电工电子信息化实验室建设的探讨

一、实验室建设项目名称
《电工电子信息化实验室》
二、项目可行性分析
（一）实验室建设的意义
数字文明时代到来已成为社会共识，大数据已经或正在推进各领域进行深刻变革，作为高等教育重要实践平台的实验室建设同样是机遇与挑战并存。《教育部关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》提出要“大力推动互联网、大数据、人工智能、虚拟现实等现代技术在教学和管理中的应用”。
电工电子信息化实验室建设着眼于建设开放管理、智能化服务的实验室，通过研判学校电子电子实验室建设与管理面临的关键问题，明确建设和管理新要求，在此基础上，主动运用信息化技术系统探寻电工电子实验室建设路径，提出行之有效的解决举措，持续推进电工电子实践教学水平整体提高，支撑创新性、实践性人才培养。
（二）实验室建设的目标
电工电子信息化实验室建设采用模块化的扩展板模式，教师可以根据教学内容灵活选择扩展板开展教学，一个实验平台可以同时满足电路基础、电子电路、数字电路、电子技术、电工电子等多门课程的实验教学要求，使实验平台的利用率最大化；实验教学依托专业仿真软件构建虚拟实验环境和实验对象，在完成综合性实验教学任务时，采用软件仿真+硬件实操的教学模式，能高质量的达到教学大纲所要求的实验教学效果，同时也减少了设备和元器件因为操作失误出现损坏等问题；实验平台基于互联网、智能仪器及在线测控技术,支持线上线下混合实验模式，线下实验通过实验平台扩展板完成，线上实验学生通过网上预约时间登录客户端浏览器进行在线实验，将传统实验方式转变为全开放的实验方式（任何时间、任何地点、自选项目），以达到突破传统实验方法与教学管理模式的目的。电工电子信息化实验室建设工作分为两个实验平台建设：电工电子实验平台和虚拟在线仿真实验平台。

电工电子信息化实验室的建设方案是一个综合性的项目，旨在通过信息化手段提升实验室的教学、科研和实践能力。以下是一个大致的建设方案：

一、总体规划与目标

电工电子信息化实验室的建设应紧密结合电工电子技术的发展趋势和行业需求，以提高教学质量、科研水平和实践能力为核心目标。通过信息化手段，实现实验室资源的优化配置和高效利用，提升实验室的整体运行效率和管理水平。

二、基础设施建设

实验室空间布局：合理规划实验室空间，确保实验室具备足够的面积和良好的通风条件。根据实验项目的需求，设置不同的功能区域，如教学区、科研区、实践区等。
网络与通信设施：建设稳定、高速的网络系统，实现实验室内部的无线覆盖和有线网络连接。同时，配置必要的通信设施，如电话、视频会议系统等，以便实验室与外部进行高效的沟通与协作。
三、实验设备与仪器

购置先进的电工电子实验设备，如数字示波器、函数发生器、电源和电源分析仪等，以满足教学和科研的需求。
配置信息化设备，如计算机、服务器、数据存储设备等，用于数据处理、仿真分析和信息化管理。
四、信息化平台与系统

建设实验室信息化管理系统，实现实验室资源、设备、人员等信息的数字化管理，提高管理效率。
开发实验教学平台，提供在线课程、虚拟实验、远程实验等功能，丰富教学手段，提高教学效果。
建立科研协作平台，促进科研人员之间的交流与合作，推动科研成果的产出与转化。
五、师资队伍建设

加强电工电子专业教师队伍建设，提高教师的专业素养和教学能力。
邀请业界专家和学者参与实验室建设与管理，提供行业前沿知识和技术支持。
六、安全与管理

制定实验室安全管理制度和操作规程，确保实验过程的安全与规范。
配置必要的安全防护设备和措施，如灭火设备、急救箱等，以应对突发情况。
定期对实验室设备、仪器进行检查和维护，确保其正常运行和良好性能。
七、持续发展与改进

