基于数字孪生的单片机虚拟仿真实验教学探索

数字孪生作为实现物理世界与信息世界实时交互和融合的一种有效方法,近期被广泛关注。数字孪生具备多物理、多维度的属性,同时具有实时同步、双向映射等特性,能够有效推动虚拟仿真教学信息化水平。在北京航空航天大学《单片机原理及应用》本科课程中,通过引入数字孪生技术,探索了单片机虚拟仿真实验教学方法,建立了“虚实结合”的单片机实验课程教学体系。所建立的数字化镜像单片机实验教学平台,对于学生快速理解单片机基本原理、增强学生学习兴趣、培养学生综合设计能力具有重要作用。     

能力达成导向的测试系统综合实验课程实践

新经济对工程人才的创新能力、系统观提出了新的要求。本文以能力达成为导向,构建了“测试系统综合实验”课程体系。体系既包括传感器原理、信号分析等基础性内容,又包括面向航空航天等新经济内容。最后,通过设计能力达成度评价体系,分析学生各项能力的达成情况,明确能力达成短板,以此对课程实施持续改进。     

声发射信号分析与数字信号处理实验设计

本文设计了基于声发射信号频谱分析的"数字信号处理"课程实验,学生们能够通过实验系统采集模拟材料损伤声发射信号,并编程实现对信号的频谱分析,掌握数字谱、模拟谱的转换方法.本实验将实际工程问题引入到课程教学中,教学实践表明该实验有利于加深学生对课堂上学到的理论知识的理解、掌握和应用,锻炼学生解决实际工程问题的能力,提高学生自主学习热情.     

基于PWM的电流输出数模转换电路

介绍了基于微控制器的PWM实现D/A转换的原理,在此基础上提出了以4～20 mA电流形式输出的数模转换电路的设计方案,并对转换电路的实现进行详细的理论分析.电路仿真及实际测试数据分析表明,提出的设计方案具有廉价、精度及分辨率高的特点,非常适合应用于自动化仪表中对D/A精度、分辨率、成本要求较高的开发过程.     

大型低速风洞多通道电液伺服阵风发生器协同驱动控制策略研究

为在FL-10大型低速风洞开展飞机模型阵风影响相关试验研究,建立了4通道电液伺服马达驱动的摆动叶片式阵风发生器。4个通道独立控制方式,简化了系统结构,使发生器具备了多频率与多波形阵风模拟能力,但对多通道同步性也产生了更高的要求。针对4通道电液同步伺服控制,提出了一种改进的共反馈同步误差校正控制方案。共反馈同步误差校正控制方案利用主反馈误差来实现对跟踪误差的控制,并通过同步误差完成马达控制系统的反馈补偿,以达到更高的同步控制精度并提升运动性能。通过仿真和试验验证了同步控制算法的有效性。风洞流场校测结果表明:电液伺服摆动马达驱动能力强,动态高,生成的正弦波精度高,研制的发生器在来流风速70 m/s下可稳定工作,叶片最大摆动频率为16 Hz。     

飞行大气参数测试仪的研制

设计了一款适用于高海拔、宽温域条件的飞行大气参数测试仪.基于PC104和ARM处理器组成的主从式CPU架构,构建了飞行大气参数测试仪的硬件平台,采用高精度硅谐振式压力传感器实现了对气体压力的测量;基于PID与分级误差控制相结合的控制方法,通过PWM驱动的高速电磁阀,实现了对气压的精密控制.     

一种新型飞行大气数据实验系统的设计与实现

分析了原有的大气数据实验系统的不足,设计了基于ARM单片机和闭环压力控制的新型实验系统。给出了新型实验系统的组成方案,详细介绍了实验系统硬件设计和软件设计方法。新型实验系统具有体积小、集成度高、压力测量的准确度高、能够实现对压力的精密控制等优点。测试结果表明,新型实验系统有助于学生们更好地理解飞行大气参数计算原理,适合课程实际需要,具有航空航天特色。     

分布式扩展型飞机液压试验台测控系统设计与实现

介绍分布式扩展型测控系统的组成、原理、功能以及关键技术。该系统以高速网络通讯为基础,数据管理服务器为核心,分布式节点机为枢纽,可非常灵活、便捷的按需分布、性能扩展以及设备兼容,适用于各种大型试验台数据测试与控制,尤其是环境恶劣的试验现场。经某型飞机液压试验台应用证明,该测控系统配置管理灵活、兼容性强、能极大的提高试验效率,特别是测控系统良好的扩展性,可避免重复建设,缩短扩展周期,降低成本,具有很好的经济效益和非常好的推广价值。     

新型射频电容式物位测量仪

为了测量具有不同导电性物料的高度、提高物位测量仪的抗干扰能力和测量精度,设计了一种单电极、两线制射频电容式物位测量仪.该测量仪基于电容充放电原理,以射频信号为激励,通过电容式传感器测量物位高度;采用差分补偿电容技术,有效地消除了寄生电容的影响;采用光耦隔离测量回路和控制回路,提高了电路的抗干扰能力.实测数据表明,所设计的电容式物位测量仪具有抗干扰能力强、稳定性好的特点.应用前景广泛.     

基于SPCE061A的校园水房拔卡提示系统的设计与开发

许多大中学校的热水龙头都是采用插卡、打开水龙头放水的设计,因此许多学生打完热水关闭水龙头后,却忘记拔卡。因此,项目考虑采用电子单片机手段解决这一问题,即采用微型单片机以及相关传感器硬件进行开发,实现打水后若未拔卡,则发出声音和LED灯光提示的效果。综合考虑,本项目采用了凌阳公司出品的SPCE061A单片机主板板来实现输入信号及语音报警的控制。系统输入部分需要侦测学生是否插入了校园卡,以及水龙头（电磁阀）是否打开,因此采用了槽式光敏二极管及霍尔传感器采集信号的输入。通过采用61单片机板开发,并结合光电传感器和霍尔流量传感器,使忘记拔卡的同学能收到声音和LED灯的提示;能有效避免忘拔卡的事件发生。