实验研制范文（精选10篇）
实验研制 第1篇
当今在高职院校电气控制技术、机电一体化技术、自动化技术等相关专业的专业课教学大多采用了项目式教学、情景教学、案例教学等类似的教学方法,在提高教学质量和学生的实践动手能力方面都取得了良好效果。为了克服在教学过程中仿真软件没有实际控制对象、不能实际操作、无法测量等问题,电气控制技术实验装置设计了多个常用控制对象,能进行实际接线、现场测量等功能,可以满足电气控制技术、PLC应用、变频器控制技术、组态及触摸屏等相关课程的教学实验演示。它不仅可以进行的简单的验证性实验,还可以进行控制系统设计等综合实验项目,有效的提升了教学质量。
1 教学实验室装置设计
为了满足电气控制专业的多门专业课程的教学需要,教学实验装置的设计以实用、好用、合理为指导思想,实验装置进行模块化设计,单个模块可以进行实验,同时也可以多个模块组合进行复杂的实验,实现由简单到复杂,由入门到精通的学习过程。本实验装置主要由电气控制和PLC控制两大部分组成,每个部分又包含多个模块,既有基础性验证实验模块,也有提高性的系统实验模块,教学实验装置的结构布局图如图1所示。
1.1电气控制部分组成
这一部分是传统的电气控制部分,主要是通过接触器、继电器、开关、按钮等的逻辑组合来控制电动机的启动、停止、正反转。电气控制部分主要设备有三相交流异步电机一台,交流接触器一个,三相熔断器一组,中间继电器模块两组,5w彩色灯泡(白、红、绿各三个)一组,直流电压表、直流电流表各一块,三菱FR系列S500变频器一台,额定功率0.75kw。
1.2 PLC控制部分组成
这一部分主要是以PLC作为控制系统的核心控制部件,通过按钮、选择开关控制设备启动、停止。主要控制部分和控制对象模块组成,控制部件为三菱FX2N系列PLC一台,该PLC I/O总点数为48点(24点输入和24点输出),继电器输出,配有RS485通信模块。控制对象模块有电机正反转模块、交通信号灯模块、数码管模块、LED彩灯组模块、机械手搬运流水线模块、四层电梯控制模块、触摸屏。PLC控制部分主要是针对PLC应用相关的课程教学,其目的是针对具体的控制对象,讲授PLC编程的方法和技巧,对控制程序进行和演示,因此本实验装置中控制对象模块中的控制对象多以LED灯来表示,通过LED灯的亮、灭来表示控制对象的工作情况。另外,本实验装置中的PLC含RS485通信模块,因此可以与变频器等其他设备通讯,实现完成控制系统设计。电气控制教学实验装置如图2所示。
本教学实验装置中,其中公共回路部分已经完成了内部接线,控制接线端口也做成易插式插孔,这样既可以演示控制系统接线过程,又节约了接线时间。
2 实验项目设计
本教学实验装置是针对电气专业的专业课教学来设计的,电气控制技术各门专业课都是相互关联、紧密联系在一起的,因此在设计教学实验项目的时候,遵循由浅入深,由难到易的过程,既有简单的认知实验,比如PLC编程软件的使用、变频器的使用方法及参数修改方法等,也有综合的控制系统设计。
2.1 电气控制部分实验项目
三相异步电机基本控制电路类型丰富,用于实现对电力拖动系统的启动、制动等运行控制和拖动系统保护,满足机械传动控制的需要。电气控制部分是针对电气控制技术课程设置的相关实验,有三相异步电机的点动与连续运行、三相异步电机正反转多重互锁控制、电机异地启动控制、自动循环控制、变频器控制。通过这个五个实验,使学生了解电气传动系统的基本知识,掌握三相异步电机的基本控制方法以及正确的接线方法。
2.2 PLC控制部分实验项目
由于自动化程度越来越高,PLC使用的范围越来越广,所控制的对象也是千差万别,控制要求、复杂程度各不相同,为了使学生掌握PLC基本编程方法、编程技巧,了解控制的系统设计,特开设了下面一些实验项目。
入门实验:电动机正反转计数带双重互锁控制;单个数码计数控制;交通信号灯控制;彩灯控制。通过这些入门实验,使学生了解PLC基本控制方法,简单编程方法,快速入门,对PLC设计产生兴趣,以利深入学习。
技巧实验:两位数数码加减控制;交通灯带倒计时控制;机械手搬运流水线控制、触摸屏及组态设计。这四个实验都是由实际控制项目转化而来,旨在讲解PLC编程技巧、组合控制的编程方法,让学生在编程中享受学习的乐趣,增强学习的信心。
综合实验:电动机调速控制系统;四层电梯控制系统。这两个实验项目主要针对机电、电气专业PLC设计课程的课程设计和毕业设计。
电动机调速系统由触摸屏、PLC、变频器、电动机等多个模块组成,实验设计包括电机多段速控制、触摸屏开发、组态动画制作、PLC复杂程序编写、变频器控制及主要设备之间的通信。本系统是一个典型的电气传动控制系统,有上位机监控、PLC控制系统设计、PLC和变频器、触摸屏之间通信,包括信号反馈,形成了一个完整的闭环控制系统,完全符合生产实际。
四层电梯控制系统属于复杂控制系统,逻辑关系复杂,涉及多种传感器,需要多个同学协同完成,设计此实验在于提高学生设计复杂系统的能力、综合调试能力以及协调合作能力。
3 结束语
电气控制教学实验装置经过两年,多名的老师使用,取得了良好的教学效果,摆脱了仿真软件只能进行编程练习、不能接线和接触实物的尴尬,给学生以感性认识,提高了学生学习的积极性和学习效果。同时,教学实验装置选择的控制对象多,模块化组合,使得教学内容涉及面广,丰富了学生的知识面,加强了学生知识的运用能力,为学生胜任实际工作打下坚实的基础。
摘要：本文介绍了电气控制技术专业教学实验装置的研制和实验项目的设计,通过该实验值装置,大大提高了教学质量,增强了学生的对电气控制学习的积极性,提高了学生的实际综合能力。
实验研制 第2篇
一种肩扛式火箭弹GNC系统的设计、研制与实验研究
现代高技术战争迫切需求将常规武器进行制导化改造.为此设计并研制了一种基于MIMU(微惯性测量单元),适用于单兵肩扛式火箭弹的低成本GNC(导航制导与控制)系统.从分析支架的结构强度和固有频率入手,改善MIMU在冲击和振动下的性能;针对肩扛弹发射准备时间短的要求,设计了快速初始对准和目标瞄准的方法,根据肩扛弹的`特点设计了捷联导航解算和制导、控制的方法;并详细地介绍了控制系统校正的过程.最终通过实验表明本系统满足了设计要求.