定期对实验室建设与管理进行评估和反思，总结经验教训，提出改进措施。
根据行业发展和技术进步的需求，适时更新实验设备和信息化平台，保持实验室的先进性和竞争力。

DB-TH07 高级电工电子技术实验装置

一、技术指标
1、输入电源：三相五线，交流380V±10%，50HZ
2、置容量：≦1KVA
3、外型尺寸：参考值1500×700×1300MM
4、工作环境：温度-10°C ～ +40°C,相对湿度85%（25C）
5、安全保护：接地保护，漏电保护（动作电流＜30mA），过载保护
二、实验装置基本组成和技术参数
1、实验桌
高级电工电子技术实验装置实验桌体采用铝合金型材，结构坚固，造型美观大方，桌面为防火、防水、耐磨高密度板，铺设绝缘橡胶垫，桌体下部设有抽屉、小型储物柜，用于放置工具、电路模块及资料等，台脚用带刹车的尼龙材质万向轮，中间还设有支撑脚，可移动可固定。
2、实验凳
每张实验桌配置1张实验凳。凳面是进口PP注塑成型。
3、电源仪表控制屏
高级电工电子技术实验装置采用铝质激光雕刻面板，提供交流电源、示波器、信号源、指示灯、指示仪表，控制开关、按钮等。具体如下：
1）供电部分
    1.1 提供交流工作电源，输出单相交流220V和三相四线380V；
   1.2 配三相0V～380V连续可调交流调压器；
    1.3 配220V单相交流电源5孔面板输出插座1个。
    1.4 无线数字接收模块1套，接受教师的控制命令，实现学生实验台的工作电源有教师无线控制。
1.5 直流稳压输出 DC：±12V/1.5A，DC：5V/1.5A。
1.6 直流稳压可调输出:DC:0～±24V/1A连续可调输出,每路电源均有短路保护自动恢复功能。
2）指示灯、显示仪表与控制按钮
    2.1安装电源指示仪表3只，通过切换开关可指示电网输入线电压和调压输出线电压。
    2.2安装电源指示灯一个。
    2.3安装电源总控开关一个、起停按钮各一个。
    2.4安装事故急停按钮一个。
    2.5设置短路、漏电及断电报警装置一套。
    2.6 数字交流电流表1只，测量范围0-500MA ，三位半显示，精度0.5级，量程自动切换；
    2.7数字交流电压表1只，测量范围0-500V，三位半显示，精度0.5级，量程自动切换；
2.8 数字直流电压表1个，测量范围0-20V的，分三档，分别是200mV档、20V档、20V档。
2.9 数字直流电流表1个，测量范围是200MA, 分三档，分别是2mA档、20mA档、200mA档。
3）低频函数信号发生器
3.1输出正弦波、方波、三角波、锯齿波，频率范围0-20MHZ。
3.2 4脉方波输出10ns-1s。
3.3 TTL/CMOS数字信号波0-10MHZ。
3.4 LCD1602液晶显示。
4）嵌入式液晶显示频率计
4.1频率范围0-60MHZ,频率分辨率0.01HZ,输出幅度6V。
4.2 LCD1602液晶显示。
5）嵌入式液晶显示双通道示波器
5.1带宽：每通道100MHz。
5.2通道：垂直独立双通道+外触发；
5.3采样速率：实时采样率1GSa/s，
5.4存储深度：10M，
5.5触发方式：边沿触发、视频触发、脉宽触发、斜率触发、交替触发，
5.6垂直分辨率：8bit分辨率（两个通道同时采样）
5.7自动测量：峰-峰值、均值、均方根值、频率、周期、最大值、最小值、顶端值、底端值、幅度、过冲、预冲、上升时间、下降时间、正脉冲、负脉宽、正占空比、负占空比、延迟A→B、延迟A→B，具有通过/失败测试功能。
5.8输出接口：USB HOST（U盘储存）、USB DEVICE、LAN、AUX（触发输出/PassFail）。
5.9电源：100~240VACRMS,CATⅡ
5.10显示：8英寸TFT (真彩色) 液晶屏幕，65535色，800×600像素。
5.11支持数字操作：加、减、乘、除、FFT
5.12支持电池选配，达到便携效果。
5.13全自动量程功能，轻松实现即触即测效果
4、实验挂箱
1）电工实验挂箱（一）
    1.1配三相四线带漏电保护电源开关。
    1.2有三路短路保护、三路电源指示灯、三路电流接口座、三相四线电源输出接线端子。
    1.3配三相灯组负载：每相有三个15W灯泡，用3只开关控制通断，共9只灯泡。每相设计有电流插座，便于相电流的测量。
    1.4日光灯器件组：设有10W镇流器、10W日光灯管、启辉器以及用于改善功率因数的高压电容（1µF/500V、2.2uf/500V、0.47µF/500V）。
    1.5 R、L、C元件特性组：设有1kΩ/25W功率电阻、1H/0.5A电感及4µF/500V高压电容各一只，通过实验可测试各元件的参数。
