智能测试仪器与系统

1、智能测试仪器与系统智能测试仪器与系统课程基本信息课程基本信息u课程网站：正在建设课程网站：正在建设u学分和学时：学分和学时：u 学分：学分：2；u 短学期短学期8周，周学时数：周，周学时数：4；课时安排：理论教学；课时安排：理论教学20学时，实践学时，实践5个下个下午。午。u王晓萍：王晓萍：u办公室地址：教三办公室地址：教三412室；室；uemail：；：； u办公室办公室 ：；：；u手机：（手机：（617087）；）；u王立强：王立强：u办公室地址：玉泉光学技术工程中心；办公室地址：玉泉光学技术工程中心；uemail：；：； u手机：；手机：；课程说明课程说明u教学方法：基于项目和问题的学习

2、，通过设计、调试、总结、答教学方法：基于项目和问题的学习，通过设计、调试、总结、答辩，提高微机系统的设计开发能力，撰写能力和表达能力；从而辩，提高微机系统的设计开发能力，撰写能力和表达能力；从而培养大家的工程实践能力和创新能力。培养大家的工程实践能力和创新能力。u具体方式：课堂上，在介绍相关知识点的同时，尽量介绍科研中具体方式：课堂上，在介绍相关知识点的同时，尽量介绍科研中的实际经验；讲课不再面面俱到，而是提纲式介绍主要内容，课的实际经验；讲课不再面面俱到，而是提纲式介绍主要内容，课后的自主学习比重较大；尽可能多地开展同学之间、老师与学生后的自主学习比重较大；尽可能多地开展同学之间、老师与学生

3、之间的讨论和交流。之间的讨论和交流。课程目的：通过上课掌握智能（微机）系统及设计相关方面的知课程目的：通过上课掌握智能（微机）系统及设计相关方面的知识；通过实验和课题设计，切实提高课程知识的应用能力；通过识；通过实验和课题设计，切实提高课程知识的应用能力；通过总结和答辩等环节提高综合素质。总结和答辩等环节提高综合素质。课程说明课程说明u课程特点：实践性、应用性强，需要通过实验、实践，实际动手才能学以致用，而不课程特点：实践性、应用性强，需要通过实验、实践，实际动手才能学以致用，而不是单纯的课堂教学；不是基础课程通过布置作业理解消化。是单纯的课堂教学；不是基础课程通过布置作业理解消化。u学生特点

4、：来自不同学校，有工科和偏理科，本科阶段学生特点：来自不同学校，有工科和偏理科，本科阶段“微机原理与接口技术微机原理与接口技术”（单（单片机技术）的内容、要求不尽相同，实验设备和条件不同，掌握的程度不同。片机技术）的内容、要求不尽相同，实验设备和条件不同，掌握的程度不同。u采取的方法：对于实践环节，安排有可供选择的内容。采取的方法：对于实践环节，安排有可供选择的内容。1. 运用微机实验系统，通过了解硬件电路，运用汇编或运用微机实验系统，通过了解硬件电路，运用汇编或C51编程，完成编程，完成3个实验（其中个实验（其中2个个基本实验，基本实验，1个综合型实验），撰写实验报告和体会感想。（给出个综合

5、型实验），撰写实验报告和体会感想。（给出potel电路图和软件电路图和软件框图）；框图）；2人一组；人一组；自主设计课题，可以是科研项目中有关微机应用的内容，也可以感兴趣想设计的小系自主设计课题，可以是科研项目中有关微机应用的内容，也可以感兴趣想设计的小系统等等，我们也提供部分课题供选择。对于这些自主课题，第三周提交申请书（有格统等等，我们也提供部分课题供选择。对于这些自主课题，第三周提交申请书（有格式要求）；式要求）； 2人一组；人一组； （成绩评定方面，在同样认真完成情况下，选择自主设计课题的同学优于选择普通实验的同学一定的分值。）（成绩评定方面，在同样认真完成情况下，选择自主设计课题的同