作 者：马艳武 盛蔚 孙宏伟 MA Yanwu SHENG Wei SUN Hongwei 作者单位：北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京,100191 刊 名：中国科技论文在线 英文刊名：SCIENCEPAPER ONLINE 年，卷(期)：2008 3(10) 分类号：V246 关键词：导航制导与控制 MIMU 火箭弹 低成本实验研制 第3篇
[关键词]数字电视传输流（TS）科研能力 创新能力
教育部在《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》中指出，“积极推动研究性教学，提高大学生的创新能力。”以培养学生全新的创造性思维，结合电子与通信本科专业的培养目标，笔者结合数字电视实验室的实验教学经验和科研资源，研制了基于NDK的数字电视传输流（TS）网络采集系统，并挑选学生参与整个系统的研制工作。
（一）实验装置介绍
本实验装置包括硬件及软件两部分。
系统的硬件主要通过传输流（TS）接口模块采集数字电视信号进入PLD（CYCLONGY EP1C6Q240C8）芯片，进行必要的处理后，将信号发送到DSP（TMS320DM643）芯片储存起来并进行算法处理。通过TMS320DM643芯片对BCM5221芯片进行必要的配置，将储存在TMS320DM643芯片内的数据通过BCM5221芯片传送到局域网中，并通过计算机接收数据。具体如图1所示。
系统的软件设计主要是通过TI公司推出的专门针对C6000系列的TCP/IP网络开发包NDK（Network Developer’s Kit）来实现的。该开发包支持TCP/IP协议，并占用较少的系统资源。所以，NDK很适合目前嵌入式系统的硬件环境，是实现DSP网络开发的重要工具。系统软件的框图如图2所示。
本文提到的数字电视传输流（TS）信号源是针对欧洲数字有线广播系统标准（DVB-C）的数字有线电视信号。
（二）围绕专业课程建立科研课题
基于NDK的数字电视传输流（TS）网络采集系统的科研课题是针对电子与通信专业课程培养体系确定的。为了培养学生的实际应用能力和创新能力，达到“学习数字电视专业课程”的实验教学目的，我们在装置的研制开发过程中涉及到了电子与通信专业的大部分课程知识，其中，传输流接口模块主要由教师完成。硬件电路的设计主要包括PLD模块电路、DSP算法控制电路与网络接口电路三个部分：
1.PLD模块电路实现与传输流（TS）接收模块的接口，把数据从传输流（TS）接收模块接收进来，并缓存数据。这部分功能均由VHDL语言编写。主要有两个功能模块：RECEIVE模块与FIFO模块。RECEIVE模块主要负责从传输流（TS）接收模块接收数据字段进来；FIFO模块主要负责缓存数据。此功能模块实现是《EDA技术与应用》课程中的知识，要设计这部分电路，学生必须对VHDL语言和EDA技术有比较深入的理解，并能结合《数字电子技术》进行电路设计与调试。
2.DSP算法控制电路主要实现从PLD模块接收传输流（TS）数据包，把数据包打包成TCP/IP格式，并实现对网络接口（BCM5221）控制模块的初始化，然后把数据包传送到网络模块。学生需要应用《数字信号处理》、《信号与系统》、《计算机接口技术》和《DSP技术与应用》等专业知识进行电路设计。
3.网络接口电路采用Broadcom公司的BCM5221作为10/100Base-TX以太网收发器，BCM5221的MII接口与TMS320DM643的MII接口对接。学生需要应用《计算机网络》与《计算机接口技术》等专业知识。系统的软件设计主要是通过TI公司推出的专门针对C6000系列的TCP/IP网络开发包NDK（Network Developer’s Kit）来实现的。学生在应用此开发包的过程中需要结合《计算机网络》、《TCP/IP协议栈》等专业知识。对于此科研课题，学生要充分利用科研资源，在参与装置研制过程中，要将专业知识应用到实践中，达到科研和创新能力的要求。
（三）建立科研团队及研发过程
此课题涉及到了多个学科。因此，在研发之前，要根据学生的兴趣和特长进行合理的人员选拔和分配。首先挑选一些学习成绩优秀的学生，然后挑选成绩尚可且思维活跃、动手能力强的学生，组织起来座谈，让他们充分发表自己的意见，从而确定学生名单并分配科研工作。整个科研过程采用分层次和循序渐进的方法进行，具体有以下几个阶段：
第一阶段：基础性研究。该阶段工作主要是让学生了解开发环境和开发流程，掌握开发工具的使用方法，熟悉软件编程环境。指导老师针对研发课题的需要，设计软件和硬件的相关题目让学生完成，并根据完成任务的情况来决定人员的分配。动手能力较强的学生适合硬件设计的工作，思维活跃的学生适合做软件设计。
第二阶段：确定设计方案。这一阶段主要是老师指导学生复习巩固相关知识，引导和鼓励他们提出自己的设计方案，然后老师将方案综合起来，确定最终方案。
第三阶段：系统研制。研制过程以老师指导开发为主，学生积极参与进来。老师定期组织学生开研讨会，在讨论中解决学生的问题。在硬件开发方面，难点是电路板的设计和布线，特别是DSP模块对电源稳定性的要求很高。因此，在学生设计出电路图后，老师应对电路图的各项功能和参数进行测试，指导学生分析测试结果，找出最佳的电路设计方案。在软件开发方面，老师指导学生采取模块化编程的方法，将各个功能模块（RECEIVE模块、FIFO模块、DSP算法控制模块、网络接收模块等）分配给学生完成，让学生应用VHDL语言、C语言进行程序设计。
第四阶段：整体调试。学生参与了软硬件的开发，对系统已经有较深入的了解，整体调试过程可由学生负责，让他们去发现问题、分析问题，找出解决问题的办法。这一阶段老师只是辅助、帮助学生解决问题。
（四）学生参与科研开发的收益
学生参与实验装置的研制，能够使他们熟悉和掌握这一科研过程的要点和操作方法。通过科研活动，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，增强他们的创新意识，提高专业水平，为毕业设计、科技竞赛等打下坚实的基础。学生参与实验装置的研制，能开发他们的科研意识，活跃思维、开拓视野，促使学生对电子与通信专业知识的应用。数字电视在中国刚刚起步，如能让学生尽早地接触这方面项目的研发，能为他们日后的发展提供广阔的空间。学校参与科研开发，可以培养师生的科学合作精神，在研制过程中，使学生亲身感受科研的艰辛和老师一丝不苟的精神。让这种严谨的科学态度影响学生、感染学生，使他们终身受益。
参考文献：
[1](美)W.Richard Stevens.TCP/IP详解[M].北京:机械工业出版社,2000.
[2]王明臣,姜秀华,张永辉.数字电视与高清晰度电视[M].北京:中国广播电视出版社,2003.
[3]李方慧,王飞,何佩琨.TMS320C6000系列DSPs原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2003.
[4]陈丽莉等.研制实验教学装置提高实验教学水平[J].实验室研究与探索,2006,(7).
