CN110120174A - 一种新型电路与系统实验装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于综合实验技术领域，公开了一种新型电路与系统实验装置及使用方法，设置有：实验箱；实验箱的右侧部分通过螺栓固定有扩展模块插槽，扩展模块插槽通过导线与液晶触摸屏、信号与系统实验模块、数字FFT信号分解与合成模块、电路原理与实验模块、自选元器件模块、仪器仪表模块相连接；实验箱左侧部分一侧的最上端通过螺栓固定有液晶控制屏，实验箱通过螺栓固定有全数字FFT信号分解与合成模块；最下面是信号与系统实验模块。本发明采用模块化结构，七大模块可灵活组合，涵盖电路分析、信号与系统课程所有实验，同时可通过开发扩展模块实现对数字信号处理等课程的支持；各模块设计成非对称防短路插入式供电，确保供电安全。

Description

一种新型电路与系统实验装置及使用方法

技术领域

本发明属于综合实验技术领域，尤其涉及一种新型电路与系统实验装置及使用方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：实验是电气信息类专业的重要课程环节，通过实验不仅巩固理解加深所学的理论知识，更重要的是在建立学科证实思维方面，在掌握基本的测试手段和方法方面，为学生在毕业后的岗位工作起到打基础的作用。每个实验的目的和内容不相同，充分发挥了学生的主观能动性，促使其独立思考，独立完成实验，并且有所创新。在传统的电路理论、信号与系统分析实验中，所有的实验仪器及设备都排列在实验室中，占用了大量的实验室空间，使学生不能统一集中的进行实验操作，只能分批进行，严重限制了学生们的学习效率和学习空间。目前国内市场分别有各种型号的电路理论实验系统和信号与系统实验平台，但尚未有同时支持两门课程教学的实验平台，仍然不能从根本上解决实验效率的问题。

综上所述，现有技术存在的问题是：

目前国内市场各种型号的实验平台都不能同时支持两门课程，使实验操作繁琐，实验效率低。

解决上述技术问题的难度和意义：《电路理论》和《信号与系统》是电气信息类专业的核心基础理论课程，分别对应有大量的课程实验项目。目前国内市场各种型号的实验平台往往将两门课程的实验分别设计成两套实验系统，主要是考虑到集成实验项目太多，设计难度较大。由此带来的不利影响是：实验室必须单独设置，导致实验室功能单一，仪器设备利用效益降低。本发明利用模块化的结构，结合集成液晶显示控制单元，将上述两门课程实验有效集成，大大提高了实验室运行效益，节约了硬件设备经费的投入。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种新型电路与系统实验装置及使用方法。

本发明是这样实现的，一种新型电路与系统实验装置设置有：实验箱，实验箱的右侧部分通过螺栓固定有扩展模块插槽，扩展模块插槽通过导线与液晶触摸屏、信号与系统实验模块、数字FFT信号分解与合成模块、电路原理与实验模块、自选元器件模块、仪器仪表模块相连接；

实验箱左侧部分一侧的最上端通过螺栓固定有液晶控制屏，实验箱通过螺栓固定有全数字FFT信号分解与合成模块；最下面是信号与系统实验模块，通过螺栓固定于实验箱；实验箱另一侧最上端是仪器仪表模块，由螺栓固定于实验箱上；电路原理与实验模块通过螺栓固定于实验箱；自选元器件模块通过螺栓固定于实验箱。

进一步，仪器仪表模块镶嵌有恒流源、电压源、电流表、电压表、欧姆表、信号源，板载电流表、电压表通过螺丝固定有超量程报警器。

进一步，全数字FFT信号分解与合成模块通过螺丝固定在实验箱的内部。

进一步，实验指导教程通过液晶控制屏显示。

进一步，电源通过螺丝固定有防倒插装置。

本发明的另一目的在于提供一种所述新型电路与系统实验装置的新型电路与系统实验装置的使用方法，所述新型电路与系统实验装置的使用方法通过板载集成实验仪上面的电源开关，打开实验装置，液晶触摸屏亮了后，点击显示的启动实验按钮，按照实验所需的仪器分别对各仪器进行启动。通过液晶触摸屏，实现集中控制与显示；通过板载集成实验仪，板载集成实验用恒流源、电压源、电流表、电压表、欧姆表、信号源，并通过液晶操作实现仪表的控制及测量数据显示；通过超量程报警器，及时提醒实验者纠正错误，保护设备；通过保护电路，学生即使因接线错误或操作失误，短时间内都不会造成不可逆损坏，使得实验能够最大限度的流畅开出；通过全数字FFT电路板，可以作针对非正弦波周期信号的合成与分解实验；通过液晶屏实时显示实验指导教程；通过防倒插装置，实现对更多实验和其他课程实验的支持。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