6、学优于选择普通实验的同学一定的分值。） （这是一门很化时间的课程，也同样会有相应收获的课程，所以如果时间不充裕或兴趣不高或已经具有较强设（这是一门很化时间的课程，也同样会有相应收获的课程，所以如果时间不充裕或兴趣不高或已经具有较强设计能力或研究方向与课题关系不大等同学，可以退选该课程。）计能力或研究方向与课题关系不大等同学，可以退选该课程。）课程说明课程说明u课程目标：在课程目标：在“微机原理与接口技术微机原理与接口技术”课程基础上，结合先进的接口技术，课程基础上，结合先进的接口技术，通过课题设计、制作和调试，掌握智能系统设计的基本技术和实际能力，为通过课题设计、制作和调试，掌握智能系统设计的

7、基本技术和实际能力，为科研工作打下良好基础。科研工作打下良好基础。相信通过课题的设计能够达到这个目标，所以不再进行考试，不再布置其他相信通过课题的设计能够达到这个目标，所以不再进行考试，不再布置其他作业和实验。因为在开展研究性教学、提高学生实践能力和创造能力的同时，作业和实验。因为在开展研究性教学、提高学生实践能力和创造能力的同时，尽量少增加学生的学习负担，也是改革过程中需要探讨和解决的问题。尽量少增加学生的学习负担，也是改革过程中需要探讨和解决的问题。请在第三周的周五上课前上报分组情况和项目名称，并提交申请书。请在第三周的周五上课前上报分组情况和项目名称，并提交申请书。 课程课程FTP：IP

8、是，端口是默认的是，端口是默认的21，下载用户名和密码都是，下载用户名和密码都是down，上传都是，上传都是up。 课程内容与安排课程内容与安排周次周次理论教学理论教学理论学时理论学时 实践学时实践学时1课程概况，实验系统介绍课程概况，实验系统介绍智能测试系统概论智能测试系统概论4（王立强老师）（王立强老师） 选择、确定实践方式选择、确定实践方式2C51程序设计程序设计-1C51程序设计程序设计-24（王立强老师）（王立强老师）实验内容熟悉和准备；实验内容熟悉和准备；自主课题申请准备自主课题申请准备3C8051F020介绍介绍 开发实验板介绍开发实验板介绍4提交课题申请书提交课题申请书4人机接

9、口设计人机接口设计-12 第第4周周第第8周的周三下周的周三下午为实验时间；或自主午为实验时间；或自主设计、制作和调试时间设计、制作和调试时间。5人机接口设计人机接口设计-226总线技术与应用总线技术与应用27微机系统的可靠性设计微机系统的可靠性设计28周五上课时间部分同学答辩；周五上课时间部分同学答辩；考试周部分同学答辩。考试周部分同学答辩。课程要求提交资料课程要求提交资料项目申请书；项目申请书；按格式要求撰写的实验报告或设计总结报告；按格式要求撰写的实验报告或设计总结报告；课程实验答辩或项目结题答辩课程实验答辩或项目结题答辩PPT（不超过（不超过10分钟）；分钟）；所设计作品照片和设计者合

10、影；项目简介（按要求填写表所设计作品照片和设计者合影；项目简介（按要求填写表格，插入作品照片）；体会和收获（按要求填写表格）；格，插入作品照片）；体会和收获（按要求填写表格）；设计作品功能演示设计作品功能演示DV（配上相应的字幕和配音），不超（配上相应的字幕和配音），不超过过10分钟。分钟。（参考网站上的（参考网站上的2个本科生完成的答辩个本科生完成的答辩PPT 和演示和演示DV实例）实例）实验内容简介实验内容简介（网站上有实验指导书）（网站上有实验指导书）选择课程实验的同学的实验要求：选择课程实验的同学的实验要求：从以下从以下5个实验中，选做个实验中，选做2个：个： 双色双色LED点阵显示实

11、验点阵显示实验 7279阵列式键盘及显示实验阵列式键盘及显示实验12864点阵型液晶显示实验点阵型液晶显示实验 直流电动机控制实验直流电动机控制实验 步进电动机控制实验步进电动机控制实验 从以下从以下3个实验中，选做个实验中，选做1个：个：1. 数据采集器设计实验数据采集器设计实验基于基于HD7279编写行列键盘及编写行列键盘及8段数码管显示程序；段数码管显示程序；通过键盘手动敲入自己的学号，并在通过键盘手动敲入自己的学号，并在8段数码管上显示；段数码管上显示；基于基于TLC549编写编写AD转换子程序，将转化结果显示于数码管；转换子程序，将转化结果显示于数码管；n涉及内容：涉及内容：SPI总