单片机实验系统的研制 第4篇
一、设计思想
单片机实验装置基于一种开放式的构思、采用模块化设计, 实验电路新颖、实用、工程性强。所有电路单元尽可能独立开放, 提高实验的自由度、灵活性、各单元模块可组成多种多样功能各异的实验电路, 可供实验自由组合, 实现系统资源共享, 极大地提高了利用率, 并且使整机结构紧凑合理。
本实验仪可以随意组合模块, 构成各种不同的电路, 方便灵活地实现各种实验方案, 进行相应的编程实验, 从而具有极为广泛的应用范围。板上各模块的数据总线和部分控制总线进行了连接, 减少实验过程中繁琐的连接线, 关键的控制、选择信号采用开放式, 做到灵活方便。系统除实验功能外, 能较好地适用于课程设计;配置部分外围电路, 可用于学生的毕业设计。
作为单片机实践性教学实验装置, 它除了包括基本必须的电路模块以外, 在吸收实际的工业监控、便携式设备等特殊工作环境的需求的基础上, 给出部分实用的模块。整个系统由十多个模块电路组成。丰富的实验模块, 让学生熟悉各种典型应用控制电路及其控制方法, 增强学生对各种知识综合运用能力, 有效地提高了学生现场解决问题、分析问题的能力[3,4,5]。
二、总体设计
单片机实验系统由实验箱、仿真机和PC机软件组成。仿真机可采用任何一款带有51系列仿真功能的开发机, 包括其软件。
在实验箱上有丰富的实验电路和灵活的组成方法。它包含了51系列单片机的基本系统、串行A/D转换、串行D/A转换、R S-2 3 2/4 8 5接口、U S B接口、串行E2PROM、Watchdog、LCD显示、LED显示、键盘控制、串转并、功率驱动、隔离电路和端口扩展等功能模块, 能满足教学所要求的实验教学、课程设计和毕业设计, 及科研开发的仿真实验。其原理框图如图1所示。
三、基本电路设计
基本子系统由CPU仿真系统接入接口、基本的时钟电路、地址锁存、译码电路和可选复位电路组成。接入接口采用了D I P和I D C接插件, 可适应不同的仿真系统。地址锁存采用普通的3/8译码器, 输出8个可供选择的译码信号。系统的地址总线、数据总线、控制总线、译码信号均采用接触可靠不易堵塞的插孔, 而且也通过IDC插件引出, 可用来外扩其他功能模块 (如用于综合课程设计、毕业设计和实际控制等模块) 。
系统中的基本输入输出接口由键盘、数码管显示、数据开关、数据指示、脉冲形成电路、扬声器、继电器和并行接口扩展电路等组成。键盘为4X6的矩阵, 采用列扫描信号与数码显示的位选通信号共用。扫描信号通过达林顿集成电路驱动, 以提高带载能力。数码显示为6位, 段信号可来自于8255, CPU等部分。数据开关和数据指示均为8位, 考虑到误操作, 可能引起电源短路, 电路结构中采取了保护措施。脉冲形成部分采用了基本型RS触发电路的结构, 可防止开关的抖动;该部分输出正脉冲和负脉冲, 可作为中断、人工复位等信号源。扬声器电路结构简单, 给出不同波形的信号, 可使其仿真不同声响。继电器可用来连接功率较大的外部设备, 起着一定的隔离和驱动作用。8522A是基本的可编程并行接口电路, 其PA, PB和PC口均用接线柱引出, 采用不同的连接方式可实现方式0, 方式1和方式2的数据传输, 以及程序查询和中断工作方法。
四、扩展电路设计
扩展电路是从实际应用中抽象出来的, 与实际产品开发结合紧密。主要从远程传输、系统便携、数据采集和控制等环节考虑。
1. USB接口电路
在便携设备中, 完成设备间的数据交换也在不断的发展变化, 目前比较流行的数据传输总线为USB和1394等。在实验系统中考虑该因素, 设计了USB接口电路, 采用的是CH372接口芯片。CH372是一个USB总线的通用设备接口芯片, 在本地端, CH372具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出, 可以方便地挂接到单片机/DSP/MCU/MPU等控制器的系统总线上;在计算机系统中, CH372的配套软件提供了简洁易用的操作接口, 与本地端的单片机通讯就如同读写文件。CH372内置了USB通讯中的底层协议, 具有省事的内置固件模式和灵活的外置固件模式。在内置固件模式下, CH372自动处理默认端点0的所有事务, 本地端单片机只要负责数据交换, 所以单片机程序非常简洁。在外置固件模式下, 由外部单片机根据需要自行处理各种USB请求, 从而可以实现符合各种USB类规范的设备。
2.Watching Dog&E2PROM
以单片机为核心智能化系统, 应使系统具备完全的自诊断、自检测等性能, 实现系统安全可靠、稳定、实时运行。解决上述问题, 可以采用可编程看门狗、电压监控等措施;对于系统的设置可采用F l a s h R A M或E2PROM等保存数据。而X25045/5045芯片将上述两种功能结合在一起。X25045内部有一个8位指令寄存器, 该寄存器可以通过引脚SI来访问, 数据在串行时钟输入的上升沿由时钟同步输入。另外, 对芯片的所有操作都需要通过对该寄存器的写命令来完成。其中操作主要有设置写使能锁存器允许写, 复位写使能锁存器禁止写, 读写状态寄存器, 从所选地址开始的存贮器中读出数据, 把数据写入所选地址开始的存贮器中。在执行写操作之前写使能锁存器必须被置位, 在写操作完成后该寄存器必须被复位。
3. 串行A/D与D/A转换
数据采集系统中, 模数转换和数模转换是必不可少的部分。现在许多实际应用中要求设备微型化、便携化, 因此在A/D和D/A转换也采用串行的SPI总线实现。在实验系统中, 设计是采用DAC7513和ADC0831芯片实现D/A和A/D转换模块。A/D和D/A的原理如图2所示, 相关的操作流程如图3所示。
4. RS232/485总线
在现实控制系统中经常需要数据、控制命令传送到一定距离进行操作, 而普通的TTL电平不能进行长距离传输。目前在应用中常使用RS232和RS485总线进行。RS232为EIA电平, 适用于20米以内的传输, 而RS485适用于1.2千米以内传输。这两个总线的工作与TTL电路有所不同, 需要完成TTL到RS232或将RS232到TTL的电平转换。同样对于RS485总线也要完成协议转换。本实验仪提供用户串行通信接口, 可以用这两个插孔进行RS232通信程序实验, 经电平转换后, 再通过实验仪的“用户串口”接到PC机或其它RS232设备, 实现数据互传。RS232/485模块电路如图4所示。
五、结束语
通过三年多的教学实践, 该系统有如下优点:
1. 该系统中基本电路模块完全满足课程教学的需求, 扩展模块可以任意组合, 形成一个完整的控制系统。
2. 系统中的电路模块来源于实际, 能让学生完全熟悉工程应用, 提高解决现场问题的能力。
3. 该系统的设计思想, 使设备既能完成教学要求, 又能用于综合设计, 提高系统的利用率。
实践证明教学效果大为提高, 为学生设计实际工程应用产品打下了良好的基础, 提高了学生的就业竞争力。
摘要：阐述了单片机系统的设计思想、总体框架、基本模块和扩展模块的实施方案。实际应用表明, 本系统能够提高教学效果, 降低教学成本, 具有推广应用价值。
关键词：单片机,实验系统
参考文献
[1]陈太洪, 张红琴.模拟机床教学系统的研制[J].实验室研究与探索, 2003, 5
[2]赖晓晨, 刘文杰.高校嵌入式实验室建设探索[J].实验室研究与探索, 2007, 6
[3]倪志莲.单片机课程的实验教学改革[J].实验室研究与探索, 2006, 7
[3]周继裕.单片机及接口技术实验教学的改革[J].广西大学学报 (哲学社会科学版) , 2005, 1
实验研制 第5篇
关键词 自动变速器；设置故障装置；故障诊断
中图分类号：U467.5+2文献标识码：A文章编号：1671-489X（2009）12-0125-02
Research and Develop of Setting-trouble Device for Automatic Transmission Test Bench//Wang Xiao
Abstract The test bench for 01M automatic transmission which is electronic control is provided with demonstrating the process of shifting. It can simulate fault diagnosis and recovery. The Performance of the setting-trouble device which is button switch is available and reliable. Effective teaching is acquired after this device which can demonstrate common fault is used.
