TWQCDZ-03型汽车电子实训考核装置  

一、设备概述

“TWQCDZ-03型汽车电子实训考核装置 ” 适合应用型本科院校、高等职业学校、中等职业学校的汽车电子等专业教学与实训。本设备是将汽车实际应用中单元电路模块化。采用开放式设计，由学生动手进行搭接接线、装配、调试实训验证。学生通过模块之间的搭接，很方便就能搭建成各种实际应用产品，模块化和灵活性使其可以应用于不同的学习对象。
实训模块包含：①汽车电子基础模块；②汽车电子应用基础模块；③汽车电子应用实例模块；
它覆盖现代汽车电子学的各个方面，包括基本的数学逻辑，从入门水平的欧姆定律一直到高级的汽车电子系统。
实训内容从汽车电子基础到汽车电子应用实例，包括模拟发动机燃油系统、点火系统的运行，传感器信号采集与及执行器运行控制，废气与怠速阀等控制实例实验，传感器的特性和执行器控制由自行开发主机微处理器监控。
通过计算机和专用软件对汽车ECU、传感器和执行器进行仿真、测量、调试、诊断。配有专用的软件动态显示汽车速度发动机转速温度油压等行车常用数据；汽车传感器和执行器的波形、加减速时传感器和执行器的波形同步变化、各实训模块的电器参数、车辆故障码数据流等。
单元模块电路包括传感器、信号处理与显示、执行器、CPU接口电路、微处理器等模块。
模块采用有机塑料盒装配，模块之间采用排插和接线柱连接，实训模块具有灵活性满足教学要求。
本设备具有高度互动性与阶梯性，激发学生的好奇心和进取心，增加趣味性。它是集硬件、软件、高度仿真模拟的混合产物。


二、设备技术指标

（1）工作电源：两相三线 AC 220V±10%  50Hz
（2）温度：－10～40℃；环境湿度：≤90%（25℃）
（3）外形尺寸：长×宽×高=1600×850×1920mm
（3）整机功耗：≤700V.A
（5）安全保护措施：具有接地保护、漏电保护功能，安全性符合相关的国标标准。采用高绝缘的安全型插座及带绝缘护套的高强度安全型实验导线。
（6）交、直流电源
A. 各档交流电源，包括3V、6V、9V、12V、15V、18V、24V、共7种   2A；具有中心抽头的17V  0  17V
B. 直流稳压电源（0~30V、2A），由多圈电位器连续调节，输出最大电流为2A，每路电源输出有0.5级数字电流表、电压表指示。电压稳压度<10－2，负稳压度<10－2，纹波电压: <5mV。
C.各档直流电源，包括±12V及±5V电源
（7）实验信号源：采用直接数字频率合成（DDS）产生高精度正弦波，方波和三角波。采用大屏幕LCD显示输出频率、波形，衰减值。

(8)电表

A.数字直流电流表（AX4模块单元）:测量范围：0～2000mA
B.数字直流电压表:测量范围：0～30V，输入阻抗：47KΩ/V
C.数字直流毫伏表:测量范围：0～2000mV

