電工電子信息化實驗室建設的探討
一、實驗室建設項目名稱《電工電子信息化實驗室》
二、項目可行性分析
（一）實驗室建設的意義
數字文明時代到來已成為社會共識，大數據已經或正在推進各領域進行深刻變革，作為高等教育重要實踐平臺的實驗室建設同樣是機遇與挑戰并存。《教育部關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》提出要“大力推動互聯網、大數據、人工智能、虛擬現實等現代技術在教學和管理中的應用”。
電工電子信息化實驗室建設著眼于建設開放管理、智能化服務的實驗室，通過研判學校電子電子實驗室建設與管理面臨的關鍵問題，明確建設和管理新要求，在此基礎上，主動運用信息化技術系統探尋電工電子實驗室建設路徑，提出行之有效的解決舉措，持續推進電工電子實踐教學水平整體提高，支撐創新性、實踐性人才培養。
（二）實驗室建設的目標
電工電子信息化實驗室建設采用模塊化的擴展板模式，教師可以根據教學內容靈活選擇擴展板開展教學，一個實驗平臺可以同時滿足電路基礎、電子電路、數字電路、電子技術、電工電子等多門課程的實驗教學要求，使實驗平臺的利用率最大化；實驗教學依托專業仿真軟件構建虛擬實驗環境和實驗對象，在完成綜合性實驗教學任務時，采用軟件仿真+硬件實操的教學模式，能高質量的達到教學大綱所要求的實驗教學效果，同時也減少了設備和元器件因為操作失誤出現損壞等問題；實驗平臺基于互聯網、智能儀器及在線測控技術,支持線上線下混合實驗模式，線下實驗通過實驗平臺擴展板完成，線上實驗學生通過網上預約時間登錄客戶端瀏覽器進行在線實驗，將傳統實驗方式轉變為全開放的實驗方式（任何時間、任何地點、自選項目），以達到突破傳統實驗方法與教學管理模式的目的。電工電子信息化實驗室建設工作分為兩個實驗平臺建設：電工電子實驗平臺和虛擬在線仿真實驗平臺。
電工電子信息化實驗室的建設方案是一個綜合性的項目，旨在通過信息化手段提升實驗室的教學、科研和實踐能力。以下是一個大致的建設方案：
一、總體規劃與目標
電工電子信息化實驗室的建設應緊密結合電工電子技術的發展趨勢和行業需求，以提高教學質量、科研水平和實踐能力為核心目標。通過信息化手段，實現實驗室資源的優化配置和高效利用，提升實驗室的整體運行效率和管理水平。
二、基礎設施建設
實驗室空間布局：合理規劃實驗室空間，確保實驗室具備足夠的面積和良好的通風條件。根據實驗項目的需求，設置不同的功能區域，如教學區、科研區、實踐區等。
網絡與通信設施：建設穩定、高速的網絡系統，實現實驗室內部的無線覆蓋和有線網絡連接。同時，配置必要的通信設施，如電話、視頻會議系統等，以便實驗室與外部進行高效的溝通與協作。
三、實驗設備與儀器
購置先進的電工電子實驗設備，如數字示波器、函數發生器、電源和電源分析儀等，以滿足教學和科研的需求。
配置信息化設備，如計算機、服務器、數據存儲設備等，用于數據處理、仿真分析和信息化管理。
四、信息化平臺與系統
建設實驗室信息化管理系統，實現實驗室資源、設備、人員等信息的數字化管理，提高管理效率。
開發實驗教學平臺，提供在線課程、虛擬實驗、遠程實驗等功能，豐富教學手段，提高教學效果。
建立科研協作平臺，促進科研人員之間的交流與合作，推動科研成果的產出與轉化。
五、師資隊伍建設
加強電工電子專業教師隊伍建設，提高教師的專業素養和教學能力。
邀請業界專家和學者參與實驗室建設與管理，提供行業前沿知識和技術支持。
六、安全與管理
制定實驗室安全管理制度和操作規程，確保實驗過程的安全與規范。
配置必要的安全防護設備和措施，如滅火設備、急救箱等，以應對突發情況。