12、线接口的总线接口的HD7279显示键盘管理芯片的应用；显示键盘管理芯片的应用；1. 串行串行A/D转换器转换器TLC549的应用；的应用；实验内容简介实验内容简介2. 信号发生器设计实验信号发生器设计实验编写程序在液晶显示屏上显示自己的学号和姓名；在液晶显示屏上编写程序在液晶显示屏上显示自己的学号和姓名；在液晶显示屏上如何显示任意图形？如何显示任意图形？基于基于LTC1446 编写编写D/A转换子程序，输出频率为转换子程序，输出频率为50Hz，Vpp=5V的的锯齿波，并将波形显示于液晶显示屏上。锯齿波，并将波形显示于液晶显示屏上。n涉及内容：点阵式涉及内容：点阵式LCD显示屏编程与应用；显示屏

13、编程与应用；n 串行串行D/A转换器转换器TLC1446的应用；的应用；3. DS18B20传感器温度测控实验传感器温度测控实验 编写编写DS18B20传感器的温度测量程序，在液晶显示屏上显示出实测传感器的温度测量程序，在液晶显示屏上显示出实测温度；温度；用按键输入需要控制的恒定温度值，通过用按键输入需要控制的恒定温度值，通过PWM拨实现对温度的控制拨实现对温度的控制，显示出控制温度、实测温度等信息。，显示出控制温度、实测温度等信息。n涉及内容：点阵式涉及内容：点阵式LCD显示屏编程与应用；显示屏编程与应用；n 1-wire串行总线串行总线DS18B20温度传感器的的应用；温度传感器的的应用；

14、实验内容简介实验内容简介基于基于MCU的数据采集器硬件结构的数据采集器硬件结构光电系微机实验系统介绍光电系微机实验系统介绍（网站上将提供更为详细的介绍）（网站上将提供更为详细的介绍）光电系微机实验系统介绍光电系微机实验系统介绍光电系微机实验系统介绍光电系微机实验系统介绍光电系微机实验系统介绍光电系微机实验系统介绍光电系微机实验系统介绍光电系微机实验系统介绍光电系微机实验系统介绍光电系微机实验系统介绍光电系微机实验系统介绍光电系微机实验系统介绍光电系微机实验系统介绍光电系微机实验系统介绍光电系微机实验系统介绍光电系微机实验系统介绍设计项目简介设计项目简介1、LED正向伏安特性（正向伏安特性（V-

15、I）自动测试系统）自动测试系统n构建一个最小构建一个最小51单片机小系统，能自动检测单片机小系统，能自动检测LED的正向的正向伏安特性曲线，伏安特性曲线，LED的正向伏安特性曲线如下。系统测的正向伏安特性曲线如下。系统测试过程如下：试过程如下：1）LED放置，接入电路；放置，接入电路；2）启动测试，）启动测试，单片机控制单片机控制DAC输出递增的电压，同时通过输出递增的电压，同时通过ADC采集电采集电流信息；流信息；3）扫描完毕，将数据存入内部）扫描完毕，将数据存入内部RAM，并以两种，并以两种方式之一输出：液晶显示屏或示波器。方式之一输出：液晶显示屏或示波器。LED探测器探测器码盘码盘设计项

16、目简介设计项目简介2、基于光电对管的测速系统、基于光电对管的测速系统n构建一个具有光电对管的最小构建一个具有光电对管的最小51单片机小系统，能自动检测码单片机小系统，能自动检测码盘转速，原理如下图。系统工作过程如下：盘转速，原理如下图。系统工作过程如下：n光电对管工作；光电对管工作；n单片机控制码盘以正弦规律变速转动；单片机控制码盘以正弦规律变速转动；n单片机提取探测器上的脉冲信号，计算码盘转速；单片机提取探测器上的脉冲信号，计算码盘转速；n单片机以双踪形式实时显示目标转速信号与实际转速信号，以两种方单片机以双踪形式实时显示目标转速信号与实际转速信号，以两种方式之一输出：液晶显示屏或示波器。观