Key words Automatic Transmission；setting-trouble device；fault diagnosis
Author’s address Zibo Vocational Institute, Zibo, Shandong 255013
随着汽车工业的不断发展，自动变速器的使用越来越普及，然而由于它的原理深奥，结构复杂，汽车专业的学生在学习的过程中普遍反映难理解。01M自动变速器综合性能实验台是一款将理论与实践教学相结合，静态结构与动态工作过程相结合，直观展示自动变速器装置结构、原理、工作过程的实验设备，并且可以进行自动变速器基本的故障诊断与排除的操作。
1 01M自动变速器实验台的组成及工作原理
01M自动变速器实验台是为模拟自动变速器在汽车行驶状态时的工作状况而设计的,具备自动变速器的电控单元ECUJ220，发动机电控单元ECUJ217，2个控制单元由CAN线相连。自动变速器的换挡主要依据是行驶车速和发动机节气门开度2个信号。节气门位置传感器采集的节气门开度信号是来自节气门控制单元，气门控制单元装在自动变速器壳体上，通过人为改变节气门的开度来模拟发动机的负荷的变化。发动机转速传感器G28检测的信号用三相电机输出轴的转速信号来代替。
为了丰富换挡控制内容，配有节气门控制单元，提高控制质量。自动变速器还需要一些辅助信号，包括换挡手柄位置信号、发动机转速信号、变速器转速信号、制动踏板信号、变速器油温信号、发动机水温信号等。变速器转速传感器、油温传感器、车速传感器和多功能开关F125均装在变速器壳体上，制动灯开关F装在示教板背面。把制动踏板信号输入到自动变速器的是电控单元ECUJ220。发动机水温信号是来自发动机电控单元中固定水温值。另外还配备6-90-Q型蓄电池、自动变速器演示板和实验台可整体移动的框架。演示板正面装备电控自动变速器OBD-Ⅱ故障诊断插孔、点火开关、ATF油压表、自动变速器挡位手动按钮、电源开关和变压器，还有各个电器元件的线路图。演示板背面是个箱体，内部装配以下元件：自动变速器和发动机的控制单元、启动锁止和倒车灯继电器J226、保险丝总成、制动灯开关F8、多功能开关F125、人为设置自动变速器故障码装置。实验台的人为设置故障码装置也把信号输入到电控单元ECUJ220。图1是实验台的功能结构框。
2 故障码设置装置
在该实验台诸多功能中，对自动变速器常见故障的诊断、排除的演示是很重要的。通过该功能学生可以很直观地看到每一种常见故障的现象，教师也可以通过演示很清晰地讲解其诊断和排除的过程。提高学生对自动变速器故障诊断和排除的能力。
该故障码设置装置是人工通过设置按钮来设置的。
控制模块如图2所示，图中1、2、3、4、5、6是传感器的故障设置按钮，控制自动变速器的传感器工作，A、B、C、D、E、F是执行器的故障设置按钮，控制执行器的工作。具体的控制原理如图3所示。
K1/是电机转速传感器人工控制故障按钮，按下按钮，继电器的电路接通，电磁线圈产生的电磁吸力将K1吸合，此时传感器可正常工作。在设置故障时，将按钮弹起，切断继电器电磁线圈电路，继电器开关断开，它所控制的传感器或电路断开，不工作，指示板上即可显示出现故障。其他传感器的故障按钮的控制原理相同。
Ka/是N88故障人工控制按钮，是为相应的执行器设置故障的按钮，按下按钮，继电器的电路接通，电磁线圈产生的电磁吸力将Ka吸合，此时执行器可正常工作。在设置故障时，将按钮弹起，切断继电器电磁线圈电路，继电器开关断开，它所控制的电路断开，该执行器不工作，指示板上即可显示出现故障。其他执行器故障按钮的控制原理相同。
3 结语
传感技术应用实验台的研制 第6篇
根据实际情况, 设计更实用、性能稳定、价格经济并可充分发挥同学们的创造性的传感实验装置成为高职类解决专业实验、实训问题的迫切需要。
1传感技术应用实验台的设计
根据检测系统的组成我们将传感技术应用实验台分成传感器模块、显示记录处理模块、信号采集模块、实验基础平台 (电源模块) 和被测对象。
1.1实验台总体结构设计
为使实验台便于扩展以适应不同专业方向的需要, 采用模块化设计, 以便随时能够添加自己所需要的模块, 在实验台结构方面采用便于拆卸实验模块的设计。实验台主体分两下两层, 下层为实验基础平台包括电源、指示灯、电压表和电流表等, 固定在实验框架上;上层为可拆卸的实验模块, 要求每个可拆卸的模块能够在几秒内拆下并能换上新的实验模块, 实验台框架采用工业铝型材, 利用工业铝型材上的槽将所需活动实验模块卡在框架的上层。1.2实验基础平台的设计
实验基础平台的主要作用为实验提供必要的公共部分的支持, 包括交流220V电源、直流5V电源、直流24V电源、直流正负12V电源、数字毫安表、数字伏特表、转速表、计数器及部分执行元件等等。其中220V电源为部分仪表及实验辅助模块提供交流电源;直流5V、24V和±12V电源为各种传感器和部分仪表及执行元件提供相应电源支持;毫安表和伏特表可对变送器输出的信号进行直观的显示, 执行元件主要包括红绿黄三种颜色的指示灯和蜂鸣器, 主要是显示检测到的开关量信号或显示输出的报警信号;计数器实现传感器对产品计数实验的显示;转速表用于对转速信号的显示。
1.3传感器的选用
传感器部分我们全部采用工业级的传感器, 根据常见的典型被测对象, 我们选用的传感器要能够进行温度、湿度、压力、液位、力、转速、位移等典型量的检测, 也能够实现对生产线上产品有无、计数、材料判别和分拣的相关实验。接近开关一共采用了六个, 分别是电感式接近开关、电容式接近开关和光电式接近开关, 其中每种接近开关又分别选用PNP和NPN型接近开关;温度传感器选用了Pt100铂电阻、热敏电阻、K型热电偶和温度变送器4种, 既有输出电阻信号的, 又有输出电势和电流信号的类型, 基本囊括了主要温度传感器的种类;压力信号和液位信号的测量选用的是电容式变送器, 输出4m A~20m A标准电流信号, 既可以进行压力的检测, 也能进行液位的检测;力的检测选用电阻应变式传感器, 分别为悬臂梁式称重传感器和S型称重传感器;转速的测量选用了两种, 一种是接近开关, 通关转换可实现转速的检测, 另一种是增量式编码器, 可实现角位移的检测及转速的检测;位移测量则根据传感器的价格进行考虑, 我们选用的塑料电位器是传感器, 可实现0mm~200mm范围内的位移的检测。1.4测量模块的设计