（9）汽车电子基础电路模块实验模块构成：

一、特点
1、扩展性强。实验箱主板配置有数电、模电实验时经常用到的电源、信号源、输入接口，输出显示接口、测量单元、实验扩展区，及实验模块电路，以完成不同的实验，也可以进行课程设计实验，大大增强了该装置的适用性、扩展性。
2、实验原理图都印刷在实验板表面，实验电路由学生按照实验原理图进行搭建，既培养了学生的独立思维能力及动手能力。 
4、实验连线插孔采用锁紧式镀金插孔，通过焊接固定在实验板上，不松动，不氧化，寿命长，连接可靠，维修方便、简捷；
6、电源输出均有过流保护，自动恢复功能。
二、系统组成
1、电源：输入：AC 220V±10%，50HZ 
         输出：※DC：+5V， I ≥1A
               ※DC：±12V，I ≥0.2A
               ※DC：-5V～-12V可调， I ≥0.2A 
※DC：＋5V～＋27V可调，I ≥0.2A 
               以上各路输出均有过流保护，自动恢复功能
※AC V:7.5V×2；AC I≥0.15A
2、数字LED显示：
（1）LED0～LED3由4位七段共阴LED数码管及二～十进制译码器组成
（2）LED4～LED5两位七段段码a.b.c.d.e.f.g.h经电阻到插孔。
3、十二位逻辑电平输入开关：可输入低电平‘0’、高电平‘1’（为正逻辑）。
4、十二位逻辑电平指示灯：指示灯亮表示高电平‘1’，指示灯灭表示低电平‘0’。
5、BCD码拨码盘1组、可产生四组BCD码数字信号
6、四位数字频率计：测量范围 0～1MHz，用作测量方波、三角波、正弦波；
7、喇叭及驱动电路。是时钟报时、报警、音乐用的发声装置。
8、电位器组：1K、10K、100K、1M各1只；
9、开放式实验区（元件库）：提供9只锁紧插座（3只14芯、5只16芯，另1只40芯）及1只8芯IC座。提供电阻、电容、二极管、三极管、三端稳压块等元件。
10、实验模块电路：（1）整流滤波电路（2）串联稳压电路（3）可调稳压电路
（4）功率放大器  （5）集成运放电路
11、全部信号的输入输出插孔均采用镀金孔，不氧化、不变色，接触良好。

（10）汽车电子应用基础实训模块构成：

（一）、基础硬件配置
1.MS51单片机模块
2.STM32单片机模块
3.LCD12864点阵液晶模块
4.LED16X16点阵模块
5.八位数码管模块
6.独立键盘与矩阵键盘模块
7.RS232通信模块
8.USB接口模块
9.火焰传感器模块
10.烟雾传感器模块
11.超声波传感器模块
12.光敏传感器模块
13.人体热红外传感器模块
14.温湿度传感器模块
15.声音传感器模块
16.继电器模块
17.直流电机模块
18.步进电机模块
19.交通灯模块
（二）4G射频收发模块
1.Wifi模块
2.GSM/GPRS模块
3.时钟模块
4.语音播放模块
5.功放模块
6.储存器模块
7.接口引脚转接模块
（三）、综合硬件模块
1.AVR单片机模块
2.EPM240逻辑模块
3.RS485总线通信模块
4.CAN总线通信模块
5.震动传感器模块
6.三轴加速度/角速度传感器模块
7.颜色传感器模块
8.霍尔传感器模块
9.三轴磁场传感器模块
10.空气质量传感器模块
11.电流传感器模块
12.旋转编码器模块
13.RFID模块
14.高速AD模块
15.高速DA模块
（11）嵌入式多功能网络虚拟仪器（不需电脑配套使用，与开放实验室信息管理系统配套使用）
A、终端部分采用7寸彩色触摸屏（装学生实验屏上）同时配有虚拟示波器、虚拟逻辑分折仪、虚拟频谱仪、虚拟三用表、虚拟数字量输入输出模块。
B、基于LabVIEW虚拟仪器程序的编程方法，学生可自行设计各种虚拟仪器。
C、仪器包括
　　1）、双踪存贮示波器，多种同步方式，存贮深度可编程；
　　　　通道数：2路
　　　　带宽：20MHZ
　　　　分辨率：8位
　　　　电压范围：-10~+10V
　　　　存贮深度：64K
　　2）、频谱分折仪；
　  3）、数字三用表，可测电阻、电流、电压等；
　　　　数字IO口
　　　　通道数：8路IO
　　　　输入电平：TTL
　　　　输出电平：TTL
　　　　电流驱动：20mA/通道
4）、四路智能远程电源控制
5）、数据具有上传与保存功能并能通过服务器显示
6)、提供LabVIEW虚拟仪器软件（拷贝版）