定期對實驗室設備、儀器進行檢查和維護，確保其正常運行和良好性能。
七、持續發展與改進
定期對實驗室建設與管理進行評估和反思，總結經驗教訓，提出改進措施。
根據行業發展和技術進步的需求，適時更新實驗設備和信息化平臺，保持實驗室的先進性和競爭力。
DB-TH07 高級電工電子技術實驗裝置
一、技術指標
1、輸入電源：三相五線，交流380V±10%，50HZ
2、置容量：≦1KVA
3、外型尺寸：參考值1500×700×1300MM
4、工作環境：溫度-10°C ～ +40°C,相對濕度85%（25C）
5、安全保護：接地保護，漏電保護（動作電流＜30mA），過載保護
二、實驗裝置基本組成和技術參數
1、實驗桌
高級電工電子技術實驗裝置實驗桌體采用鋁合金型材，結構堅固，造型美觀大方，桌面為防火、防水、耐磨高密度板，鋪設絕緣橡膠墊，桌體下部設有抽屜、小型儲物柜，用于放置工具、電路模塊及資料等，臺腳用帶剎車的尼龍材質萬向輪，中間還設有支撐腳，可移動可固定。
2、實驗凳
每張實驗桌配置1張實驗凳。凳面是進口PP注塑成型。
3、電源儀表控制屏
高級電工電子技術實驗裝置采用鋁質激光雕刻面板，提供交流電源、示波器、信號源、指示燈、指示儀表，控制開關、按鈕等。具體如下：
1）供電部分
1.1 提供交流工作電源 ，輸出單相交流220V和三相四線380V；
1.2 配三相0V～380V連續可調交流調壓器；
1.3 配220V單相交流電源5孔面板輸出插座1個。
1.4 無線數字接收模塊1套，接受教師的控制命令，實現學生實驗臺的工作電源有教師無線控制。
1.5 直流穩壓輸出 DC：±12V/1.5A，DC：5V/1.5A。
1.6 直流穩壓可調輸出:DC:0～±24V/1A連續可調輸出,每路電源均有短路保護自動恢復功能。
2）指示燈、顯示儀表與控制按鈕
2.1安裝電源指示儀表3只，通過切換開關可指示電網輸入線電壓和調壓輸出線電壓。
2.2安裝電源指示燈一個。
2.3安裝電源總控開關一個、起停按鈕各一個。
2.4安裝事故急停按鈕一個。
2.5設置短路、漏電及斷電報警裝置一套。
2.6 數字交流電流表1只，測量范圍0-500MA ，三位半顯示，精度0.5級，量程自動切換；
2.7數字交流電壓表1只，測量范圍0-500V，三位半顯示，精度0.5級，量程自動切換；
2.8 數字直流電壓表1個，測量范圍0-20V的，分三檔，分別是200mV檔、20V檔、20V檔。
2.9 數字直流電流表1個，測量范圍是200MA, 分三檔，分別是2mA檔、20mA檔、200mA檔。
3）低頻函數信號發生器
3.1輸出正弦波、方波、三角波、鋸齒波，頻率范圍0-20MHZ。
3.2 4脈方波輸出10ns-1s。
3.3 TTL/CMOS數字信號波0-10MHZ。
3.4 LCD1602液晶顯示。
4）嵌入式液晶顯示頻率計
4.1頻率范圍0-60MHZ,頻率分辨率0.01HZ,輸出幅度6V。
4.2 LCD1602液晶顯示。
5）嵌入式液晶顯示雙通道示波器
5.1帶寬：每通道100MHz。
5.2通道：垂直獨立雙通道+外觸發；
5.3采樣速率：實時采樣率1GSa/s，
5.4存儲深度：10M，
5.5觸發方式：邊沿觸發、視頻觸發、脈寬觸發、斜率觸發、交替觸發，
5.6垂直分辨率：8bit分辨率（兩個通道同時采樣）
5.7自動測量：峰-峰值、均值、均方根值、頻率、周期、最大值、最小值、頂端值、底端值、幅度、過沖、預沖、上升時間、下降時間、正脈沖、負脈寬、正占空比、負占空比、延遲A→B、延遲A→B，具有通過/失敗測試功能。
5.8輸出接口：USB HOST（U盤儲存）、USB DEVICE、LAN、AUX（觸發輸出/PassFail）。