    1.6升降压铁芯变压器1只, 36V/220V ，原、副边均设有电流插座便于电流的测试，可测量原、副边电流。
    1.7双绕组变压器1只：220V/双路12V。
     2）电工实验挂箱（二）
    2.1 配置3只380V交流接触器CJX2
    2.2 1只热继电器JRS1D
    2.3 1只时间继电器JS14S
    2.4 3只控制开关（带1常开和1常闭触点）
    2.5 变压器26V和6.3V各1组
    2.6 制动电阻10Ω/25W1只、整流桥1组
    2.7 数字式单相功率、功率因数表1只，测量范围0-500V，0-2A，精度0.5级
    2.8数字交流毫安表1只，测量范围0-200MA ，三位半显示，精度0.5级，量程自动切换。
3）电路原理实验挂箱
3.1恒流源：0～50mA可调恒流源输出，有开路保护功能。
    3.2 安全保护措施：设计有电源输入输出专用保护电路板，具有接地保护、漏电过载过流保护功能，具有误操作保护功能；安全性符合相关的国标标准，所有材质均符合环保标准；
3.3 实验模块配置
1）元器件伏安特性的测量
2）电路中电位的研究
3）戴维南定理和诺顿定理
4）叠加定理和互易定理
5) 基尔霍夫定律的验证
6）电容充放电的研究
7）无源双口网络
8）一阶动态电路
9）二阶动态电路
10交流参数的测定
11）串、并联谐振电路
12）受控源VCVZ、VCCS电路
13）回转器电路
4）数字电路挂箱
4.1常用数字信号
1）提供二组正负单脉冲发生电路，带电平指示。
2）1HZ～10KHZ分2档连续可调时钟电路，1HZ～100HZ和100HZ～10KHZ。
3）固定脉冲分9路输出,分别是1HZ、2HZ、10HZ、100HZ、1KHZ、10KHZ、100KHZ、500KHZ、1MHZ，其中1HZ带指示灯显示。
4）16路开关量输入显示电路，输入端带保护功能。
5）16路开关量输出电路，输出端自带显示电路，直观显示开关量的输出状态，同时输出端带保护功能。
6）6位七段LED共阳数码显示器，自带BCD码译码电路；2位独立数码管，可装共阳或共阴数码管。
7）2组BCD码拨盘开关输出电路，输出端带保护功能。
4.2 测试小工具
1）提供三状态数字逻辑测试电路，并有声光提示。
4.3 实验电路区：独立电路板设计，和实验信号源完全隔离，防止实验电路区接线时的误操作损坏主机箱。实验电路区配置如下：
1）配置开放式实验区，含2只IC8、8只IC14、2只IC16、1只IC18、2只IC20、1只IC40锁紧插座（兼容IC28/IC24/IC18等),电位器100、4.7K、10K、100K各1个.
2）提供独立10MHZ晶振、8Ω喇叭、蜂鸣器、ST135光电开关和1×2开关各1个。
3）设计有导线测试座一组，可测量实验导线的通断。
    4) 还设有多个高可靠锁紧式防转叠插座(与集成块插座、镀银长紫铜管及固定器件等已内部连好)作为实验连接点、测试点，实验接线时，只要拿锁紧插头线相互连接即可。
5) 2个扩展模块电路接入区：尺寸各为155×100mm，可选配固定线路实验模块。学生可以进行创新性练习，以提高学生的思维能力和动手能力。
6）分立元件：含电阻10Ω、100Ω、200Ω、470Ω、510Ω、1K、1.2K、1.5K、
4.7K、5.1K、10K、22K、47K、100K、150K、22M；20P、30P、100和100P可调、240P、300P、680P、0.01uF、0.02uF、0.047uF、0.1uF、10uF/16V、47uF/16V、100uF/16V；二极管2AK2、2CK13、2CK15、IN4007；三极管3DG6和3DK2；晶振32768HZ；电位器100K（2个）、47K、15K、10K、1K、330Ω各1个，满足数字电路最基础实验要求。
    5）模拟电路实验挂箱
5.1 低压交流输出AC： 0V、14V、16V、18V和带中心抽头双路7.5V。    5.2 直流信号源：双路-5V～+5V, -0.5V～+0.5V连续可调。
5.3 实验模块电路
1）单级放大电路
2）二级放大电路
3）射极跟随器电路
6）差动放大电路
7）负反馈放大电路
8）半波、全波、桥式整流和滤波和并联稳压电路
9）集成功率放大电路
10）互补对称功率放大电路
11）2组运算放大器电路，可以组成各种运放功能电路
12）分立元件区：设计有1个8Ω扬声器、1个桥堆、1个单结晶体管BT33、1个470uF和0.1uF电容、4个5.1V稳压管、1个三极管接插做、1个集成稳压管接插座、1个1W/51电阻、1个51K电阻,另有二极管、电容、电阻、三极管等分立元件接入区，用镀银长紫铜管做插孔，可以满足大小不同的管脚的接插。
