移动终端控制的多功能便携式电子实验仪器的研究与设计

发布时间：2020-04-05 12:16

【摘要】：在翻转课堂、在线实验及课外自主实验等新型教学形式中,学生需要能随时随地的开展实验研究,以实现无边界的实验教学体系。但完成传统的基础电类实验需要的稳压电源、信号源和示波器等电子实验仪器存在体积较大和价格昂贵的缺点,很难满足这类教学体系的需求。为了满足这类教学需求,本文设计了基于移动终端控制的多功能便携式电子实验仪器,并基于此仪器设计了全新的无边界基础电类实验教学体系。本文设计的电子实验仪器包含硬件设备端、移动终端应用程序和服务器程序三部分。其中的硬件设备端与移动终端通过Wi-Fi连接,在移动终端应用程序的控制下具有数字信号输出、直流电压输出、信号源输出和信号采集的功能,可以满足基础电类实验对于稳压电源、信号源和示波器等电子实验仪器的需求。基于Android的移动终端应用程序除了实现对硬件设备端的控制外,还能帮助学生学习和掌握实验原理,上传实验报告到服务器程序,并与服务器程序通信以实现师生之间的良好交互。服务器端程序接收学生上传的实验报告,并将教师的答复信息回发给移动终端应用程序。本论文的主要工作和创新点如下:(1)设计并实现了硬件设备端的硬、软件开发,开发的硬件设备端能满足基础电类实验对电源、信号源和示波器等电子实验仪器的性能需求;(2)开发了基于Android的移动终端应用程序,可以全面地帮助学生操控硬件设备端,并和开发的服务器程序一起完成了师生之间的良好交互;(3)通过并联低位数的数模转换(Digital to analog conversion-D/A)芯片和软件优化实现了低成本、高精度电压基准源。本文基于开发的电子实验仪器提出并验证了一套全新的无边界实验教学体系。通过与传统的采用标准实验仪器的实验对比,证明本文设计的多功能便携式电子实验仪器能够满足基础电子实验对仪器的性能需求。同时本仪器具有的体积小、成本低和方便师生交流的特性,有利于大面积推广,并打破传统实验教学方式对学生空间和时间的限制,实现无边界实验教学体系。
【图文】：

第２章便携式电子实验仪器设计方案逦逡逑方波，信号幅度是在－５Ｖ？＋５Ｖ之间，且偏置电压可调；信号采集部分能采集和逡逑ＩＫＨｚ左右的正弦波、三角波和方波，另外，如光敏，温度，湿度等传感器实验逡逑非电量的模拟信号转化为电量信号，电压范围一般其变化在0Ｖ？＋５Ｖ，同时变逡逑程连续且变化频率低。逡逑．２设计方案逡逑根据模拟电子技术基础和数字电子技术基础实验的要求。设备端的设计结构如图逡逑所示，它是电子实验仪器的重要组成部分，主要分为主控模块、通信模块和功能逡逑。逡逑

本研宄的控制端采用搭载安卓（Ａｎｄｒｏｉｄ）操作系统的移动智能终端，通过设计第逡逑三方应用软件实现教学资料呈现、设备端控制和实验交互三种功能，软件功能架构如逡逑图２．２所示。逡逑￣￣？教学资料现逡逑￣？！逦电ｍ源逡逑逦邋—？（￣信号发牛器￣逡逑ｍ＂—？设备端控制——逦逦逡逑撤卜逦￣———逦一？！数字佶Ｂ？输丨？Ｔ￣逡逑—？！逦数据采集逡逑￣？！￣丈验结果反馈逡逑￣？实验反馈邋—逦逦逡逑逦邋￣？！实验问题反馈逡逑图２．２移动终端应用软件功能架构逡逑教学资料呈现功能通过文本、图片和视频等方式，帮助学生利用碎片化的时间学逡逑习实验原理；设备端控制功能包含电压源、信号发生器、数字信号输出通道和数据采逡逑集部分的控制界面，通过Ｗｉ－Ｈ通道，远程控制设备端实现相应的电压、信号的输出逡逑及信号的采集。移动终端应用程序需要将学生实验中设置的电源参数、信号源参数、逡逑信号采集的数据和与实验相关的问题保存并上传到与学生和实验项目对应的数据文逡逑件中去，，以使教师方便查阅和解答。逡逑Ｉ逡逑８逡逑
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM930;TP311.52

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本文编号：2615004