5.9電源：100~240VACRMS,CATⅡ
5.10顯示：8英寸TFT (真彩色) 液晶屏幕，65535色，800×600像素。
5.11支持數字操作：加、減、乘、除、FFT
5.12支持電池選配，達到便攜效果。
5.13全自動量程功能，輕松實現即觸即測效果
4、實驗掛箱
1）電工實驗掛箱（一）
1.1配三相四線帶漏電保護電源開關。
1.2有三路短路保護、三路電源指示燈、三路電流接口座、三相四線電源輸出接線端子。
1.3配三相燈組負載：每相有三個15W燈泡，用3只開關控制通斷，共9只燈泡。每相設計有電流插座，便于相電流的測量。
1.4日光燈器件組：設有10W鎮流器、10W日光燈管、啟輝器以及用于改善功率因數的高壓電容（1µF/500V、2.2uf/500V、0.47µF/500V）。
1.5 R、L、C元件特性組：設有1kΩ/25W功率電阻、1H/0.5A電感及4µF/500V高壓電容各一只，通過實驗可測試各元件的參數。
1.6升降壓鐵芯變壓器1只, 36V/220V ，原、副邊均設有電流插座便于電流的測試，可測量原、副邊電流。
1.7雙繞組變壓器1只：220V/雙路12V。
2）電工實驗掛箱（二）
2.1 配置3只380V交流接觸器CJX2
2.2 1只熱繼電器JRS1D
2.3 1只時間繼電器JS14S
2.4 3只控制開關（帶1常開和1常閉觸點）
2.5 變壓器26V和6.3V各1組
2.6 制動電阻10Ω/25W1只、整流橋1組
2.7 數字式單相功率、功率因數表1只，測量范圍0-500V，0-2A，精度0.5級
2.8數字交流毫安表1只，測量范圍0-200MA ，三位半顯示，精度0.5級，量程自動切換。
3）電路原理實驗掛箱
3.1恒流源：0～50mA可調恒流源輸出，有開路保護功能。
3.2 安全保護措施：設計有電源輸入輸出專用保護電路板，具有接地保護、漏電過載過流保護功能，具有誤操作保護功能；安全性符合相關的國標標準，所有材質均符合環保標準；
3.3 實驗模塊配置
1）元器件伏安特性的測量
2）電路中電位的研究
3）戴維南定理和諾頓定理
4）疊加定理和互易定理
5) 基爾霍夫定律的驗證
6）電容充放電的研究
7）無源雙口網絡
8）一階動態電路
9）二階動態電路
10交流參數的測定
11）串、并聯諧振電路
12）受控源VCVZ、VCCS電路
13）回轉器電路
4）數字電路掛箱
4.1常用數字信號
1）提供二組正負單脈沖發生電路，帶電平指示。
2）1HZ～10KHZ分2檔連續可調時鐘電路，1HZ～100HZ和100HZ～10KHZ。
3）固定脈沖分9路輸出,分別是1HZ、2HZ、10HZ、100HZ、1KHZ、10KHZ、100KHZ、500KHZ、1MHZ，其中1HZ帶指示燈顯示。
4）16路開關量輸入顯示電路，輸入端帶保護功能。
5）16路開關量輸出電路，輸出端自帶顯示電路，直觀顯示開關量的輸出狀態，同時輸出端帶保護功能。
6）6位七段LED共陽數碼顯示器，自帶BCD碼譯碼電路；2位獨立數碼管，可裝共陽或共陰數碼管。
7）2組BCD碼撥盤開關輸出電路，輸出端帶保護功能。
4.2 測試小工具
1）提供三狀態數字邏輯測試電路，并有聲光提示。
4.3 實驗電路區： 獨立電路板設計，和實驗信號源完全隔離，防止實驗電路區接線時的誤操作損壞主機箱。實驗電路區配置如下：
1）配置開放式實驗區，含2只IC8、8只IC14、2只IC16、1只IC18、2只IC20、1只IC40鎖緊插座（兼容IC28/IC24/IC18等),電位器100、4.7K、10K、100K各1個.
