电气工程实训课程设计任务书

电气工程实训课程设计任务书一、课程设计目的电气工程实训课程设计是电气类专业核心实践环节，通过真实工程场景的项目实践，帮助学生将电路原理、电机控制、自动控制等理论知识转化为工程实践能力。本次设计旨在：掌握电气系统“需求分析—方案设计—硬件选型—电路设计—软件编程—调试优化”的全流程设计方法，提升系统设计与工程实施能力；熟悉常用电气元件（如控制器、传感器、执行器、保护装置）的选型逻辑与应用场景，强化电路设计的规范性与安全性意识；培养问题诊断与解决能力，在调试过程中学会分析硬件故障、软件逻辑错误，并通过实验验证优化方案；锻炼团队协作与工程文档撰写能力，通过小组分工、报告撰写与答辩，提升工程沟通与成果表达水平。二、课程设计内容与要求本次实训围绕“智能电气控制系统设计”（可结合专业方向调整为“电力系统保护仿真”“工业电机调速系统设计”等主题）展开，需完成以下核心任务：（一）系统需求分析与方案设计1.需求调研：结合工业/民用场景（如智慧楼宇照明、工厂电机节能控制、电力负荷监测），明确系统功能需求（如自动控制、远程监控、故障报警）、性能指标（如响应时间、精度、可靠性）；2.方案对比：对比至少2种技术方案（如控制器选型：STM32/PLC/Arduino；通信方式：蓝牙/485/WiFi），从成本、性能、可扩展性等维度分析优劣，选定最终方案；3.原理框图设计：绘制系统原理框图，明确各模块（传感器、控制器、执行器、电源、通信）的功能与信号流向，标注关键参数（如传感器量程、控制器运算能力）。（二）硬件选型与电路设计1.元件选型：根据需求选择核心元件（如控制器、传感器、继电器、驱动芯片），填写《元件选型表》（含型号、参数、厂家、成本），选型需满足“性能匹配、成本合理、市场可采购”原则；2.电路设计：使用专业工具（如AltiumDesigner、AutoCADElectrical）绘制电路原理图，包含：控制器最小系统（电源、复位、时钟电路）；传感器接口电路（如光敏电阻的ADC采集电路、电流传感器的隔离电路）；执行器驱动电路（如MOS管驱动LED、继电器驱动接触器）；保护电路（保险丝、浪涌抑制、过流保护）；3.设计规范：电路需标注元件参数（如电阻阻值、电容容值）、接口定义（如通信引脚、电源引脚），遵循电气安全规范（如强电/弱电分离、接地设计）。（三）软件编程与逻辑实现若涉及嵌入式/PLC编程，需完成：1.程序架构设计：划分功能模块（如数据采集、逻辑判断、执行控制、通信交互），绘制程序流程图；2.代码实现：使用对应语言（如C语言、ladderlogic）编写代码，实现核心功能（如：根据光敏电阻值输出PWM调节LED亮度；通过Modbus协议上传电机运行数据）；3.代码规范：添加必要注释（如函数功能、关键变量含义），采用模块化编程（如封装传感器读取函数、执行器控制函数），提升代码可读性与可维护性。（四）系统调试与优化1.分模块调试：对硬件电路（如传感器模块、驱动模块）和软件模块（如数据采集函数、控制逻辑）分别测试，记录测试数据（如传感器输出电压-亮度曲线、PWM占空比-LED亮度关系）；2.系统联调：搭建完整系统，模拟真实场景（如改变环境亮度、远程发送控制指令），验证功能是否达标；3.故障诊断与优化：针对调试中出现的问题（如传感器数据波动、执行器响应延迟），分析原因（如电磁干扰、代码逻辑错误），提出优化方案（如增加滤波电路、优化PID参数）并验证效果。（五）设计报告撰写报告需包含以下内容（字数≥5000字，图文并茂）：1.项目背景与需求分析：说明项目应用场景、功能与性能需求；2.方案设计与论证：对比不同技术方案，阐述选型依据；3.硬件设计：电路原理图、元件清单、选型理由；4.软件设计：程序流程图、关键代码片段、功能说明；5.调试过程：测试方法、数据记录、问题及解决措施；6.结论与展望：总结设计成果（如功能实现情况、性能指标达成度），提出改进方向（如扩展功能、降低成本）。三、进度安排（共4周）阶段时间核心任务交付物------------------------------需求分析与方案设计第1周确定项目主题，完成需求调研、方案对比、原理框图设计方案设计报告（含原理框图、选型对比表）硬件设计与软件编程第2周完成电路原理图设计、元件采购（或仿真），编写软件代码框架电路原理图、软件流程图、核心代码系统调试与优化第3周硬件焊接（或仿真搭建）、分模块调试、系统联调、问题优化调试记录（含测试数据、问题解决过程）报告撰写与答辩第4周整理设计过程，撰写报告，准备答辩PPT，完成答辩设计报告、答辩PPT、实物/仿真系统四、考核方式本次课程设计采用“过程+成果”双维度考核，具体如下：（一）过程考核（30%）出勤与任务进度（15%）：每周考勤（迟到/早退/缺勤扣分），阶段任务完成度（如第1周未提交方案设计，扣5分）；团队协作（15%）：小组内分工合理性、成员贡献度（由组长与组员互评）。（二）成果考核（70%）设计报告（30%）：内容完整性（是否覆盖所有要求模块）、技术深度（如方案论证是否充分、调试分析是否专业）、排版规范性（图表编号、参考文献格式）；实物/仿真系统（30%）：功能实现度（是否达成需求）、稳定性（连续运行2小时无故障）、扩展性（如预留接口可新增传感器）；答辩表现（10%）：对设计思路、技术难点的阐述清晰度，回答问题的准确性与逻辑性。五、参考资料1.教材类：《电气工程实训教程》（机械工业出版社）、《电气控制与PLC应用技术》（化学工业出版社）、《STM32单片机原理与工程实践》；2.规范类：GB/T____《低压配电设计规范》、GB7000.____《灯具第1部分：一般要求与试验》；3.技术手册：TI《运算放大器应用手册》、ST《STM32F103数据手册》、西门子《S____