電氣工程專業(yè)綜合設計教程

專業(yè)綜合設計是隨著國家對創(chuàng)新型人才的需求，以及高等教育不斷的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新的實踐教學方法。它與傳統(tǒng)的實踐教學方法相比，更強調(diào)學生在實踐中的主觀能動作用，更重視學生實踐動手能力、分析問題和解決問題能力及創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，更重視學生綜合素質(zhì)的提高。

在專業(yè)綜合設計的教學過程中，指導教師只給出設計題目和要求，學生要根據(jù)設計題目，在驗證性實驗的基礎上，合理地使用現(xiàn)有的實驗儀器、軟件、設計平臺及其他可用資源進行自主設計。

為滿足專業(yè)綜合設計的需要，我們面向高等學校電氣工程等學科的專業(yè)方向，編寫了這本電氣工程專業(yè)綜合設計教程。本書為2007年北京市高等教育精品教材立項項目，同時"電氣工程專業(yè)綜合設計"為北京交通大學精品課程。

本書打破了傳統(tǒng)單科實驗指導書的寫作模式，在內(nèi)容上涵蓋了電氣工程多個相關專業(yè)的綜合設計題目，在編排上包含了電氣工程專業(yè)綜合設計的目的、任務、基本原則、方法、步驟等基本要求和相關知識;電氣工程專業(yè)綜合設計使用的典型儀器、軟件及系統(tǒng)的使用方法介紹;電氣工程專業(yè)綜合設計的典型樣例;調(diào)速系統(tǒng)類專業(yè)綜合設計等7大類電氣工程專業(yè)綜合設計的題目及內(nèi)容。本書體系新穎、內(nèi)容豐富，便于教、學雙方的使用，便于開放式實驗教學的使用。

全書由王瑋主編，第1、4章由王瑋、徐建軍編寫，第2、3章由徐建軍、季曉衡、倪平浩、李繼紅編寫，第5章由徐建軍、季曉衡、關宇、李繼紅編寫，第6、10章由徐建軍、胡小剛編寫，第7章由徐建軍、關宇、李繼紅、李華偉編寫，第8章由倪平浩、李繼紅、李華偉、王瑋編寫，第9章由季曉衡編寫，第11章由關宇、李繼紅、李華偉編寫。

本書在編寫過程中得到了北京交通大學電氣工程學院許多老師的指導與幫助，給本書提出了許多寶貴意見，在此表示衷心地感謝。

我們力求在書中反映電氣工程學科專業(yè)發(fā)展的新理論、新技術、新知識，但由于能力和水平有限，書中難免有缺點與疏漏之處，敬請讀者批評指正。

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第1章 電氣工程專業(yè)綜合設計概述.