2）提供獨立10MHZ晶振、8Ω喇叭、蜂鳴器、ST135光電開關和1×2開關各1個。
3）設計有導線測試座一組，可測量實驗導線的通斷。
4) 還設有多個高可靠鎖緊式防轉疊插座(與集成塊插座、鍍銀長紫銅管及固定器件等已內部連好)作為實驗連接點、測試點，實驗接線時，只要拿鎖緊插頭線相互連接即可。
5) 2個擴展模塊電路接入區：尺寸各為155×100mm，可選配固定線路實驗模塊。學生可以進行創新性練習，以提高學生的思維能力和動手能力。
6） 分立元件：含電阻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可調、240P、300P、680P、0.01uF、0.02uF、0.047uF、0.1uF、10uF/16V、47uF/16V、100uF/16V；二極管2AK2、2CK13、2CK15、IN4007；三極管3DG6和3DK2；晶振32768HZ；電位器100K（2個）、47K、15K、10K、1K、330Ω各1個，滿足數字電路最基礎實驗要求。
5）模擬電路實驗掛箱
5.1 低壓交流輸出AC： 0V、14V、16V、18V和帶中心抽頭雙路7.5V。 5.2 直流信號源：雙路-5V～+5V, -0.5V～+0.5V連續可調。
5.3 實驗模塊電路
1）單級放大電路
2）二級放大電路
3）射極跟隨器電路
6）差動放大電路
7）負反饋放大電路
8）半波、全波、橋式整流和濾波和并聯穩壓電路
9）集成功率放大電路
10）互補對稱功率放大電路
11）2組運算放大器電路，可以組成各種運放功能電路
12）分立元件區：設計有1個8Ω揚聲器、1個橋堆、1個單結晶體管BT33、1個470uF和0.1uF電容、4個5.1V穩壓管、1個三極管接插做、1個集成穩壓管接插座、1個1W/51電阻、1個51K電阻,另有二極管、電容、電阻、三極管等分立元件接入區，用鍍銀長紫銅管做插孔，可以滿足大小不同的管腳的接插。
7、180W三相異步電動機1臺：星形/三角形聯接；鋁合金外殼。
8、實驗導線：自鎖緊護套實驗導線32根（紅、黃、綠、黑各8根），2號實驗導線40根，紅、黃、綠、黑各10根。
9、實訓工具
含10MM十字螺絲刀、10MM一字螺絲刀、6寸尖嘴鉗、6寸鋼絲鉗、6寸剝線鉗、6寸斜口鉗、批頭手柄、套筒、18.5MM強力剪、電烙鐵等。
10、創新設計模塊(一個批次設備里配1套，和電工電子實驗臺出自同一制造商）
1）模擬三相交流實驗模型：能用低壓直流電模擬三相交流電源，輸出的三相交流電其電壓幅值和相位差既可以調節又穩定可靠還安全節電。有效避免由于整個電網系統三相負載的不確定性（三相負載在每一時刻都是隨機的，導致三相負載不平衡）和供電系統內阻不為零，導致三相電不平衡和不穩定而引起實驗結果的很大誤差，影響實驗教學效率和結果；它可方便地觀察三相電壓幅值或相位差由平衡變為不平衡時，所引起的中線電流的變化，從而加深學生對三相電的充分認識，以提高學生的學習興趣；用負載電阻并聯發光二極管顯示電路作為三相負載的每一相，使負載精度高、節電且壽命長，人身安全性高。
2）安全用電電路模型的設計，包含模擬交流輸入安全電壓，設計有接零保護電路、接地保護電路、交流電流表、聲光報警電路和交流負載。
11、配套資料
實驗指導書電子檔和紙質各1套。
三、實驗項目
滿足電工、電路、電子線路技術全部實驗大綱要求，詳細如下：
1、電工和電路分析實驗
1）基本電工儀表的使用與測量誤差的計算
2）減少儀表測量誤差的方法
3）線性與非線性電路元件伏安特性的測繪
4）電位、電壓的測定及電路電位圖的繪制
5）基爾霍夫定律驗證及故障判斷
6）疊加定理驗證及故障判斷
7）電壓源與電流源的等效變換
8）戴維南定理的驗證
9）諾頓定理驗證
10）互易定理驗證
11）受控源的研究實驗
12）典型電信號的觀察與測量
13）RC一階電路響應的測試
14）二階動態電路響應的研究
15）RC串、并聯選頻網絡特性測試
16）R、L、C串聯諧振電路的研究
17）回轉器實驗
18）負阻抗變換器實驗
19）日光燈電路及功率因數的提高
20）三相負載的Y型連接及三相電路功率的測量
21）三相負載的△型連接及三相電路功率的測量
22）交流元件頻率特性的測試
23）RLC串聯諧振電路
24）單相鐵心變壓器特性的測試
25）三相交流電路電壓、電流的測量