三、通用工具

（一）51仿真器
USB接口，DIP40镀金插针。
兼容KEIL C51 UV2/UV3/UV4调试环境，支持单步、断点、随时查看寄存器、变量、内存，支持全速运行时暂停按钮，可仿真各种51指令兼容单片机。内部最大仿真时钟24MHZ，程序存储器64K，仿真的同时已烧好代码，系统可脱机运行。
（二）51编程器
A.支持AT89S51、AT89S52
B.支持：1.AT90can128 AT90can32等； 
         2.Attiny11 Attiny12 Attiny13等
         3.Atmega128 Atmega32 Atmega64 Atmega8等；
         4.USB接口
 （三）AVR仿真器编程器：USB接口，带0.5A可恢复保险丝，支持5V/3.3V工作电压；仿真固件可升级，支持AVRstudio软件。支持：
1.ATmega128,ATmega128L,ATmega16,ATmega162,ATmega162V,ATmega165,ATmega165V, 2.ATmega169,ATmega169V, ATmega16L, ATmega32, ATmega323,ATmega323L, ATmega32L, 3.ATmega64, ATmega64L(支持AVR所有带JTAG口的单片机)。
（四）JLINK仿真器编程器（用于STM32）
1.USB2.0接口
2.支持 ARM7/9/11 (including thumb mode),Cortex-M0/M1/M3/M4内核；
3.支持Serial Wire Debug (SWD）；
4.支持Serial Wire Viewer (SWV)；
5.可与 IAR Workbench、Keill，ADS，RVDS无缝集成；
6.支持1.2V-5V目标板电压；20pin与SWD接口转接板
7.支持WIN2000/XP/VISTA/7等
（五）FPGA/CPLD编程器USB-Blaster
1.USB接口
2.稳定支持SignalTap II 嵌入式逻辑分析仪功能；
3.支持ALTERA 公司全系列器件；
4.支持三种下载模式：AS、PS和JTAG；


四、仪器仪表与信息管理系统

    系统分为终端和服务器两部分，终端cpu采用s3c2440 arm9处理器，采用嵌入式linux操作系统。Cpld控制AD采集信号，并将数字信号放入ram中，arm9读取ram数据后处理送液晶屏显示，ARM也可以将波形图片发送到服务器，供老师批阅；ARM可以通过网络接收服务器命令，控制电源的关闭和打开。
（一）硬件资源：
采用7寸彩色触摸屏作为学生终端。
（二）虚拟仪器部分：
1、终端部分（装学生实验台上）同时配有虚拟示波器、虚拟频谱仪、虚拟三用表、电源管理。
2、技术指标：
1）设置启动界面与启动后界面。
2）网络设置：通过设置IP地址设置机器号，还可以设置密码电源模块号（用于远程控制实训台的通断电功能）
3）双踪存贮示波器，多种同步方式，存贮深度可编程；通道数：2路；带宽：20MHZ；分辨率：8位；电压范围：-10~+10V；存贮深度：64K；
Channel switch  通道开关，通过内勾选要显示的通道，Setting select 设置选择，通过单选框，选择要设置的通道的参数，主要是time(时间) ，voltage(电压量程) ，screen(抓屏)为上传波形实时画面，screen后可以commit提交到服务器，setting是设置示波器参数 如触发源 触发条件，stop是暂停功能。同时显示暂停状态时的波形。
4）频谱分折仪；
Stop是暂停，便于分析频谱。commit提交到服务器功能，Exit是退出界面功能。
5）数字三用表
Module selection 功能选择，通过单选框，选择电压(voltmeter)、电流(ammeter)，电阻(ohmmeter)、通断（on-off）,四种功能，电压又分为AC/DC测量以及量程选择，电流又分为AC/DC测量以及量程选择，电阻可以设置量程。commit提交到服务器功能，Exit是退出界面功能。
6）、四路智能远程电源控制
7）、数据具有上传与保存功能并能通过服务器显示
8)、提供LabVIEW虚拟仪器软件