数据显示装置分为温度测量模块、压力测量模块、称重测量模块、转速测量模块和位移测量模块, 测量结果的显示装置选用的是几种功能不同的智能仪表。温度的显示及控制采用温控表, 可识别Pt100、K型热电偶的输出信号, 同时具备上下限报警功能, 可完成典型温度传感器的应用型实验;压力测量模块测量过程是将压力变送器输出的4m A~20m A电流信号输入到智能仪表中, 在智能仪表中设置量程、测量上下限等数据将实验结果显示出来;是称重测量模块测量过程是将称重传感器输出的电压信号输入到称重仪表中, 进行标定后即可进行称重实验;直线位移测量是将塑料电位器输出的电阻信号转化为电压信号, 输入至智能仪表, 进行量程和上下限的设置从而将实验结果显示出来;角位移的测量是将编码器输出的脉冲输出到编码器专用仪表, 进行换算得出检测到的角位移;转速的测量是将转速转换为开关量的信号, 通过对开关量信号的计数和计时从而换算出转速的大小, 也可将转速信号直接接至转速表进行测量。
1.5信号采集模块
这里的信号采集模块采用的是北京昆仑海岸的KLM4601模块, 其主要作用是将检测到的信号输入到信号采集模块, 结合我们选用的MCGS组态软件, 将信号采集模块检测到的信号传递到计算机, 利用组态软件的编程和开发功能实现对所检测信号的远距离监测、存储、报警的设置和显示, 当然也可具备监控对象数据实时趋势和历史趋势的显示。
1.6实验接口的设计
为提高做实验的效率, 我们采用快速插头来连接各接头, 插拔非常方便。鉴于有部分220V交流电源, 同时使接线更加直观, 连接导线端部都是绝缘的, 避免导电部分和人体接触, 提高安全性。
1.7实验项目的开发
基于以上硬件条件, 结合高职高专的培养目标, 为培养学生的实际应用能力开发了以下应用型实验。
实验一:PNP及NPN型光电式接近开关实验。
实验二:PNP及NPN型电容式接近开关实验。
实验三:PNP及NPN型电感式接近开关实验。
实验四:温度变送器的测温实验。
实验五:PT100热电阻传感器测温实验。
实验六:K型热电偶测温实验。
实验七:转速测量实验。
实验八:湿度变送器的测湿实验。
实验九:湿度变送器的组态监控实验。
实验十:温湿度一体变送器的实验。
实验十一:压力变送器的测湿实验。
实验十二:压力变送器组态监控实验。
实验十三:直线位移传感器的实验。
实验十四:直线位移传感器的组态监控实验。
学生除能依据实验指导书进行实验外, 还可以完成综合性的创新型应用实验, 也可自行开发设计新的实验模块。依据本专业需要设计制作相应传感器实验模块并利用原有实验基础平台进行相应实验。1.8传感技术应用实验台使用效果
通过模块化设计, 使各功能模块完全独立且无重复, 简化了系统, 大大降低了成本, 并且能根据各专业具体的培养目标进行补充和扩展。
由于传感技术应用试验台的研制成功, 为学院的实践性教学改革和实验设备的开发开创了一个新的途径, 为我院产学研的结合探出了一条新路, 目前已经具备批量生产的条件。经过我院7个班级的试用, 该传感技术应用实验台性能稳定、使用效果良好, 以此实验平台为基础, 大大提高同学们的实验兴趣, 学生的传感器技术应用能力得到了显著的提高, 应用能力、创新能力、实践能力更有明显的进步。
摘要：概括了传感技术应用实验台的研制背景、组成和设计思路, 介绍了传感技术应用实验台的可完成的实验及其使用效果, 为高职传感技术类课程实验、实训改革提供了解决思路, 对推进高职院校专业课程实践教学的改革有着非常积极的意义。
高频电子阻垢仪的研制与实验研究 第7篇
锅炉和蒸汽动力设备已广泛应用于工业生产中。这些设备中发生结垢会妨碍系统正常传热, 增加锅炉的燃料消费, 降低热交换设备的传热效率或冷却效率, 长时间运行可能会导致管道局部腐蚀、穿透或脆爆, 对系统的安全运行造成很大影响。所以许多学者和研究机构都在为设计出能高效阻垢, 并且节能、无二次污染的水垢处理装置而不断努力。
数十年来, 国内外科研机构和生产商对阻垢原理和仪器研制进行了大量的研究, 尽管目前还没有成熟的阻垢机理解释, 但已经有不同种类的阻垢仪先后问世。首先有美国的“ScaLe”设备、德国的“MegoLa”设备, 它们均采用脉冲高频磁场实现有效的防垢和除垢。中国科学院在这一领域也开展了大量的研究工作, 其研制的“变频式微电脑水处理技术及反应器” 研究项目于2001年6月通过了国家科学技术委员会科技成果鉴定, 并投入实际应用。
对于高频电磁的处理作用机理目前仍处于研究阶段, 有着多种不同的作用机理解释和假设。现在学术界广泛认同的高频电子阻垢的基本原理有[1,2,3]:
(1) 当水流过电磁水处理器时, 交变电场力和磁场力的共同作用将改变水的物理性质和复杂的分子结构;
(2) 当水中含有溶解盐的阴、阳离子通过水处理器时, 周期性的振动会增强离子和粒子的水合进程, 降低阴、阳离子结合成粗大粒子的机率;
(3) 具有一定电导率的液体流过电磁场时会引起电子激发, 从而可以改变晶体的形成和生长速度。
本文主要介绍研制的高频电子阻垢仪的硬件构成、工作原理、技术特点和应用效果, 并进行了循环水的模拟实验。
2 设备的构成与原理
研制的高频电子阻垢仪包含高频信号产生电路和信号检测电路。高频信号产生电路能够输出具有足够能量的、频率与幅值可调的高频脉冲信号。信号检测电路主要对实验过程中被处理水的温度以及电磁处理器中的磁场强度做实时的检测, 以便控制实验过程中的脉冲频率、幅值、陡度等参数, 从而实现较好的阻垢效果。
2.1 高频电子阻垢仪工作原理
为了在被处理媒质中产生高频电磁场, 我们将被处理媒质看成一个负载[4], 将其与电容C、电感L组成一个回路, 如图1所示。当开关S1接通时, 电源通过R为L充电;开关断开后, L与C, 以及被处理媒质形成RLC振荡回路。在被处理媒质中, 电压处于振荡状态。当S1的开关频率越高时, 媒质中电压的振荡频率越高。这样就可以在被处理媒质中产生高频电磁场, 从而使其起到阻垢的作用。