26）三相交流電路有功功率的測量
27）三相交流電路功率因數及相序的測量
28）日光燈電路實驗
29）三相鼠龍籠式異步電動機點動和自鎖控制
30）三相鼠龍籠式異步電動機正反轉控制
31）三相鼠龍籠式異步電動機Y-△降壓起動控制
32）三相鼠龍籠式異步電動機的能耗控制
33）三相鼠龍籠式異步電動機順序控制
34）工作臺往返自動控制
2、模擬電路實驗
1）基本單級放大電路
2）兩級放大電路
3）負反饋放大電路
4）差動放大電路
5）集成功率放大器和互補對稱功率放大器實驗
6）整流濾波實驗
7）串聯穩壓和集成穩壓電路實驗
8）RC正弦波振蕩器
9）LC振蕩器及選頻放大器
10）電流/電壓轉換電路
11）電壓/頻率轉換電路
12）模擬運算電路：①電壓跟隨器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雙端輸入求和放大電路
13）積分與微分電路：①積分電路②微分電路③微積分電路
14）波形發生電路： ①方波發生器②占空比可調的矩形波發生器③三角波發生電路④鋸齒波發生電路
15）有源濾波器：①低通濾波器②高通濾波器③帶阻濾波器
16）電壓比較器：①過零比較器②反相滯回比較器③同相滯回比較器
17）波形變換電路
18）運算放大器指標測試
3、數字電路實驗
1）門電路邏輯功能及測試實驗
2）組合邏輯電路（半加器、全加器及邏輯運算）的設計實驗
3）觸發器實驗（一）R-S、D、JK
4）觸發器實驗（二）三態輸出觸發器、鎖存器
5）時序電路測試與研究
6）集成計數器及寄存器實驗
7）譯碼器和數據選擇器實驗
8）波形產生及單穩態觸發器實驗
9）門電路的驅動能力測試實驗
10）CMOS門電路測試實驗
11）TS、OC門的功能測試及應用實驗
12）TTL不同系列芯片性能和參數的測定實驗
13）TTL與CMOS相互連接實驗
14）MSI加法器實驗
15）競爭冒險實驗
16）觸發器應用實驗
17）寄存器及其應用實驗
18）計數器MSI芯片的應用
19）順序脈沖和脈沖分配器電路
20）施密特觸發器及其應用實驗
21）單穩態觸發器及其應用實驗
22）多位LED動態掃描顯示實驗
23）交通燈控制實驗
四、實驗裝置單套配置表
| 序號 | 設備儀器名稱 | 型號/規格 | 單位 | 數量 | 簡要說明 |
| 1 | 實驗裝置臺體 | 套 | 1 | 臺體上下部鋁合金框架和臺面 | |
| 2 | 供電電源及電源保護系統 | 套 | 1 | 單相和三相交流電源、三相調壓器、指示燈、指示儀表，控制開關、控制按鈕和三相電源保護板、直流穩壓電源等 | |
| 3 | 測量儀表 | 萬用表 | 只 | 1 | 3位半液晶顯示 |
| 頻率計 | 只 | 1 | 頻率測量范圍0-10MHZ | ||
| 示波器 | 只 | 1 | 頻率測量0-100MHZ | ||
| 低頻函數信號發生器（嵌入式液晶顯示） | 只 | 1 | 頻率范圍0-2MHZ | ||
| 5 | 實驗掛箱 | 電工掛箱1 | 個 | 1 | 詳細見基本組成和技術參數 |
| 電工掛箱2 | 個 | 1 | 詳細見基本組成和技術參數 | ||
| 電路原理掛箱 | 個 | 1 | 詳細見基本組成和技術參數 | ||
| 數字電路掛箱 | 個 | 1 | 詳細見基本組成和技術參數 | ||
| 模擬電路掛箱 | 個 | 1 | 詳細見基本組成和技術參數 | ||
| 6 | 交流異步電機 | 臺 | 1 | 三相180W,星形/三角形聯接 | |
| 7 | 調壓器 | 臺 | 1 | 三相380V/1.5KW | |
| 7 | 實驗導線 | 套 | 1 | 自鎖緊護套實驗導線16根（紅、黃、綠、黑各4根），2號實驗導線40根，紅、黃、綠、黑各10根。 | |
| 8 | 實訓工具 | 套 | 1 | 含10MM十字螺絲刀、10MM一字螺絲刀、6寸尖嘴鉗、6寸鋼絲鉗、6寸剝線鉗、6寸斜口鉗、批頭手柄、套筒、18.5MM強力剪、電烙鐵等。 | |
| 9 | 配套資料 | 套 | 1 | 電工實驗指導、電路原理實驗指導、數字電路實驗指導、模擬電路實驗指導實驗指導書 | |
| 10 | 學生凳 | 張 | 1 |
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