最新东南大学-微机原理-微机系统与接口-实验五-六-实验报告-自动化学.docx
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最新东南大学-微机原理-微机系统与接口-实验五-六-实验报告-自动化学
一、实验目的
(1)本实验旨在通过实践操作，加深学生对微机原理及微机系统与接口知识的理解。实验过程中，学生将接触到最新的东南大学微机原理课程中涉及到的自动化学相关技术，如PLC编程、传感器应用和自动控制算法等。通过实验，学生能够掌握自动化学的基本原理，并学会如何将这些原理应用于实际的控制系统设计中。
(2)实验内容主要包括自动化学系统的搭建与调试，以及相关软件的应用。学生需要熟悉并掌握自动化学系统中的关键组件，如PLC（可编程逻辑控制器）、传感器、执行器等，并了解它们之间的协同工作原理。实验过程中，学生将根据实际需求设计并编写PLC程序，实现对控制对象的精确控制。此外，实验还涉及传感器信号的采集、处理与分析，以及基于这些数据进行的自动控制算法研究。
(3)通过本实验，学生能够熟悉自动化学系统在工业生产中的应用场景，如自动化生产线、智能仓储、能源管理等。实验过程中，学生将结合实际案例，学习如何分析自动化学系统的需求，设计并实现相应的控制策略。此外，实验还旨在培养学生的团队合作能力、创新思维和解决问题的能力，为学生未来从事相关领域的工作奠定坚实基础。例如，实验中涉及到的传感器数据采集与分析，不仅要求学生掌握相关理论知识，还需具备实际操作技能，从而在实际工作中能够迅速应对各种复杂情况。
二、实验原理
(1)实验原理基于微机原理和微机系统与接口的基本概念，涵盖了数字电路、模拟电路、微处理器、接口技术等多个方面。其中，微处理器作为系统的核心，负责执行程序指令，实现对输入信号的采集、处理和输出。实验中，学生需要了解微处理器的内部结构、工作原理以及指令系统，以便在编程过程中能够正确地使用指令。
(2)在微机系统与接口方面，实验原理强调了数据传输、信号转换和设备接口的重要性。学生需要掌握并行接口、串行接口、A/D转换器、D/A转换器等接口技术的原理和应用。通过实验，学生能够学习如何设计并实现微机系统与外部设备之间的数据交换，以及如何处理不同类型信号之间的转换问题。
(3)自动化学实验原理部分，着重介绍了自动控制理论、传感器技术以及PLC编程等知识。学生需要了解自动控制系统的基本组成、控制策略以及稳定性分析。传感器技术部分，学生将学习不同类型传感器的原理、特性和应用，如温度传感器、压力传感器、流量传感器等。PLC编程方面，学生需要掌握PLC的基本指令、编程语言以及程序调试方法，为实际控制系统设计打下基础。
三、实验设备与器材
(1)实验设备方面，本实验主要使用以下设备：一台高性能的微机作为实验平台，其配置包括IntelCorei7处理器、8GB内存、256GBSSD硬盘和独立显卡。此外，实验中还使用了PLC（可编程逻辑控制器）作为核心控制单元，型号为SiemensS7-1200，具有14个数字输入和10个数字输出，支持多种编程语言，如梯形图、功能块图和结构化文本等。PLC通过以太网接口与微机连接，实现数据交换和控制指令的传输。
(2)在传感器部分，实验使用了多种类型的传感器，包括温度传感器、湿度传感器、光电传感器和压力传感器等。以温度传感器为例，选用了NTC热敏电阻作为温度检测元件，其工作温度范围为-55℃至+150℃，具有高精度和稳定性。湿度传感器采用电容式湿度传感器，测量范围为0%至100%，分辨率为0.1%。光电传感器则用于检测物体的存在与否，其响应时间小于1毫秒，适用于高速运动控制。压力传感器选用压阻式传感器，量程为0至10巴，精度达到±0.5%。
(3)实验中还配备了各类执行器，如继电器、电机、电磁阀等，用于实现控制系统的输出动作。以继电器为例，选用的是DC12V继电器，具有4个常开和4个常闭触点，可驱动多种负载。电机选用步进电机，步距角为1.8度，最大转速为3000转/分钟，扭矩可达0.5N·m。电磁阀则用于控制流体的开关，选用的是2位4通电磁阀，工作电压为DC24V，响应时间小于0.1秒。此外，实验中还使用了示波器、信号发生器、万用表等测试仪器，用于对实验过程中的信号进行实时监测和分析。
四、实验内容与步骤
(1)实验内容首先包括搭建一个简单的自动化学控制系统。这一步骤涉及将PLC与传感器、执行器等硬件设备连接，并通过编程实现基本的控制逻辑。例如，设计一个基于温度控制的加热系统，其中温度传感器实时监测环境温度，当温度低于设定值时，PLC控制加热器启动，反之则停止加热。在此过程中，学生需要学习如何配置PLC输入输出端口，编写相应的梯形图或结构化文本程序，并测试系统的响应时间和稳定性。
(2)第二个实验步骤是设计并实现一个自动化学系统的调试过程。在此步骤中，学生将使用示波器、信号发生器和万用表等测试工具，对系统中的各个部分进行详细测试