2.2 高频信号产生电路
在实际电路中, 我们使用了高频大功率的MOSFET作为开关元件, 它的闭合与关断是通过高频信号发生电路控制。具体来讲是由晶振产生的2 MHz的方波信号经过由74HC74搭成的分频电路将信号进行二分频、四分频、八分频不等。然后将这些方波信号通过由检测电路控制的模拟开关, 然后作为NPN和PNP三极管组成的推挽式电路的控制端, 通过推挽式电路的通断可以控制MOSFET的通断, 进而在LC串联谐振电路中实现电感的充放电过程, 输出具有足够能量的高频脉冲信号。
本电路最大输出峰值电压可达100 V;输出频率为500 kHz～2 MHz可调。
2.3 检测电路
检测电路是为了能够对系统的环境参数做出实时的检测分析, 并能根据分析的结果对输出进行调整而设计的, 其整体硬件结构框图如图3所示。
结合阻垢仪的性能要求, 本系统选择MicroChip公司的DSP30F6010芯片[5], 该芯片是内嵌DSP高速引擎, 提高了CPU核的运算能力, I/O端口输出电流大, 可以直接驱动多块液晶显示屏, 使整体电路简洁、成本低廉。
磁场传感器HMC1051是 HONEYWELL 公司生产的单轴线性磁阻传感器芯片[6], 量程为±6 Gs, 在 5 V 供电条件下, 测量精度可达 0.1 mGs, 最高响应频率为 5 MHz, 并且尺寸较小 (面积小于 0.25 cm2) , 是很好的磁场测量器件, 能够测量交流和直流弱磁场, 输出电压与其敏感方向上的磁感应强度成正比, 如图4所示。
温度传感器选用的是DS18B20, 它是一种数字式的温度传感器[7], 只要求一个端口即可实现通信, 测量温度范围在-55～+125 ℃之间, 分辨率用户可从9位～12位选择, 内部有温度上、下限报警设置。
LCD显示屏则选用了图形点阵液晶显示器MG-12864[8]。MG-12864模块是一种图形点阵液晶显示器, 主要由行驱动器/列驱动器及 128×64全点阵液晶显示器组成。一共有20个引脚, 除了2个电源和地引脚, 还有8个引脚接数据线, 剩下的其他引脚大多都是通过指令表来控制选择显示数据的, 可完成图形显示, 也可以显示 8×4个汉字。
系统中预留了CAN通信接口和RS232通信接口。CAN通信模块可以使检测系统方便地与其它设备进行通讯, 并且由于CAN总线的抗干扰能力强, 所以非常适合工业场合的应用。我们还制定了相应的通讯协议, 使满足该通讯协议的新设备可以通过CAN总线与检测系统进行数据交换。
使用RS232接口可实现系统与上位机的通讯, 使操作人员可以通过电脑就能了解整个系统实时运行参数, 并可通过电脑对系统的参数进行设置。
模拟开关控制电路就是在DSP30F6010的数字I/O口控制下, 使输出信号的频率能根据检测结果做相应调整。模拟开关选用AD公司的ADG702, 它为常开式模拟开关, 信号带宽可达200 MHz。在图5中, 通过74HC74分频后的方波信号, 分别接到三个模拟开关的输入端, 而DSP的控制信号通过光耦来控制各个模拟开关的通断。这些方波信号作为推挽式驱动电路的控制信号来控制MOSFET的通断, 如图5所示, 从而在RLC串联谐振电路中实现电感的充放电过程, 以产生高频谐振, 最终向媒质输出高频脉冲信号。输出信号如图6所示。
高频脉冲发生电路已用于实验中, 经测量可知, 在实际工作时, 该装置的输出功率可以达到150 W。
3 试验装置
3.1 高频水处理腔
该系统的电磁处理腔结构, 阳极为置于水管正中间的一根金属棒 (直径8 mm, 长度约25 cm) , 有别于一般高压静电场水处理器使用绝缘材料将金属阳极与水体隔离, 该系统的阳极直接与水体接触, 本体的水管壁作为阴极 (管外径10 cm, 内径9 cm) 。
3.2 试验循环水处理系统[9]
如图7为循环水处理模拟系统。在水泵的作用下, 储水容器中的水在系统中循环起来。整个循环水处理系统的最大容量为180 L, 最大水处理量为40 L/min。在该实验中, 我们在水箱中放置了一根功率为800 W的加热棒, 并向水中添加一定比例的NaHCO3和CaCl2药品, 以用于结垢。
4 实验结果和数据的简单分析
整个实验过程中, 加热棒金属部分放入水中, 并一直处于加热状态, 同时水在系统中一直处于循环状态以便模拟工业循环水的工作状态, 每次实验时间为48 h。
实验结束后, 把加热棒上的垢样刮下来称重。通过多次实验, 对比在有无阻垢仪作用情况下水垢的重量, 从而获得设备的阻垢率。
对比图8 (a) 、8 (b) 两幅图可见, 在未加电子阻垢仪的情况下, 垢样坚硬, 而重量为1.7 g。在使用电子阻垢仪后, 垢样显得非常松散, 而重量仅为0.5 g。计算得到阻垢率为71%。证明本仪器可以起到很好的阻垢效果。
5 结论和前景展望[10]
通过试验证明, 向被处理水中施加高频电场, 可以很好地起到阻垢的作用。并且由于该方法不需要加入化学试剂, 不需要人员进行长期看守, 所以该方法拥有非常广泛的应用前景。
智能化是该类设备重要的发展趋势, 即要求高频水处理设备能针对被处理媒质中参数的变化, 对输出做相应的调整, 使设备一直处于高效的阻垢状态。这样可以扩展高频电子阻垢法的应用范围, 使其能在工业生产中发挥更大的作用。
摘要：锅炉和蒸汽动力设备中结垢的直接影响是妨碍正常传热、降低传热效率。研制的高频电子阻垢仪是一种可以通过检测环境温度和磁场强度等参数, 来自动调整脉冲频率和幅值, 从而实现有效阻垢的物理水处理设备, 它可以降低水垢的产生对工业生产的正常运行带来的危害。简述了高频电子阻垢的工作原理、系统的硬件构成、技术特点和应用效果, 并进行了循环水的模拟实验。从阻垢仪使用前后的结垢量对比结果表明, 本系统能够有效地防止水垢的生成, 降低结垢率。
关键词：高频,电磁场,阻垢,传感器
参考文献
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[6]孙雪峰, 熊沈蜀, 周兆英, 等.磁阻式磁强计的SET/RESET电路的设计与应用[J].电测与仪表, 2003, (7) .