1.1 電氣工程專業(yè)綜合設計的目的. 要求與基本原則

1.1.1 電氣工程專業(yè)綜合設計的目的

1.1.2 電氣工程專業(yè)綜合設計的要求

1.1.3 電氣工程專業(yè)綜合設計的基本原則

1.2 電氣工程專業(yè)綜合設計的教學安排

1.3 電氣工程專業(yè)綜合設計的相關課程

1.4 電氣工程專業(yè)綜合設計的考核

1.5 電氣工程專業(yè)綜合設計的意義

第2章 電氣工程專業(yè)綜合設計硬件基礎

2.1 示波器的使用

2.1.1 示波器的工作原理

2.1.2 示波器SS-7802的基本介紹

2.1.3 示波器SS-7802的光標測量和頻率計

2.1.4 示波器SS-7802的測量應用

2.2 變頻器的使用

2.2.1 變頻器的基本配線

2.2.2 變頻器LCD顯示器的應用

2.2.3 變頻器的參數(shù)切換

2.2.4 變頻器的運行

2.2.5 變頻器的參數(shù)說明

2.3 單片機小系統(tǒng)的設計制作

2.3.1 51單片機小系統(tǒng)的設計制作

2.3.2 AVR單片機小系統(tǒng)的設計制作

2.4 微機保護裝置的使用

2.4.1 WXB-11c微機保護裝置使用

2.4.2 LFP-901A微機保護裝置使用

2.5 高壓斷路器的使用

第3章 電氣工程專業(yè)綜合設計軟件基礎

3.1 可編程控制器開發(fā)環(huán)境入門

3.2 單片機仿真環(huán)境的應用

3.2.1 Wave單片機仿真環(huán)境的應用

3.2.2 Keil C51μVision2仿真環(huán)境的應用

3.2.3 WinAVR單片機仿真環(huán)境的應用

3.3 Protel的應用

3.3.1 Protel 99 SE的安裝

3.3.2 原理圖設計

3.3.3 原理圖仿真

3.3.4 PCB設計

3.4 DDRTS的應用

3.4.1 啟動DDRTS系統(tǒng)

3.4.2 打開或創(chuàng)建工程文件

3.4.3 繪制電氣主接線圖

3.4.4 DDRTS系統(tǒng)仿真

3.5 PSCAD的應用

3.5.1 PSCAD界面介紹

3.5.2 PSCAD的使用

3.5.3 仿真出錯信息

第4章 電氣工程專業(yè)綜合設計方法與步驟

4.1 電氣工程專業(yè)綜合設計的方法

4.2 電氣工程專業(yè)綜合設計的步驟

4.3 電氣工程專業(yè)綜合設計舉例

4.3.1 設計題目

4.3.2 設計方案

4.3.3 設計框圖

4.3.4 PLC的應用

4.3.5 變頻器的應用

4.3.6 旋轉(zhuǎn)編碼器的應用

4.3.7 頻壓轉(zhuǎn)換電路

4.3.8 Step-7中PID模塊的應用

4.3.9 PLC程序設計

4.3.10 調(diào)試步驟與結(jié)果

4.3.11 設計問題討論

第5章 控制電機類專業(yè)綜合設計

5.1 基于PLC的步進電機的控制系統(tǒng)設計

5.2 基于PLC的伺服電機控制系統(tǒng)設計

5.3 基于PLC的直線電機控制系統(tǒng)設計

5.4 單片機控制的步進電機同步跟隨系統(tǒng)設計

5.5 單片機控制的伺服電機同步跟隨系統(tǒng)設計

5.6 開關磁阻電機控制器采樣電路設計

5.7 開關磁阻電機過壓欠壓保護電路設計

5.8 基于單片機的步進電動機的控制系統(tǒng)設計

5.9 基于單片機的伺服電機控制系統(tǒng)設計

5.10 三相異步電動機Y-△換接起動控制設計

參考資料

第6章 調(diào)速系統(tǒng)類專業(yè)綜合設計

6.1 基于PLC的電機正反轉(zhuǎn)和多段速控制設計

6.2 基于PLC的通風系統(tǒng)風量有級控制設計

6.3 基于PLC的交流異步電機速度閉環(huán)控制設計

6.4 直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計..