17、察并比较其相位差与转速关系式之一输出：液晶显示屏或示波器。观察并比较其相位差与转速关系。设计项目简介设计项目简介3、标准信号发生器、标准信号发生器n构建一个最小构建一个最小51单片机小系统，能输出常见的标准信号如正弦波、三角波、单片机小系统，能输出常见的标准信号如正弦波、三角波、方波等。系统工作过程如下：方波等。系统工作过程如下：键盘以数字键选择标准信号类型；键盘以数字键选择标准信号类型；键盘再以数字键输入该信号的参数；键盘再以数字键输入该信号的参数；单片机计算后马上输出信号，并要求以两种方式之一输出：液晶显示屏或示波器。单片机计算后马上输出信号，并要求以两种方式之一输出：液晶显示屏或示波器。

18、 建议用液晶显示屏提示输入参数并作波形显示。建议用液晶显示屏提示输入参数并作波形显示。4、光敏电阻暗电流自动检测与半自动分拣、光敏电阻暗电流自动检测与半自动分拣n构建一个最小构建一个最小51单片机小系统，能自动检测并分类光敏电阻。单片机小系统，能自动检测并分类光敏电阻。系统工作过程如下：系统工作过程如下：光敏电阻用夹子夹上；光敏电阻用夹子夹上；系统自动探测到并红灯亮，同时开始检测暗电流（多次测量平均，约几秒）；系统自动探测到并红灯亮，同时开始检测暗电流（多次测量平均，约几秒）；测量结束，根据暗电流大小，用数码管给出分拣区（测量结束，根据暗电流大小，用数码管给出分拣区（1-6）；）；绿灯亮，提示

19、将当前光敏电阻放入指定分拣区，并可进行下一个光敏电阻测试。绿灯亮，提示将当前光敏电阻放入指定分拣区，并可进行下一个光敏电阻测试。设计项目简介设计项目简介5、篮球比赛计时计分器、篮球比赛计时计分器n篮球赛时计时计分器系统设计。实现赛程时间设置、赛程时间篮球赛时计时计分器系统设计。实现赛程时间设置、赛程时间启启/停、比分交换控制、比分刷新控制、计时设计、赛程结束报停、比分交换控制、比分刷新控制、计时设计、赛程结束报警等功能。要求可区分罚球、两分球及三分球，有警等功能。要求可区分罚球、两分球及三分球，有I2C总线的总线的EEPROM扩展，可在系统意外断电后，恢复上电时读出所有断扩展，可在系统意外断电

20、后，恢复上电时读出所有断电前的状态。电前的状态。6、出租车计价器、出租车计价器n以单片机为中心，采用光电耦合开关，实现对出租车行驶里程以单片机为中心，采用光电耦合开关，实现对出租车行驶里程统计和计价，人机界面采用中文液晶显示器，计价器可根据白统计和计价，人机界面采用中文液晶显示器，计价器可根据白天、黑夜等自动调节单价模式，应具备数据记录保存、实时显天、黑夜等自动调节单价模式，应具备数据记录保存、实时显示等多项功能。示等多项功能。设计项目简介设计项目简介7、数字电表设计、数字电表设计n利用单片机设计一数字电表，利用光电耦合器件，实时统计用户使用利用单片机设计一数字电表，利用光电耦合器件，实时统计

21、用户使用的电量。要求电表具有实时时钟、液晶显示的功能，可根据不同用电的电量。要求电表具有实时时钟、液晶显示的功能，可根据不同用电的时间段实现不同电费的计算：的时间段实现不同电费的计算： 如用电高峰期如用电高峰期18：00-23：00电费为电费为0.7元元/千瓦时；千瓦时； 其他时间段为其他时间段为0.5元元/千瓦时。千瓦时。 电表可存储日电量及电费数据、月电量及电费数据、电表编号等，可电表可存储日电量及电费数据、月电量及电费数据、电表编号等，可通过通过RS232或红外方式实现对电表数据的读取。或红外方式实现对电表数据的读取。8、自动出水水龙头设计、自动出水水龙头设计n采用单片机，设计一卫生间洗