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智能ABS综合性能实验台的研制 第8篇
一、智能ABS综合性能实验台的组成
智能ABS综合性能实验台主要由机械部分、信号采集系统及计算机测控系统组成。机械部分包括电控单元、液控单元、轮速传感器、制动踏板、制动总泵、真空助力罐、制动盘、制动钳、制动管路、诊断接口等。信号采集系统采用研祥IPC-810工控机, 结合PCL-812PG数据采集卡, 该采集卡拥有16路模拟信号输入、两路定时/计数信号输入等, 采样频率最高可达100KHz, 并且抗干扰能力强, 能滤除测试现场的各种干扰, 保证信号可靠性。计算机测控系统以技术成熟Win2000为平台, 应用VB分别完成了数据处理、显示、存储及信号输出等模块的设计。
二、智能ABS综合性能实验台的工作原理
智能ABS综合性能实验台的总控制电路如图1所示。
利用VB, 采用模块化设计思路, 实现整个信号采集系统的可视化。整个软件共包括试验台界面模块、信号采集模块、显示模块、数据存储模块以及系统辅助模块等组成。
本系统采用研祥IPC-810工控机, 结合PCL-812PG数据采集卡, 该采集卡拥有16路模拟信号输入、两路定时/计数信号输入等, 采样频率最高可达100KHz, 并且抗干扰能力强, 能滤除测试现场的各种干扰, 保证信号可靠性。
4个车轮上安装的车速传感器, 采样车轮的转速信号, 经过光电隔离和信号放大, 输入采集卡中, 由采集软件将转速信号输入情况送入计算机内存, 这样就可以实时显示系统车轮速度以及继电器工作状态信号, 从而显示ABS系统工作过程。
三、智能ABS综合性能实验台的作用
智能ABS综合性能实验台, 将部分关键结构进行剖视, 控制电路采用平面布置方式, 教师在教学过程中, 能够进行直观演示每一机构的运动和防抱死制动的全过程。同时对于防抱死制动的控制电路中的电路连接及各元件的作用能够进行直观的讲解。将车速传感器信号 (4路) 、智能ABS液压控制电磁阀信号 (8路) 采集与处理, 输入工控机, 经过软件处理后, 在显示器上展示其波形。与标准值比较, 检测其工作状况是否完好。
利用智能ABS综合性能实验台教学, 极大地调动学生的学习兴趣, 提高了教学效果。
摘要：结合电子、计算机测控技术研制了智能ABS综合性能实验台, 阐述了该试验台的设计方法、系统组成及工作原理, 基于Windows2000控制平台应用可视化技术给出试验结果, 对ABS工作、检测过程进行直观显示, 为ABS系统性能的分析与改善提供了依据。
关键词：ABS,实验台,VB,可视化技术
参考文献
[1]郭旭, 李以农, 刘建房.ABS试验测试系统设计[J].重庆大学学报 (自然科学版) , 2006, (29) 7:1～4
视频与视频字符叠加实验仪的研制 第9篇
关键词：视频,字符叠加,实验仪
近年来,随着全球安全意识提升,视频监控市场不断增大。受“平安城市”、展会赛事、行业安防等因素拉动,中国视频监控市场也在快速增长。在监控系统中,如果在每路视频信号上叠加时间、地点等信息,则可以提示监视摄像发生的时间、位置等信息,这些信息同时也被记录在录像上,以方便用户的信息查询。这就是视频字符与时间叠加的应用。
视频字符叠加是在视频信号中混入字符信号,然后在屏幕的特定位置上使叠加的字符与相应的图像信号同步显示,即在视频图像上实时叠加字符图形,及时给出和增加原画面无法表达或无法明确表达的信息,使画面图文并茂,这项技术是应用电视技术领域中的一个重要内容,它在应用电视系统中发挥着极为重要的作用,视频叠加也是多媒体技术应用领域的内容之一。在视频信号中叠加字符是一项非常有意义的工作。
视频与视频字符叠加实验仪是一种用于学习视频与视频字符叠加技术的平台,在此平台上能够相对轻松地学习理解视频与视频字符叠加技术的相关知识,相对直观地了解复杂视频信号的构成原理、图像的传输过程和图像的还原等知识,进而能够自己设计出简单的视频字符叠加图形。寓教于乐,以此来激发学习兴趣,在锻炼动手能力的同时完成了实践的过程。此平台能够使学生在学习的过程中实现认知、实践、锻炼与创新的全过程训练,可以充分展示自己的创新能力,为学生的进一步学习和研究打下坚实的基础。
一、视频与视频字符叠加实验仪的组成原理
本实验仪的主要功能是在视频画面中叠加一个十字亮线。首先提取视频信号中行、场同步信号,然后对行、场同步信号进行计数,产生一个与行、场同步信号有稳定关系的控制信号,再用这个控制信号控制模拟开关,模拟开关就在两路输入信号(十字线与视频信号)间快速切换,由于人眼的视觉暂留,在显示屏幕上看起来就是一幅叠加了十字线的图像。原理框图如图1。
1. 信号分离电路
由于普通摄像头输出的是复合视频信号,因而首先必须进行信号的分离。
设计中选用LM1881作为视频信号的同步分离器,该分离器能够从幅度为0.5V到2V的标准负同步NTSC、P A L和S E C A信号中提取定时信号,它的使用十分方便。原理图如图2所示。图中h s表示复合同步输出,vs表示场同步输出,ODDN/EVE表示奇偶场同步输出。
2. 控制计数电路
控制的功能是要计算出所要叠加图像的行、场位置值,实际上使用计数器就可以实现。本实验仪选用大规模可编程逻辑控制电路EPM7128SLC84来实现对信号的计数(如图3所示)。之所以选用大规模可编程逻辑控制器件主要是让学生在学习视频技术知识的同时,学会大规模可编程逻辑器件的使用方法。
3. 切换开关电路与叠加的实现
切换开关电路选用模拟开关CD4053来完成(如图4所示)。
本实验仪可在监视器等屏幕上实现叠加十字线等字符,对需要叠加十字线的图像的行和列,通过EPM7128SLC84计数输出VideoSe来控制模拟开关CD4053,CD4053是二选一的模拟开关,当VideoSe为1的时候选择模拟开关Cursor脚输出,当VideoSe为0时选择VideoIN输出。由于VideoSe在0和1之间变化的速度很快,所以由计数器控制的CD4053的输出VideoOut接到显示器上时,在视觉上就会有原图像上被叠加上了十字线等字符的效果。为方便学生实验操作,实验装置的面板上将主要的信号都引出,最后结果在显示器上显示。实验仪的面板布局如图5。
图中按键模块面板上共有S1~S5五个按键,其中S1~S4主要是实现十字线的上、下、左、右移动,按键5用来选择输出的是原图像还是叠加了十字线后的图像。这5个按键的运用可以更加直观地表达视频符号叠加位置的可控制性,更有利于对相关视频原理的理解。
6个数码管分成两排显示,上面3个用于显示十字线的中心所在的行位置,下面3个用于显示十字线中心所在列位置。