6.5 基于單片機調(diào)速系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計

6.6 基于PROFIBUS-DP的單臺電機控制系統(tǒng)設計

6.7 基于PROFIBUS-DP的兩臺電機控制系統(tǒng)設計

6.8 用結(jié)構編程實現(xiàn)兩臺變頻器控制系統(tǒng)設計

參考資料

第7章 過程控制類專業(yè)綜合設計

7.1 基于PLC的高樓供水液位控制系統(tǒng)設計

7.2 基于PLC的高樓供水流量控制系統(tǒng)設計

7.3 物流倉庫控制系統(tǒng)設計

7.4 傳送帶控制系統(tǒng)設計

7.5 基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設計

7.6 樓宇自動化小系統(tǒng)設計

7.7 基于PLC的電動大門控制系統(tǒng)設計

7.8 電梯呼梯系統(tǒng)設計

7.9 自動門. 窗系統(tǒng)設計

7.10 基于單片機的電動大門控制系統(tǒng)設計

7.11 中央空調(diào)終端設計

7.12 電梯控制系統(tǒng)設計

7.13 交通燈控制系統(tǒng)設計

參考資料

第8章 電力系統(tǒng)自動化類專業(yè)綜合設計

8.1 電力系統(tǒng)遠動裝置通信設計

8.2 高頻保護高頻通道自動檢測設計

8.3 10kV變電站微機三段式電流保護設計

8.4 10kV變電站微機變壓器保護設計

8.5 基于DDRTS的典型電力系統(tǒng)保護方案設計

8.6 基于DDRTS的WXB-11c微機距離保護方案設計及閉環(huán)測試

8.7 基于DDRTS的WXB-11c微機零序保護方案設計及閉環(huán)測試

8.8 基于DDRTS的WXB-11c微機高頻保護方案設計及閉環(huán)測試

8.9 基于DDRTS的LFP-901A微機保護方案設計及閉環(huán)測試

8.10 高壓斷路器控制電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)設計

8.11 高壓斷路器分合閘線圈在線監(jiān)測系統(tǒng)設計

8.12 高壓斷路器儲能系統(tǒng)在線監(jiān)測系統(tǒng)設計

8.13 高壓斷路器狀態(tài)參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)設計

8.14 發(fā)電機與電力系統(tǒng)同期裝置的軟件設計

8.15 發(fā)電機與電力系統(tǒng)同期裝置的硬件設計

8.16 開關柜二次部分設計

8.17 無功補償控制器設計

8.18 電動機微機保護設計

8.19 數(shù)字式繼電保護設計

8.20 諧振過電壓電路設計

參考資料

第9章 電力電子裝置類專業(yè)綜合設計

9.1 開關電源設計

9.2 充電器設計

9.3 無功補償控制電路設計

9.4 逆變器控制電路設計

9.5 UPS控制電路設計

9.6 單相雙半波晶閘管整流電路設計

參考資料

第10章 計算機網(wǎng)絡控制類專業(yè)綜合設計

10.1 基于網(wǎng)絡的數(shù)字控制器設計

10.2 基于網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)采集器設計

10.3 變頻調(diào)速的RS-485總線控制系統(tǒng)設計

10.4 變頻調(diào)速的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設計

10.5 基于網(wǎng)絡的信號發(fā)生器設計

10.6 基于網(wǎng)絡的樓宇模塊設計

10.7 基于組態(tài)軟件的攪拌罐遠程控制系統(tǒng)設計

10.8 基于組態(tài)軟件的機械手遠程控制系統(tǒng)設計

10.9 基于PROFIBUS-DP的遠程攪拌罐控制系統(tǒng)設計

參考資料

第11章 其他類專業(yè)綜合設計

11.1 信號發(fā)生器設計

11.2 遙控小車設計

11.3 機械手控制器設計

11.4 軌道車的自動控制系統(tǒng)設計

11.5 汽車模型的自動避讓系統(tǒng)設計

11.6 模擬電路的故障診斷軟件設計

參考資料

參考文獻

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《光電信息綜合實驗與設計教程》包括光電信息綜合實驗與綜合設計兩篇。第一篇為基礎理論與技術方面的綜合實驗，包括:光電傳感器原理與變換電路實驗，線陣CCD傳感器原理與應用實驗，面陣CCD圖像傳感器與數(shù)字圖像處理技術實驗，應用光學與光學系統(tǒng)實驗，光的衍射與干涉實驗，光電檢測技術實驗，光纖通信與光纖傳感實驗，激光原理與應用實驗。這部分內(nèi)容既可用于實驗教學，也可作為實訓內(nèi)容。第二篇為綜合性、開發(fā)性方面的設計實例，包括光電信息轉(zhuǎn)換方面的實驗開發(fā)與設計，光電信息技術方向課程設計，畢業(yè)設計課題，綜合性與創(chuàng)新性設計等方面的課題。

