45 12.1 基于光电编码器转速测量系统实验 ..................................................................................... 45 12.2 基于FPGA的光栅4倍频细分数据采集系统设计 ............................................................... 46 12.3 光电器件特性测试仪设计 ..................................................................................................... 47

十三传感器原理与检测技术 .............................................................................................................. 49 13.1 智能传感器设计..................................................................................................................... 49 13.2 多点温度巡检系统设计 ......................................................................................................... 50 十四电子测量原理 .............................................................................................................................. 51 14.1 高精度数字频率计的设计 ..................................................................................................... 51 十五精密仪器 ...................................................................................................................................... 52 15.1 直流电机速度控制系统 ......................................................................................................... 52 15.2 直流电机转角控制系统 ......................................................................................................... 53 15.3 精密工作台控制计算机系统 ................................................................................................. 54 15.4 单色仪光栅扫描计算机控制系统 ......................................................................................... 55 十六电机学 .......................................................................................................................................... 56 16.1 三相异步电动机的制动控制线路 ......................................................................................... 56 16.2 三相异步电动机的可逆运行控制线路 ................................................................................. 57 16.3 三相异步电动机基本控制线路 ............................................................................................. 58 16.4 三相鼠笼式异步电动机的降压起动控制线路 ..................................................................... 59 16.5 电动葫芦电气控制线路 ......................................................................................................... 60 16.6 直流电动机的制动过程MATLAB仿真 ................................................................................... 61 十七电力电子技术 .............................................................................................................................. 63 17.1 基于PWM的恒流源设计 ......................................................................................................... 63 17.2 基于PWM的恒压源设计 ......................................................................................................... 65 十八课外设计 ...................................................................................................................................... 67 18.1 智能存包系统设计 ................................................................................................................. 67 18.2 智能垃圾回收小车的设计与实现 ......................................................................................... 68 18.3 基于安卓手机和PC平台的蓝牙数传、WIFI数据共享及瞬变电磁数据预处理的软件系统设计 69

18.4 基于STM32和FPGA控制器平台的蓝牙或WIFI数传系统设计 .......................................... 72 18.5 基于飞思卡尔小车的智能泊车系统设计 ............................................................................. 75 18.6 XILINX FPGA的IP核设计 ...................................................................................................... 76 18.7 小型激光雕刻控制系统研究 ................................................................................................. 77

III

十九电力系统与继电保护 .................................................................................................................. 78 19.1 低频电磁信号采集卡设计 ..................................................................................................... 78