1、采用大屏幕彩色触摸液晶集中控制与显示，包括电流表、电压表、欧姆表、恒流源、信号源在内的高精度全数字化仪表与液晶完美结合；设有同步电子实验指导书，可实现实验步骤主动引导和实时纠错。

2、采取了完善的电路保护措施，确保在实验过程中不出现各种仪表超量程损坏或短路事故；同时设有声光报警功能，可提醒实验者的错误操作，最大限度保护设备，保证实验课程的正常进行。

3、采用模块化结构，七大模块可灵活组合，涵盖电路分析、信号与系统课程所有实验，同时可通过开发扩展模块实现对数字信号处理等课程的支持；各模块设计成非对称防短路插入式供电，确保供电安全；

4、与国内同类产品相比较，本系统具有多项独创技术和功能：先进的全数字FFT技术，可显示信号波形、频谱和相位；所有测试端口及仪器输出端口的安全保护技术；同步实验主动引导和纠错功能；高性价比产品。

5、通过超量程报警器，可及时提醒实验者纠正错误，保护设备。板载集成实验用恒流源、电压源、电流表、电压表、欧姆表、信号源，并可通过液晶操作实现仪表的控制及测量数据显示，由于集成有常用仪表，即使不配置通用信号源、万用表等仪器，也能顺利完成实验，可为用户节约200～4000元/套的仪器设备经费投入。

6、通过全数字FFT电路板，可以作针对非正弦波周期信号的合成与分解实验；通过液晶屏，可以实时显示实验指导教程，方便学生自主完成实验操作；通过防倒插装置，可方便用户根据需求扩展实验模块，实现对更多实验和其他课程实验的支持。

附图说明

图1是本发明实施例提供的新型电路与系统实验装置结构示意图。

图2是本发明实施例提供的实验箱结构示意图。

图中：1、实验箱；2、液晶控制屏；3、全数字FFT信号分解与合成模块；4、信号与系统实验模块；5、仪器仪表模块；6、电路原理与实验模块；7、自选元器件模块；8、扩展模块插槽。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的新型电路与系统实验装置包括：实验箱1、液晶控制屏2、全数字FFT信号分解与合成模块3、信号与系统实验模块4、仪器仪表模块5、电路原理与实验模块6、自选元器件模块7、扩展模块插槽8。

扩展模块插槽8通过螺栓固定于实验箱1的右侧部分；扩展模块插槽8通过导线与液晶触摸屏2、信号与系统实验模块4、数字FFT信号分解与合成模块3、电路原理与实验模块6、自选元器件模块7、仪器仪表模块5相连接；液晶控制屏2通过螺栓固定在实验箱1左侧部分一侧的最上端，全数字FFT信号分解与合成模块3通过螺栓固定于实验箱1；最下面是信号与系统实验模块4，通过螺栓固定于实验箱1；另一侧最上端是仪器仪表模块5，由螺栓固定于实验箱1上，仪器仪表模块5镶嵌有恒流源、电压源、电流表、电压表、欧姆表、信号源，板载电流表、电压表通过螺丝固定有超量程报警器；电路原理与实验模块6通过螺栓固定于实验箱；自选元器件模块7通过螺栓固定于实验箱1，电源通过螺丝固定有防倒插装置；实验电路的易损接口、易损器件设置有良好的保护电路。

作为本发明的优选实施例，预留有WIFI接口，可通过互联网上传实验数据，通过另外开发上位机实验报告生成软件或手机APP软件，即可实现实验报告的实时上传、批阅等功能。

作为本发明的优选实施例，实验系统中控模块集成了信号发生器、欧姆表等功能，必须采用隔离设计才能使各功能电路之间避免通过接地线相互串扰。实验系统的各模块是与中控模块相互通信采用专业级的隔离芯片，在保证通信零误传，数据零丢失的情况下，还能保证即使某一模块发生短路后，不会对中控模块产生任何影响。

作为本发明的优选实施例，完善的电路保护措施，学生实验犯错是无法避免的，而且是常态化的。实验设备如果在安全保护方面考虑不周，将会导致频繁的设备故障，实验往往无法在规定时间内完成。本发明充分考虑了实验过程中学生易致损的方面，一是将所有板载仪表均设计了超量程保护和语音报警功能；二是将所有I/O口设计有保护电路，防止短路；三是各模块上电采用的是防倒插装置。通过以上措施，设备故障率大大下降。