第一篇 基礎理論與技術實驗

第0章 光電信息實驗的預備知識

O.1 光電信息方向的實驗室

O.2 光電綜合實驗平臺簡介

O.3 光電信息實驗基本規(guī)則

第1章 光電傳感器原理與變換電路實驗

1.1 光源與光度輻射度參數(shù)的測量實驗

1.2 光敏電阻特性參數(shù)及其測量實驗

1.3 光敏電阻的變換電路實驗

1.4 光電二極管特性參數(shù)及其測量實驗

1.5 光電池的偏置與基本特性實驗

1.6 光電三極管特性參數(shù)及其測量實驗

1.7 光電倍增管電流倍增特性與特性參數(shù)測試實驗

1.8 光電耦合器特性參數(shù)測量實驗

1.9 熱敏器件與熱釋電探測器實驗

1.1 0PSD實驗

1.1 1LED角度特性參數(shù)測量實驗

1.1 2LED光譜特性的測量與光柵光譜儀實驗

第2章 線陣COD傳感器原理與應用實驗

2.I線陣CCD原理與驅(qū)動特性實驗

2.2 線陣CCD輸出特性測量實驗

2.3 利用線陣CCD進行物體外形尺寸測量實驗

2.4 線陣CCD的A/D數(shù)據(jù)采集實驗

2.5 用軟件提取邊緣信號的二值化實驗

2.6 用線陣CCD測量物體的傾斜角度實驗

2.7 條碼的測量與識別實驗

2.8 用線陣CCD測量物體的振動實驗

2.9 利用線陣CCD對運動物體進行圖像掃描實驗

第3章 面陣CCD圖像傳感器實驗

3.1 面陣CCD原理及驅(qū)動實驗

3.2 面陣CCD的數(shù)據(jù)采集與計算機接口實驗

3.3 面陣CCD尺寸測量實驗

3.4 面陣CCD顏色識別實驗

3.5 圖像的點運算實驗

3.6 圖像的幾何變換處理實驗

3.7 圖像增強實驗

3.8 圖像邊緣檢測與輪廓信息處理實驗

3.9 典型圖像分析方法實驗

3.10 微光像增強器原理與應用實驗

第4章 應用光學與光學系統(tǒng)實驗

4.1 光學實驗必備知識

4.2 組裝遠心照明光源與測量薄凸透鏡的焦距實驗

4.3 位移法測量薄凸透鏡焦距實驗

4.4 組裝顯微鏡系統(tǒng)實驗

4.5 組裝透射式幻燈機實驗

4.6 透鏡組節(jié)點、焦距測量實驗

4.7 保羅棱鏡及其轉(zhuǎn)向功能實驗

4.8 光的偏振現(xiàn)象與偏振光應用實驗

4.9 透鏡的傅里葉性質(zhì)及常用函數(shù)與圖形的光學頻譜分析實驗

4.10 4f光學系統(tǒng)FT及IFT系統(tǒng)實驗

第5章 光的衍射與干涉實驗

5.1 夫瑯禾費衍射實驗

5.2 夫瑯禾費單縫衍射實驗

5.3 夫瑯禾費圓孔衍射實驗

5.4 雙縫干涉實驗

5.5 利用夫瑯禾費衍射測量細絲直徑實驗

5.6 利用衍射測量物體位置與振動實驗

5.7 菲涅耳直邊衍射實驗

5.8 菲涅耳圓孔衍射實驗

5.9 全場衍射測量微小變形量實驗

5.10 干涉現(xiàn)象與邁克耳孫干涉儀的構建實驗

5.11 利用邁克耳孫干涉系統(tǒng)測量微位移實驗

第6章 光電檢測技術實驗

6.1 納米量級微弱振動的監(jiān)測實驗

6.2 材料拉伸變形量的測量實驗

6.3 物體顏色的測量與識別實驗

6.4 物體二維空間位置測量實驗

6.5 光柵與莫爾條紋原理實驗

6.6 光電信息調(diào)制與解調(diào)實驗

第7章 光纖通信與光纖傳感實驗

7.1 光纖、光纜的分類與識別實驗

7.2 光纖傳輸信號原理與損耗測試實驗

7.3 多模光纖數(shù)值孔徑測試實驗