7、180W三相异步电动机1台：星形/三角形联接；铝合金外壳。
    8、实验导线：自锁紧护套实验导线32根（红、黄、绿、黑各8根），2号实验导线40根，红、黄、绿、黑各10根。
9、实训工具
含10MM十字螺丝刀、10MM一字螺丝刀、6寸尖嘴钳、6寸钢丝钳、6寸剥线钳、6寸斜口钳、批头手柄、套筒、18.5MM强力剪、电烙铁等。
10、创新设计模块(一个批次设备里配1套，和电工电子实验台出自同一制造商）
    1）模拟三相交流实验模型：能用低压直流电模拟三相交流电源，输出的三相交流电其电压幅值和相位差既可以调节又稳定可靠还安全节电。有效避免由于整个电网系统三相负载的不确定性（三相负载在每一时刻都是随机的，导致三相负载不平衡）和供电系统内阻不为零，导致三相电不平衡和不稳定而引起实验结果的很大误差，影响实验教学效率和结果；它可方便地观察三相电压幅值或相位差由平衡变为不平衡时，所引起的中线电流的变化，从而加深学生对三相电的充分认识，以提高学生的学习兴趣；用负载电阻并联发光二极管显示电路作为三相负载的每一相，使负载精度高、节电且寿命长，人身安全性高。
2）安全用电电路模型的设计，包含模拟交流输入安全电压，设计有接零保护电路、接地保护电路、交流电流表、声光报警电路和交流负载。
11、配套资料
实验指导书电子档和纸质各1套。
三、实验项目
满足电工、电路、电子线路技术全部实验大纲要求，详细如下：
1、电工和电路分析实验
1）基本电工仪表的使用与测量误差的计算
2）减少仪表测量误差的方法
3）线性与非线性电路元件伏安特性的测绘
4）电位、电压的测定及电路电位图的绘制
5）基尔霍夫定律验证及故障判断
6）叠加定理验证及故障判断
7）电压源与电流源的等效变换
8）戴维南定理的验证
9）诺顿定理验证
10）互易定理验证
11）受控源的研究实验
12）典型电信号的观察与测量
13）RC一阶电路响应的测试
14）二阶动态电路响应的研究
15）RC串、并联选频网络特性测试
16）R、L、C串联谐振电路的研究
17）回转器实验
18）负阻抗变换器实验
19）日光灯电路及功率因数的提高
20）三相负载的Y型连接及三相电路功率的测量
21）三相负载的△型连接及三相电路功率的测量
22）交流元件频率特性的测试
23）RLC串联谐振电路
24）单相铁心变压器特性的测试
25）三相交流电路电压、电流的测量
26）三相交流电路有功功率的测量
27）三相交流电路功率因数及相序的测量
28）日光灯电路实验
29）三相鼠龙笼式异步电动机点动和自锁控制
30）三相鼠龙笼式异步电动机正反转控制
31）三相鼠龙笼式异步电动机Y-△降压起动控制
32）三相鼠龙笼式异步电动机的能耗控制
33）三相鼠龙笼式异步电动机顺序控制
34）工作台往返自动控制
2、模拟电路实验
1）基本单级放大电路
2）两级放大电路
3）负反馈放大电路
4）差动放大电路
5）集成功率放大器和互补对称功率放大器实验
6）整流滤波实验
7）串联稳压和集成稳压电路实验
8）RC正弦波振荡器
9）LC振荡器及选频放大器
10）电流/电压转换电路
11）电压/频率转换电路
12）模拟运算电路：①电压跟随器②反向比例放大器③同相比例放大器④反相求和比例放大器⑤双端输入求和放大电路
13）积分与微分电路：①积分电路②微分电路③微积分电路
14）波形发生电路： ①方波发生器②占空比可调的矩形波发生器③三角波发生电路④锯齿波发生电路
15）有源滤波器：①低通滤波器②高通滤波器③带阻滤波器
16）电压比较器：①过零比较器②反相滞回比较器③同相滞回比较器
17）波形变换电路
18）运算放大器指标测试
3、数字电路实验
     1）门电路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）的设计实验
     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）波形产生及单稳态触发器实验
9）门电路的驱动能力测试实验
     10）CMOS门电路测试实验
     11）TS、OC门的功能测试及应用实验
     12）TTL不同系列芯片性能和参数的测定实验
     13）TTL与CMOS相互连接实验
     14）MSI加法器实验
     15）竞争冒险实验
     16）触发器应用实验
     17）寄存器及其应用实验
     18）计数器MSI芯片的应用
     19）顺序脉冲和脉冲分配器电路
     20）施密特触发器及其应用实验
     21）单稳态触发器及其应用实验
     22）多位LED动态扫描显示实验
   23）交通灯控制实验
四、实验装置单套配置表