仪电学院课外实验项目卡

项目编号（学校）课程名称项目名称项目负责人学时基本学分 656OEP01 模拟电子实验 656OEP02 模拟电子实验 656OEP03 模拟电子实验 656OEP04 模拟电子实验 656OEP05 工程电磁场 656OEP06 工程电磁场 656OEP07 工程电磁场 656OEP08 控制系统实验 656OEP09 信号与系统 656OEP10 信号与系统 656OEP11 单片机原理与技术 656OEP12 单片机原理与技术 656OEP13 单片机原理与技术 656OEP15 电力系统分析 656OEP17 可编程控制器技术 656OEP18 可编程控制器技术 656OEP19 数字图像处理 656OEP20 数字图像处理 656OEP23 虚拟仪器技术 656OEP24 单片机原理与技术 656OEP25 单片机原理与技术 656OEP26 单片机原理与技术 656OEP27 数字电路技术 656OEP28 数字电路技术 656OEP29 数字电路技术 656OEP30 数字电路技术 656OEP31 智能仪器 656OEP32 智能仪器 656OEP33 光电检测技术 656OEP34 传感器原理与检测技术 656OEP35 传感器原理与检测技术 6560EP38 控制系统实验 6560EP39 精密仪器 6560EP40 精密仪器 6560EP41 精密仪器 6560EP42 精密仪器 6560EP43 虚拟仪器技术 6560EP44 课外设计低频信号发生器的设计与实现 DC-DC开关电源设计与实现功率放大器设计与实现高共模抑制放大器设计与实现电磁铁的电磁场数值仿真电机的电磁场数值仿真冲击法测量磁场零极点影响的分析及图形化表示软信号发生器设计实验典型周期信号的数字谱分析实验多通道模拟信号采集系统设计简易信号发生器交通信号灯控制实验无功功率的补偿三层电梯模型控制挖掘车模型控制 Matlab人脸识别实验汽车牌照识别实验虚拟信号发生器的设计基于单片机的红外遥控实验基于8951单片机的测量控制系统基于单片机的压力测量实验基于光电技术的脉搏波测量实验基于FPGA/SOPC的自动售货机的设计基于CPLD的多功能数字钟设计基于CPLD的简易数字频率计基于LabVIEW 的测控软件开发基于仪器平台的频率特性测试仪设计基于光电编码器转速测量系统实验智能传感器设计多点温度巡检系统设计移动平台倒立摆MatLab辅助设计王应吉 32 2 王应吉 32 2 王应吉 16 1 王应吉 16 1 嵇艳鞠 8 嵇艳鞠 8 嵇艳鞠 8 朱凯光 8 朱凯光 8 邱春玲 8 邱春玲 8 李肃义 8 孙淑琴 8 栾卉 8 栾卉 8 辛毅 8 辛毅 8 王俊秋 8 刘鸿石 8 刘鸿石 8 刘鸿石 8 蔡靖 8 蔡靖 8 蔡靖 8 蔡靖 8 千承辉 8 千承辉 8 刘杰 8 凌振宝 8 凌振宝 8 0.5 0.5 0.5 随阳轶 24 1.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 随阳轶 16 1 王智宏 16 1 王智宏 16 1 王智宏 16 1 王智宏 16 1 王俊秋 8 0.5 直流电机速度控制系统直流电机转角控制系统精密工作台控制计算机系统单色仪光栅扫描计算机控制系统虚拟示波器的设计智能垃圾回收小车的设计与实现滕飞 16 1 1

6560EP45 课外设计 6560EP46 数字图像处理 6560EP47 可编程控制器技术 6560EP48 可编程控制器技术 6560EP49 电机学 6560EP50 电机学 6560EP52 电机学 6560EP53 电机学 6560EP54 电力电子技术 6560EP55 电力电子技术 6560EP56 课外设计智能存包系统设计 MATLAB图像合成-电视抠像基础基于触摸屏的自动售货机模拟控制运料小车控制模拟三相异步电动机的制动控制线路三相异步电动机的可逆运行控制线路三相鼠笼式异步电动机的降压起动控制线路滕飞 16 1 辛毅 8 栾卉 8 栾卉 8 0.5 0.5 0.5 程宇奇 12 0.75 程宇奇 12 0.75 程宇奇 12 0.75 程宇奇 12 0.75 孙彩堂 16 1 孙彩堂 16 1 王世隆 16 1 电动葫芦电气控制线路基于PWM的恒流源设计基于PWM的恒压源设计基于STM32和FPGA控制器平台的蓝牙或Wifi数传系统设计基于安卓手机和PC平台的蓝牙数传、Wifi数据共享及瞬变电磁数据预处理的软件系统设计高精度频率计设计基于飞思卡尔小车的智能泊车系统设计 Xilinx FPGA的IP核设计直流电动机的制动过程MATLAB仿真基于单片机的恒温PID控制系统音频功率放大电路的制作基于Android的跑步运动监测系统小型激光雕刻控制系统设计基于FPGA的光栅4倍频细分数据采集系统设计光电器件特性测试仪设计基于MATLAB GUI的频谱分析仪的设计与实现低频电磁信号采集卡设计全功能电梯模拟器 6560EP57 课外设计 6560EP58 电子测量 6560EP60 课外设计 6560EP61 课外设计 6560EP63 电机学 6560EP65 模拟电子实验 6560EP66 模拟电子实验 6560EP67 模拟电子实验 6560EP68 课外设计 656OEP69 光电检测技术 656OEP70 光电检测技术 656OEP71 信号与系统 656OEP72 电力系统与继电保护 656OEP73 数字电路技术王世隆 16 1 千承辉 16 1 千承辉 16 1 千承辉 8 关珊珊 8 周志坚 8 周志坚 8 蔡靖 8 王庆吉 8 刘杰 8 刘杰 8 林婷婷 8 王庆吉 8 杨泓渊 8 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 2