主服务器说明：主服务器材料用linux操作系统，并用php+mysql实现web操作。在任何可接入网络的pc机上都可以连入服务器，可以实现远程控制。
完成以下功能：
管理学生账号，管理实验，接收学生作业，批改学生作业，远程开关终端设备。
密码设置界面，用于修改web界面的登入密码。
网络设置界面，用于设置服务器的ip地址。
设备管理界面，用于添加，删除，开关终端设备。
院系设置界面，用于添加，删除，修改院系信息。
班级设置界面，用于添加，删除，修改班级信息。
学生设置界面，用于添加，删除，修改学生信息。
实验项目界面，用于添加，删除，修改，统计实验信息。
实验管理界面，用于查询，批改学生实验情况
学生终端部分说明：
终端部分包括实验仪器，远程控制两部分。
实验仪器部分包括示波器，三用表，频谱仪，学生可以将实验结果发送到服务器端，老师在服务器端批改作业。
远程控制，可以接收服务器端的命令，将设备关闭或打开。


（11）汽车电子应用实例模块构成：


一．组成模块板（10只模块挂板）

1.曲轴位置传感器
2.空气流量计（叶片式）
3.空气流量传感器（热线），进气压力传感器
4.节气门位置传感器，水温传感器，氧传感器
5.停车/空档开关，空调开关，动力转向开关，车速传感器
6.喷油器/火花塞
7.点火系统
8.冷却风扇/燃油泵/空调压缩机继电器
9.怠速阀

10.自动变速器TCC调节电磁阀，碳罐调节电磁阀CCP，废气EGR控制电磁阀

二．控制与模拟系统

   89C51单片机
   1.模拟控制点火和喷射，由89C51单片机计算机监控。
   2.喷射系统模块控制
   3.喷射功能控制
   4.开关的输入/输出功能控制
   5.各传感器测试
   6.各执行器测试
   7.各传感器信号模拟输出
   8.显示模块
面板功能
1-直流电源
（1）输出电压：5V，12V
（2）最大输出电流：+5 V／2a，+12 V / 2A
（3）输出过载保护
2-计算机接口; 
  R232接口；RS-232C端口：9针D-sub连接器
3-单片机：单片机89C51
  CPU 89C51；4-显示屏（64*128）；5a-选择开关；5b-喷射模式选择开关（同步；分组；顺序）
4a-显示器
  液晶图形显示：64 x 128
• 背光
• 同步显示以下值：NE, PHO, HALL, MAF, MAT, MAP, TPS, CTS, VSS, IPW  数据
4b-模拟指针表
    测试氧传感器信号
5.选择器
5a (3档）  
(1) 曲轴传感器选择 : NE, PHO, HALL，（1）磁电式传感器（2）光电式传感器（3）霍尔式传感器
5b (3档）
    喷油模式选择：同步/分组/顺序
6-信号输入端子（接传感器与开关信号输入）/16脚；
    NE, PHO, HALL, VAF, MAT, F/C, MAF, MAP, TPS, CTS, O2,P/N, A/C, PSPS, VSS, 3GR
7a-信号输出端子
信号输出端子（接执行器）/18脚
    (1) lNJ1, INJ2, INJ3, INJ4, SPK1, SPK2, SPK3, SPK4,FANC, F/C, ACC, IAC1, IAC2, IAC3, IAC4, TCC, CCP,EGRV
7b-发动机故障指示灯
     (2) Check engine lamp，发动机故障指示灯
 

显示屏（显示各测试传感器与执行器数据）

同步显示以下数值：
NE, PHO, HALL, MAF, MAT, MAP, TPS, CTS, VSS, IPW

三．测试系统
各传感器与执行器波形采集与测试，真空度测试表与燃油压力表。

三、本设备可以完成的实训项目

A、汽车电子基础电路实验项目
（一）模电实验
1、常用电子仪器使用练习、用万用表测试二极管、三极管参数
2、单级放大电路 3、两级放大电路 4、负反馈放大电路 
5、射极跟随器 6、差动放大电路 7、集成运放的参数测试
8、比例求和运算电路        9、积分与微分电路   10、波形发生电路  
11、有源滤波器 12、电压比较器 13、集成电路RC正弦波振荡器
14、集成功率放大器 15、整流滤波与并联稳压电路 
16、串联稳压电路 17、集成稳压器 18、RC正弦波振荡器
19、LC振荡器及选频放大器 20、电流/电压转换电路
21、电压/频率转换电路        22、互补对称功率放大器 
23、波形变换电路 24、场效应管实验 25、可控硅实验电路
综合实验：
26、用运算放大器组成万用电表的设计与调试