22、手池自动出水水龙头的出水控制。采用采用单片机，设计一卫生间洗手池自动出水水龙头的出水控制。采用红外感应障碍物的距离，感应距离在红外感应障碍物的距离，感应距离在20cm之内。当感应距离之内的之内。当感应距离之内的障碍物停留时间在障碍物停留时间在2秒以上，水龙头自动出水，如果连续出水超过秒以上，水龙头自动出水，如果连续出水超过60秒，强行关闭水龙头。设计需从软硬件考虑系统的低功耗设计。秒，强行关闭水龙头。设计需从软硬件考虑系统的低功耗设计。设计项目简介设计项目简介9、楼道灯光节能控制系统、楼道灯光节能控制系统n以单片机为核心，设计一楼道灯光自动感应系统，要求当以单片机为核心，设计一楼道灯光自动感应

23、系统，要求当楼道内光亮度低于某一阈值时，且有人经过楼道，灯光自楼道内光亮度低于某一阈值时，且有人经过楼道，灯光自动打开，亮动打开，亮60秒后自动关闭。在此基础上可根据楼道光的秒后自动关闭。在此基础上可根据楼道光的亮度不同，采用亮度不同，采用PWM方式控制灯光的亮度，实现楼道灯方式控制灯光的亮度，实现楼道灯光的节能控制。光的节能控制。10、恒温控制系统、恒温控制系统n采用采用DS18B20数字温度传感器实现温度测量，并实时采数字温度传感器实现温度测量，并实时采集在集在LCD上显示测量结果。在此基础上采用上显示测量结果。在此基础上采用PWM的频率的频率及占空比实现对加热功率的调节，实现恒温控制，并

24、在及占空比实现对加热功率的调节，实现恒温控制，并在LCD实时绘制测量温度曲线。实时绘制测量温度曲线。设计项目简介设计项目简介11、点阵、点阵LED显示屏的设计显示屏的设计n设计并制作一个以单片机为控制核心的点阵设计并制作一个以单片机为控制核心的点阵LED显示系统，系统实现显示系统，系统实现同时显示同时显示4个汉字，长的字符串则从右向左或从下向上滚动，要求画面个汉字，长的字符串则从右向左或从下向上滚动，要求画面清晰。可显示当前的时间，显示当前温度。扩展：清晰。可显示当前的时间，显示当前温度。扩展：PC上位机通过串行上位机通过串行通信接口能够实现字符串的修改、显示方式的设定、时间的设置。通信接口能

25、够实现字符串的修改、显示方式的设定、时间的设置。12、LED照明灯的驱动与控制照明灯的驱动与控制n采用采用PWM方式恒流驱动方式恒流驱动LED，因，因LED寿命与工作温度（结温）直接相寿命与工作温度（结温）直接相关，因此需监控关，因此需监控LED工作温度，当工作温度，当LED工作温度高于某阈值时，需自工作温度高于某阈值时，需自动减小动减小PWM占空比，使温度降低。同时需测量占空比，使温度降低。同时需测量LED输出光能量、工作输出光能量、工作温度与驱动电流（平均值）的关系曲线。温度与驱动电流（平均值）的关系曲线。LED亮度调节可通过键盘控亮度调节可通过键盘控制，也可以通过制，也可以通过RS485

26、通信口远程控制，相关测试数据可在液晶屏上通信口远程控制，相关测试数据可在液晶屏上显示或通过显示或通过RS485接口送入上位机。接口送入上位机。设计项目简介设计项目简介13、激光测距、激光测距nLD产生激光脉冲，照射被测目标，照射激光被目标反射产生激光脉冲，照射被测目标，照射激光被目标反射，部分反射光被光电探测器接收，经电路处理，测量距离，部分反射光被光电探测器接收，经电路处理，测量距离。单片机作为控制中心，控制整个系统的时序。获得数据。单片机作为控制中心，控制整个系统的时序。获得数据后显示在液晶屏上或者通过串口传给上位机。后显示在液晶屏上或者通过串口传给上位机。14、自动寻径小车、自动寻径小车

27、n利用红外光电传感器对白色地面上的黑色带状导引带进行利用红外光电传感器对白色地面上的黑色带状导引带进行探测，单片机对采集到的信号予以分析判断，及时控制驱探测，单片机对采集到的信号予以分析判断，及时控制驱动电机以调整小车转向，从而使小车能够沿着黑色导引带动电机以调整小车转向，从而使小车能够沿着黑色导引带自动行驶，实现小车自动寻迹的目的。自动行驶，实现小车自动寻迹的目的。设计项目简介设计项目简介15、水位控制、水位控制n系统包括一个大的水箱和一个小的水箱，两个水箱有水管相连，小水系统包括一个大的水箱和一个小的水箱，两个水箱有水管相连，小水箱上有水阀，打开水阀可以使用小水箱中的水，当小水箱里的水位小