一模拟电子实验

1.1 低频信号发生器的设计与实现

注意：本题目限1人独立完成，可以有多人选作，但考核时彼此独立，不得雷同。

一．实验目的

1. 训练基本技能：常用测试仪器使用、电路安装、调试、测试； 2. 初步学会查阅电子器件英文说明书； 3. 训练基本单元电路设计、调试、测试。二．实验内容

1. 设计一个低频信号发生器，可输出方波、矩形波、三角波、锯齿波、正弦波，频率和幅度可调，矩形波占空比可调；锯齿波上升、下降时间可调； 2. 根据电路原理图的具体结构，安装单元电路；

3. 测输出幅度、频率、失真度、上升沿、下降沿，观察三角波线性度； 4．不得使用8038模块。

5．写出设计与总结报告，说明电路原理、特点、测试结果、结果分析。

三．主要设备 1. 集成元件； 2. 双踪示波器； 3. 低频毫伏表； 4. 万用表。

1.2 DC-DC开关电源设计与实现

注意：本题目限1人独立完成，可以有多人选作，但考核时彼此独立，不得雷同。

一．实验目的

1. 掌握开关电源的工作原理、设计方法及主要性能指标的测试； 2. 训练基本技能：常用测试仪器使用、电路安装、调试、测试； 2. 初步学会查阅电子器件英文说明书； 3. 训练基本单元电路设计、调试、测试。二．实验内容

1. 设计一个开关电源，把220V/50Hz交流电变换为±10V直流，最大可输出1A电流的输出电源，电压精度不劣于1%，总效率不低于80%； 2. 根据电路原理图的具体结构，安装单元电路； 3. 测电压精度、总效率。

4．写出设计与总结报告，说明电路原理、特点、测试结果、结果分析。三．主要设备 1. 集成元件； 2. 双踪示波器； 3. 低频毫伏表； 4. 万用表。

1.3 高共模抑制放大器设计与实现

注意：本题目限1人独立完成，可以有多人选作，但考核时彼此独立，不得雷同。

一．实验目的

1. 掌握放大器的工作原理、设计方法及主要性能指标的测试； 2. 训练基本技能：常用测试仪器使用、电路安装、调试、测试； 3. 初步学会查阅电子器件英文说明书； 4. 训练基本单元电路设计、调试、测试。二．实验内容

1. 设计一个放大器，差模电压放大倍数不小于1000倍，在输入共模电压

?5V~?5V范围内，共模抑制比KCMR?105。

2. 根据电路原理图的具体结构，安装单元电路； 3. 测差模放大倍数，计算共模抑制比。

4．写出设计与总结报告，说明电路原理、特点、测试结果、结果分析。三．主要设备 1. 集成元件； 2. 双踪示波器； 3. 信号发生器； 4. 万用表。

令Ms=10kg,Mb=100kg,L=1m,g=9.82m/s2,a=5,b=10。基于单位阶跃扰动的设计指标为：(1)调整时间小于10s(2%准则)。(2)百分比超调小于40%。(3)扰动出现时的稳态跟踪误差小于0.1°。