序号	设备仪器名称	型号/规格	单位	数量	简要说明
1	实验装置台体		套	1	台体上下部铝合金框架和台面
2	供电电源及电源保护系统		套	1	单相和三相交流电源、三相调压器、指示灯、指示仪表，控制开关、控制按钮和三相电源保护板、直流稳压电源等
3	测量仪表	万用表	只	1	3位半液晶显示
		频率计	只	1	频率测量范围0-10MHZ
		示波器	只	1	频率测量0-100MHZ
		低频函数信号发生器（嵌入式液晶显示）	只	1	频率范围0-2MHZ
5	实验挂箱	电工挂箱1	个	1	详细见基本组成和技术参数
		电工挂箱2	个	1	详细见基本组成和技术参数
		电路原理挂箱	个	1	详细见基本组成和技术参数
		数字电路挂箱	个	1	详细见基本组成和技术参数
		模拟电路挂箱	个	1	详细见基本组成和技术参数
6	交流异步电机		台	1	三相180W,星形/三角形联接
7	调压器		台	1	三相380V/1.5KW
7	实验导线		套	1	自锁紧护套实验导线16根（红、黄、绿、黑各4根），2号实验导线40根，红、黄、绿、黑各10根。
8	实训工具		套	1	含10MM十字螺丝刀、10MM一字螺丝刀、6寸尖嘴钳、6寸钢丝钳、6寸剥线钳、6寸斜口钳、批头手柄、套筒、18.5MM强力剪、电烙铁等。
9	配套资料		套	1	电工实验指导、电路原理实验指导、数字电路实验指导、模拟电路实验指导实验指导书
10	学生凳		张	1

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