7.4 光纖的接續(xù)(含熔接)與擴展實驗

7.5 光纖連接器結(jié)構、型號識別與應用實驗

7.6 波分復用(wDM)原理與合、分波實驗

7.7 WDM器件的串擾與損耗測試實驗

7.8 光纖傳感原理實驗

7.9 光纖溫度傳感器原理與應用實驗

7.10 光纖壓力傳感器原理與應用實驗

7.11 光纖光開關特性與應用實驗

7.12 光纖通信原理與應用實驗

7.13 光發(fā)射機消光比的測量實驗

7.14 音頻模擬信號傳輸實驗

第8章 激光原理與應用實驗

8.1 半導體激光二極管(LD)原理的認識性實驗

8.2 激光器(含LD)的輸出特性測量實驗

8.3 LD伏安特性測量實驗

8.4 LD光源發(fā)光窄間特性與發(fā)光半角寬度的測量實驗

8.5 LD發(fā)光光譜特性的測量實驗

8.6 激光電光調(diào)O實驗

8.7 激光器晶體角度匹配倍頻實驗

8.8 YAG脈沖激光器的裝調(diào)和最佳耦合角選取實驗

8.9 多譜線激光器測試實驗

第二篇 綜合性、開發(fā)性設計

第9章 光電信息轉(zhuǎn)換技術實驗開發(fā)與設計

9.1 激光掃描法測量物體外徑實驗

9.2 像偏移法測量位移實驗

9.3 激光多普勒測速儀實驗

9.4 干涉法測量表面.甲整度實驗

9.5 電光調(diào)制實驗

9.6 聲光調(diào)制器實驗

第10章 光電信息課程設計

10.1 光功率測量方法與光功率計的設計

10.2 照度測量方法與照度計的設計

10.3 發(fā)光強度測量儀的設計

10.4 亮度測量方法與亮度計的設計

第11章 光電信息技術方向畢業(yè)設計課題

11.1 光電遙控多功能開關的設計

11.2 沿路標自動行駛車輛的方向與速度的控制設計

11.3 太陽轉(zhuǎn)動保持最高接收效率的跟隨系統(tǒng)

11.4 高速飛行體飛行姿態(tài)采集與分析的研究

11.5 旋轉(zhuǎn)物體內(nèi)孔表面質(zhì)量的檢測與分析

11.6 浮泫玻璃板在線檢測玻璃表面的"貼錫"缺陷

11.7 透明薄膜厚度的測量

11.8 利用干涉技術測量光學膜層的厚度

第12章 綜合性與創(chuàng)新性設計課題

12.1 瓷磚外形尺寸的測量

12.2 利用面陣CCD拼接技術測量大尺寸軸徑

12.3 物體表面質(zhì)量測量技術研究(面陣CCD)

12.4 物體邊界檢測儀的設計

12.4.1 技術要求

12.4.2 物體邊界位置檢測方法

12.4.3 物體邊界位置檢測系統(tǒng)的設計原則

12.5 大米自動分選機色選系統(tǒng)設計

12.5.1 色選系統(tǒng)與大米自動分選機的技術要求

12.5.2 色選系統(tǒng)的線陣CCD圖像傳感器

12.5.3 大米自動分選機色選系統(tǒng)的設計原則

12.6 成像系統(tǒng)像質(zhì)評價和光學傳遞函數(shù)的測量

12.6.1 光學成像系統(tǒng)像質(zhì)評價

12.6.2 光學全息技術主要功能及其應用

12.6.3 光學傳遞函數(shù)的測量方法

12.7 光柵尺的設計

12.7.1 基本概念和技術要求

12.7.2 光柵莫爾條紋與線陣CCD

12.7.3 光柵尺的設計原則

附錄A 光電綜合實驗平臺軟件資料

附錄B TCD2252D手冊

附錄C TCD1251UD線陣CCD

附錄D 線陣CCD應用開發(fā)實驗儀(LCCDAD-Ⅱ)編程手冊

附錄E 圖像采集軟件編程指導