（二）数电实验
1、门电路的逻辑功能及测试实验
2、组合逻辑电路（半加器、全加器及逻辑运算）实验
3、触发器实验（一） R-S、D、JK
4、触发器实验（二） 三态输出触发器、锁存器
5、时序电路测试与研究 
6、集成计数器及寄存器实验
7、译码器和数据选择器实验 
8、波形产生器及单稳态触发器实验
9、555时基电路实验
可选做如下实验
10、晶体管开关特性、限幅器与钳位器实验 
11、TTL门电路参数测试实验
12、CMOS门电路测试实验 
13、模数A/D转换电路实验
14、数模D/A转换电路实验 
15、时序电路应用实验
16、四路优先判决电路实验 
17、智力竟赛抢答器实验

B、汽车电子应用基础实训项目
    
1.简易交通灯控制系统
2.键盘拨号显示器
3.秒表计时器
4.简易计算器
5.RS232计算机串口通信控制小灯开关系统
6.综合报警系统
7.基于超声波的倒车雷达测试显示系统
8.基于超声波的水位测试显示系统
9.步进电机调速显示系统设计
10.直流电机测速显示系统设计
11.有人光控智能小灯控制系统
12.基于DS18B20的温度数码管显示器
13.基于DHT11的温湿度度数码管显示器
14.环境测试仪段码管显示
15.LED点阵屏字幕显示设计
16.LED点阵屏公交站名显示设计
17.LCD12864液晶显示器设计
18.三级菜单键盘设计
19.环境测试仪LCD12864液晶显示
20.数字电子日历系统设计
21.带上下限报警的温湿度系统设计
22.出租车计价器
23.基于CPLD的矩阵键盘扫描程序设计
24.基于CPLD的数码管动态扫描
25.基于CPLD实现多路模拟串口通信
26.基于CPLD的线路编码及通信系统设计
27.基于RS485总线分布式温湿度采集系统设计
28.基于CAN总线分布式温湿度采集系统设计
29.基于NRF24L01模块的无线遥控器设计
30.基于NRF24L01模块的无线手持信号采集笔设计
31.基于NRF24L01无线传输分布式温湿度采集系统设计
32.基于传输分布式温湿度采集系统设计
33.基于GPRS的远程分布式温湿度采集系统设计
34.基于WIFI无线传输分布式温湿度采集系统设计
35.手机接打电话系统设计



C、汽车电子应用实例实训项目

1.曲轴位置传感器
（1）磁电式传感器
（2）光电式传感器
（3）霍尔式传感器
2.空气流量计（叶片式）
（1）输出电压0.2V~ 3.5V
（2）热线式输出：2.3V~ 2.7V
（3）小电子风扇控制：F／C开关
3.空气流量计（执线式）
（1）输出电压1.0V~ 3.5V
歧管绝对压力传感器实验
4.节气门位置传感器，水温传感器，氧传感器
  TPS试验
  输出电压：0.5V ~ 4.5V
  输出电压：4.5V/-40°C, 2.3V/20°C, 0.5V/108°C
  O2试验
(1) Normal正常 : 0.1 ~ 1.0V swing摆动
(2) Rich 浓: 0.6 ~ 1.0V swing摆动
(3) Lean 稀: 0.1 ~ 0.3V swing摆动
5.停车/空档开关，空调开关，动力转向开关，车速传感器
(1) P/N switch 开关
(2) A/C switch 开关
(3) PSPS switch开关
(4) Speed sensor车速传感器
6.喷油器/火花塞
喷油器试验
（1）负载(喷油器电阻)：18Ω
（2）正常转速800 rpm，最大转速3600 rpm
（3）喷油顺序的变化
（4）喷油器的LED显示
    火花塞试验：LED显示
7.点火系统
点火实验A
（1）负载(点火线圈电阻)：2Ω
（2）点火的变化:LED显示
点火实验B
（1）负载(点火线圈电阻)：1Ω
（2）点火的变化:LED显示
8.冷却风扇/燃油泵/空调压缩机继电器
冷却风扇继电器实验
1) Control signal控制信号 : FANC
2) 直流12V 电机
3) 工作条件 :
   A/C 信号 ON or 水温信号 108°C or低 108° C
燃油泵继电器继电器实验
1) 控制信号 : F/C
2) 直流12V 电机
3)工作条件 :
空气流量计 F/C 信号ON and 旋转速度
空调压缩机继电器
（1）控制信号：A/C
（2）12V直流电机
（3）工作条件：A / C信号
9.怠速阀
（1）控制信号：IAC1，IAC2，IAC3,IAC4，
（2）步进电机(汽车怠速阀)
（3）工作条件 ：P / N，A / C，PSP信号
10.自动变速器TCC调节电磁阀，碳罐调节电磁阀CCP，废气EGR控制电磁阀
自动变速器TCC调节电磁阀(扭力转换器离合器)
（1）控制信号：TCC
（2）直流12V的电磁
（3）工作条件：VSS信号-40km和3GR开关
碳罐调节电磁阀CCP
(1) 控制信号 : CCP
(2) 直流12V的电磁
(3)工作条件 :
   c-1 :转速  1200
   c-2:水温   65°C
   c-3:节气门位置信号  1.0-2.5
当上述四个条件同时存在，碳罐调节电磁阀将工作。
废气EGR控制电磁阀
(1) 控制信号 : EGRV
(2) 直流12V的电磁
(3)工作条件 :
   c-1 :转速  1200
   c-2:水温   65°C
   c-3:节气门位置信号  1.0-2.5
当上述四个条件同时存在，废气再循环阀将打开。