写出一组交互式MatLab脚本以帮助完成控制系统的设计。

第一个脚本至少要完成：(1)计算从扰动到输出的闭环传递函数，其中K是可调参数。(2)画出闭环系统的Bode图。(3)自动计算并输出频率响应的最大值

Mp?2???1?2??rn和其对应的谐振频率r。利用??0.707和

Mp??G??r??2?1???2??1??0.707，估计?和?n。

第二个脚本至少要完成：将?和?n用做输入变量时，估计系统的超调量和调整时间。如果性能不满足设计指标，那么要调整K值，并且前面的两个脚本重新设计。在完成前两步工作之后，最后是用仿真来测试设计。

第三个脚本的功能是：(1)以K作为可调参数，画出对单位阶跃扰动的响应

??t?。(2)对曲线作标注。

利用这些交互式脚本，采用频率响应的Bode图方法设计控制器，使得系统满足给定的设计指标。在开始设计过程之前，先用解析方法求出使系统稳定误差满足要求的K的最小值，并将它作为K的设计循环的初始值。三．主要设备

1．计算机1台； 2．MatLab软件；

四信号与系统

4.1 软信号发生器设计实验

一．实验目的 1．认识并熟悉Matlab运行环境； 2．学习掌握设计各种信号的编程方法。二．实验内容

1．采用Matlab，设计信号发生器软面板；

2．产生可变占空比的方波信号、正弦信号、指数信号、以及任意。三．主要设备 1．PC计算机

4.2 典型周期信号的数字谱分析实验

一．实验目的 1. 认识并熟悉Matlab运行环境；

2. 利用FFT分析连续周期信号的频谱，如周期方波，正弦信号等。理解CFS与DFT（FFT）的关系。二．实验内容

1．利用FFT，分析并画出频谱，改变采样间隔与截断长度，分析混叠与泄漏对单一频率成分信号频谱的影响；

2．利用FFT，分析并对比方波以及半波对称正负方波的频谱，改变采样间隔与截断长度，分析混叠与泄漏对信号频谱的影响。三．主要设备 1．PC计算机；

4.3 基于MATLAB GUI的频谱分析仪的设计与实现

一．实验目的

GUI编程提高了终端用户使用MATLAB程序的易用性，通过可视化的设计分析实验，使学生在掌握基本的GUI设计方法的前提下，通过对前台界面上控件的简单操作，利用快速傅里叶变换形象的分析连续周期信号的频谱，并理解混叠和泄漏对单一频率成分信号谱的影响。通过本实验，学生可以深入的理解信号处理中关于频谱分析的相关知识，并在基本技能上得到系统的训练。二．基本原理

对典型周期信号的数字谱分析必须满足采样定理，即采样频率必须大于等于信号最高频率的二倍。当不满足采样定理时会造成频谱混叠，若要信号不失真，应加无限宽的窗，因此，频谱泄漏是是必然的。为减小频谱泄漏，可以增加T或加不同的窗。三．方法步骤 1. GUI界面的设计

① 在MATLAB\\GUI中选择新建GUI图形文件，从面板左侧栏中添加所需的交互控件，包括按钮、坐标轴等，并布置控件在面板中的位置以及调整控件大小。 ② 设置控件属性，重点设置Tag属性。

③ M文件的编写，打开M文件编辑器，可以看到各个对象的回调函数，通过选中相应项就可以编辑相应程序。 2.程序运行

对整个GUI图形界面和代码创建完成后，运行程序显示编辑好的GUI界面，界面可显示连续周期信号以及信号频谱。

3.操作GUI界面，完成对连续周期信号的频谱分析

设计完成的频谱分析仪能够正确分析不同信号的频谱，并能够通过改变采样间隔和阶段长度分析混叠与泄漏对单一频率成分信号频谱的影响。四．实验结果形式

GUI频谱分析仪界面及信号频谱分析结果。五．预期实验结果

在遵循GUI设计原则的前提下，完成频谱分析仪界面设计，功能完善。通过设计好的频谱分析仪正确分析信号频谱，理解混叠和泄漏对单一频率成分信号谱的影响。六．主要设备

计算机

7.4 运料小车控制模拟

注意：本题目限1人独立完成，限4人选作，考核彼此独立，不得雷同。

一．实验目的