28、箱上有水阀，打开水阀可以使用小水箱中的水，当小水箱里的水位小于指定高度时，自动打开大水箱阀门，将水灌入小水箱至满后，再自于指定高度时，自动打开大水箱阀门，将水灌入小水箱至满后，再自动关闭阀门，当大水箱中的水位到达警戒线以下时，发出报警。两个动关闭阀门，当大水箱中的水位到达警戒线以下时，发出报警。两个水箱中的水位要求在液晶屏上显示出来。水箱中的水位要求在液晶屏上显示出来。16、数字光功率计或照度计、数字光功率计或照度计n光信号投射在光探测器的光敏面上将其转变为电流。再经过变换电路光信号投射在光探测器的光敏面上将其转变为电流。再经过变换电路和放大电路得到电压信号。然后把这个信号送到低通滤波器进行滤

29、波和放大电路得到电压信号。然后把这个信号送到低通滤波器进行滤波及响应度补偿放大，以得到与功率值相对应的直流电压，之后再将该及响应度补偿放大，以得到与功率值相对应的直流电压，之后再将该电压经电压经AD转换，通过转换，通过CPU进行数据处理和判断后，送入进行数据处理和判断后，送入LCD显示显示。考虑到面积及人眼明视觉响应曲线，可考虑测照度，做成照度计。考虑到面积及人眼明视觉响应曲线，可考虑测照度，做成照度计。两个例子n智能寻迹小车nLCD显示屏赵鼎、欧肖泽赵鼎、欧肖泽赵鼎、欧肖泽赵鼎、欧肖泽智能寻迹模型车的设计与实现已有成果已有成果 硬件实现硬件实现 存在问题存在问题 下一阶段规划下一阶段规划 3

30、1/20软件实现软件实现 已有成果已有成果32/20电源管理模块已有成果已有成果硬件实现硬件实现33/20路径识别模块导向控制模块核心控制模块直流电机车速检测电机驱动车速控制模块车速控制模块电源管理模块硬件实现硬件实现34/201）电机：额定电压为10V，额定功率约20W2）舵机：工作电压为4.8V-6V3）电子元件：电子元件的工作电压为4.5 - 5.5VV5.11V电源管理模块硬件实现硬件实现35/20电压稳压电压稳压器及稳压器及稳压电路电路电机电路电机电路路径识别模块硬件实现硬件实现36/20测试电压：5V限流电阻：5K放大电阻：62K最佳距离：8mm反光面电压：4.34.7V黑线电压：

31、0.63V路径识别模块硬件实现硬件实现37/20导向控制模块硬件实现硬件实现38/20硬件实现硬件实现39/20核心控制模块路径识别车速检测运算处理PWM信号舵机硬件实现硬件实现40/20核心控制模块Atmel Mega 16路径识别路径识别舵机舵机软件实现软件实现硬件实现硬件实现41/20PWM波生成软件实现软件实现42/20PA 7 6 5 4 3 2 1 0控制算法软件实现软件实现43/20读取读取PA口输入信号口输入信号根据黑线所在的位置根据黑线所在的位置确定转角确定转角是否检测到黑线是否检测到黑线储存路况信息储存路况信息读取上一时刻所储存读取上一时刻所储存的路况信息的路况信息大角度回道大角度回道发出控制信息，一次发出控制信息，一次控制结束控制结束控制算法YN软件实现软件实现44/20程序初始化，启动程序初始化，启动T/C1计时器及中断计时器及中断20ms读取路径信息读取路径信息计算应转角度计算应转角度更改寄存器值，改变更改寄存器值，改变PWM波的脉宽波的脉宽软件实现软件实现45/20存在问题存在问题46/20车辆载重能力不足路径控制算法有缺陷软件实现软件实现存在问题存在问题47/20下一阶段规划下一阶段规划48/20改进寻迹算法减少传感探头个数添加车速检测模块车体及电路的重设计加装太阳能电池板存在问题存在问题点阵点阵LCD显示屏应用设计显示屏应用设计王