  附一：开放实验室信息管理系统：（全室配一套,与虚拟仪器配套使用）
A、．开放实验室信息管理系统的必要性
学生动手能力的培养、分折问题解决问题能力的培养、自主实验和创新实验能力的培养均需要一个宽松的、开放的、设备齐全的实验环境。但是目前很多学校因师资力量有限无法将实验室开放，这一方面造成资源浪费另一方面学生又得不到煅炼。针对这一问题，配备本实验室信息化管理系统，它可有效解决上述矛盾。具备这样条件的实验室可以不必配备固定的老师管理和辅导，学生可以自主按排实验时间并通过刷卡确定机位，并通过学生终端计算机中的实验课件、仪器仪表介绍课件、自主实验题库、在线帮助等资源完成各类实验。
B、智能开放实验室管理系统简介
智能实验室管理系统（以下称：本系统）是以标准化实验室管理思想为基础、网络技术为驱动最新开发的管理系统。本系统能对实验室设备及学生实验过程进行智能化管理，以实时了解实验室设备状态及学生实验完成状况，跟踪记录实验痕迹，确保老师能了解学生做实验的流程。
实验室管理手段包括：短信，邮件，web页面。
C．开放实验室资源配置
建设开放实验室应具备必要的硬件和软件资源：
（一）硬件资源：
1、手机（可选）：发送和接收实验室设备管理及状态信息。
2、管理员PC：用于发送和接收实验室管理及状态信息，接收学生的实验数据（波形，数据包等实验数据），发送提示信息及试题到学生实验设备上。
3、服务器：服务器为本系统的核心部分，完成接收管理员控制信息，发送采集到的终端实验数据到web页面，对终端设备的控制，终端实验数据的采集。
4、网络设备：路由器等，传输各种数据。
5、终端：虚拟示波器，发送及接收数据，直接控制设备
（二）软件资源：
1.web页面系统，通过web页面设置本系统的各项参数，个性化定制，实时接收并显示学生实验数据，发送控制命令到服务器，并由服务器发送控制命令到终端，达到控制实验室设备的目的。
2.短信控制系统，向特定的手机发送实验室设备状态，接收特定手机的控制命令，并由服务器发送控制命令到终端，达到控制实验室设备的目的。
3.邮件控制系统，向特定的邮箱发送实验室设备状态，接收特定邮箱的控制命令，并由服务器发送控制命令到终端，达到控制实验室设备的目的。
4.数据库存储系统，存储学生实验过程数据，以便老师后续查看学生的实验过程。