作为本发明的优选实施例，本发明中单独设计了仪表模块，含2个电压表、2个电流表、1个恒流源、1个欧姆表及1个信号源，所有仪表均可以通过触摸液晶屏幕控制开关启动、参数设置和测量数据显示，此设计在同类产品中属于独创设计。

作为本发明的优选实施例，本发明中，“非正弦周期信号的分解与合成”是电路与系统课程中的重要实验。市面实验系统虽然都设计有完成该实验的实验模块，但实现的方式都是采用模拟滤波器来实现，实验效果较差。本系统单独设计了全数字FFT实现的非正弦周期信号的分解与合成实验模块，利用全数字算法，通过软件实现信号的分解与合成，实验效果得到大幅提升。本软件已申请获得国家版权局软件著作权(2018SR671652)。

作为本发明的优选实施例，本系统独创了实验过程引导功能，将每个实验的指导过程文档内嵌在系统中，通过液晶实时调用显示实验指导过程，引导学生完成实验项目。此功能针对大批量学生实验场合，教师无法逐个进行单独辅导，学生可依照引导文档，自主完成实验。该功能可大大提高实验教学的指导效率。

作为本发明的优选实施例，本系统采用工业级高清彩色触摸液晶屏，实现了所有板载测量仪表(欧姆表、电压表、电流表、恒流源)的启动关闭、参数设置控制、测量数据显示等功能，相关集中控制与显示软件已申请获得国家版权局软件著作权(2018SR669156)。

本发明的工作原理是：通过板载集成实验仪5上面的电源开关，打开实验装置，液晶触摸屏2亮了后，点击显示的启动实验按钮，按照实验所需的仪器分别对各仪器进行启动。通过液晶触摸屏2，可以实现集中控制与显示；通过板载集成实验仪5，板载集成实验用恒流源、电压源、电流表、电压表、欧姆表、信号源，并可通过液晶操作实现仪表的控制及测量数据显示；通过超量程报警器，可及时提醒实验者纠正错误，保护设备；通过保护电路，学生即使因接线错误或操作失误，短时间内都不会造成不可逆损坏，这使得实验能够最大限度的流畅开出，而不至于频繁中断BPF；通过全数字FFT电路板6，可以作针对非正弦波周期信号的合成与分解实验；可以通过液晶屏实时显示实验指导教程，方便学生自主完成实验操作；通过防倒插装置，可方便用户根据需求扩展实验模块，实现对更多实验和其他课程实验的支持。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种新型电路与系统实验装置，其特征在于，所述的新型电路与系统实验装置设置有：

实验箱；

实验箱的右侧部分通过螺栓固定有扩展模块插槽，扩展模块插槽通过导线与液晶触摸屏、信号与系统实验模块、数字FFT信号分解与合成模块、电路原理与实验模块、自选元器件模块、仪器仪表模块相连接；

实验箱左侧部分一侧的最上端通过螺栓固定有液晶控制屏，实验箱通过螺栓固定有全数字FFT信号分解与合成模块；最下面是信号与系统实验模块，通过螺栓固定于实验箱；实验箱另一侧最上端是仪器仪表模块，由螺栓固定于实验箱上；电路原理与实验模块通过螺栓固定于实验箱；自选元器件模块通过螺栓固定于实验箱。

2.如权利要求1所述的新型电路与系统实验装置，其特征在于，所述仪器仪表模块镶嵌有恒流源、电压源、电流表、电压表、欧姆表、信号源，板载电流表、电压表通过螺丝固定有超量程报警器。

3.如权利要求1所述新型电路与系统实验装置，其特征在于，全数字FFT信号分解与合成模块通过螺丝固定在实验箱的内部。

4.如权利要求1所述新型电路与系统实验装置，其特征在于，实验指导教程通过液晶控制屏显示。

5.如权利要求1所述新型电路与系统实验装置，其特征在于，电源通过螺丝固定有防倒插装置。

6.一种如权利要求1所述新型电路与系统实验装置的新型电路与系统实验装置的使用方法，其特征在于，所述新型电路与系统实验装置的使用方法通过板载集成实验仪上面的电源开关，打开实验装置，液晶触摸屏亮了后，点击显示的启动实验按钮，按照实验所需的仪器分别对各仪器进行启动。通过液晶触摸屏，实现集中控制与显示；通过板载集成实验仪，板载集成实验用恒流源、电压源、电流表、电压表、欧姆表、信号源，并通过液晶操作实现仪表的控制及测量数据显示；通过超量程报警器，及时提醒实验者纠正错误，保护设备。