视频与视频字符叠加实验仪实物如图6。监视器上显示的十字亮线为实验仪器叠加上去的。通过仪器面板上的按键可以控制其所要显示的位置。
二、视频与视频字符叠加实验仪的应用
此实验仪目前已经作为设计性实验项目投入到实验教学中,授课的对象主要是大四的本科生,学生学习后的普遍感受是贴近生活、很有趣。
更深的体会是通过这个实验仪器所搭建的平台能够比较深入地理解视频与视频字符叠加的原理知识,特别是通过学生亲自利用大规模可编程逻辑器件来实现十字线以外的字符叠加,切实感受到了大规模可编程逻辑器件功能的强大,同时更熟悉了硬件的描述语言。
参考文献
[1]视频监控智能化趋势走强,应用方案谁主沉浮[J].电子工程专辑,2009,10:37～40
[2]孙泓波,顾红,苏为民.视频字符叠加技术的发展及四种实现方案[J].电子技术应用,2000,11:44～46
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[4]常大定,曾延安,张南洋生.光电信息技术基础实验[M].湖北:华中科技大学出版社,2008
实验研制 第10篇
为克服上述弊端,我们研制了一种操作方便,经济实用的胸外心脏按压复苏器,并进行了实验测试研究,现报告如下:
1 材料与方法
1.1 机器制作
我们制作的“胸外心脏按压复苏器”已获国家实用新型专利,专利号:ZL200520082236.0其结构如示意图(图1)所示:
按压复苏器分为下面几个部分:①托板:用于置于病人背后起到支撑复苏器和固定病人的作用。②支柱:位于托板的一端,起到连接托板和按压控制器的作用。③调节器:用于调节按压器的位置,将按压板固定在合适的按压部位。④电源开关。⑤频率调节器:用于调节按压频率,调节范围80～120次/分。⑥驱动器:由电动机、传动轴、连杆等组成,在调节器的控制下向按压器传送动力。⑦幅度调节器:用于调节按压幅度,调节范围3～5cm。⑧按压器:作用于病人的胸外按压部位,对病人实施胸外心脏按压。
1.托板2.支柱3.调节器4.电源开关5.频率调节器6.驱动器7.幅度调节器8.按压器
1.2 使用方法
将托板置于需按压者背部,利用调节器将按压器置于按压部位,用频率调节器和幅度调节器分别设定按压频率和按压幅度,打开电源开关即可开始工作。
1.3 实验研究方法
使用可进行教学训练的高级自动电脑心肺复苏模拟人,型号:KAF-CPR300型,用胸外心脏按压复苏器进行按压效果的实验测试,设定按压频率:100次/分,调节按压幅度5cm。每次持续3分钟,共进行30次。对照组:由30名有专业技术资格的医护人员组成,用同一模拟人进行人工胸外心脏按压,要求相同,统计实际按压频率和按压正确率,以均数±标准差表示,将结果用t检验进行对比分析。
2 结果
机器组按压频率非常恒定(99.63±1.00)、按压正确率高(99.77±0.40),对照组按压频率变异性较大(113±10.33),按压正确率也较低(90.63±10.61),两项指标对比差别均有极显著统计学意义(P<0.001)见表1。
3 讨论
胸外心脏按压是临床上抢救呼吸心跳骤停病人的一种重要措施,及时有效的进行胸外心脏按压对心跳骤停的复苏至关重要。目前,其作用机理有两种学说:心泵机制和胸泵机制,也有的观点认为两种机制都起作用,但不论什么观点,对胸外心脏按压的意义和操行要求是相同的。胸外心脏按压的操作要求:①合适的体位:平卧、去枕,抬高下肢,在病人背后垫一块硬板或将病人移至地面。②正确的按压部位:胸骨中下三分之一处。③合适的按压力度和频率:在成人要求按压使胸骨下陷的幅度为3.8～5.0cm,按压、放松的时间比为1:1,按压频率为100次/分钟。儿童按压幅度为2.5～4.0cm,推荐频率为100～120次/分钟[1]。目前临床常用的徒手人工胸外心脏按压频率和力度较难掌握,一般人员很难做到对心脏的有效按压,即使专业技术人员,按压的频率和正确率也很难达到理想的要求,而且胸外心脏按压体力消耗大,工作人员难以做到长时间正确有效的按压,对于需要长时间按压复苏的病人,需要反复换人。这样,一是占用专业技术人员多,影响病人复苏的其他工作;二是换人时常造成按压中断,影响病人复苏效果。
目前国外及国内也有“心肺复苏器”在进行市场销售,虽然能同时进行胸外心脏按压和机械呼吸,但大都采用气动电控方式,结构复杂,价格昂贵,一直没能在临床普及使用。
我们研制成功的胸外心脏按压复苏器,为单纯电动控制,设计合理,结构简单,操作方便,通过实验测试:按压频率非常恒定(99.63±1.00)、按压正确率高(99.77±0.40),与进行徒手人工胸外心脏按压的对照组比较,两项指标差别均有极显著统计学意义(P<0.001)。另外,我们研制的胸外心脏按压复苏器,按压、放松的时间比为1:1,符合国际心肺复苏指南要求。动物和人体实验观察到50%～60%的按压时限严生的喷射血流、平均动脉压最好。向据Brown观察,徒手实施胸外心脏按压时,按压时限仅占25%,显然难以达到有效的标准。还有,按压力度增加可使收缩压增加,但对舒张压几乎无影响。而舒张压是心肌血流灌注的决定因素,这也是心肺复苏成功与否的关键。按压时要把心室内淤滞的血液喷射出去,必须给予一定动能,动能=力X距离,力=质量×加速度×距离。观察发现,徒手实施实施胸外心脏按压仅产生1.2g的加速度,而机械实施胸外心脏按压可达5g,故有更好的喷射血流[2]。
本试验机器组按压正确率可达99.77%,可长时间有效稳定工作,但应注意正确调整机器各项参数及按压部位。人工组按压正确率为90.63%,与按压者的年龄、性别、体格、专业、经验等都有关系。在三分钟测试过程中,可见开始按压正确率低,在教学模拟人无效报警提示下,逐渐提高,在体力下降后又降低的现象。在临床应用时是不会有报警提示的,所以实际工作中,人工按压正确率可能还要低。实验结果中,人工组按压频率较快,说明机器的可控制性好,人工操作的准确性较差,其影响因素也是多方面的。实验中可以看出,操作时别人的现场指导,可提高人工操作的准确率。
使用这种胸外心脏按压复苏器,可长时间持续按压,一人即可实施对呼吸心跳骤停病人的复苏抢救,劳动强度小,并且按压频率和按压幅度相对恒定,按压效果好,可进入临床研究阶段,通过临床研究可能会显著提高复苏病人的成功率,减少和避免病人肋骨骨折、气胸等并发症的发生,对于挽救病人的生命意义重大。
摘要：目的：研制一种操作方便，经济实用的胸外心脏按压复苏器，可长时间持续正确的进行胸外心脏按压，从而达到减少胸外心脏按压并发症，提高复苏效果和成功率的目的。方法：根据胸外心脏按压的基本操作要求，研究制作出操作方便，经济实用的电动胸外心脏按压复苏器，使用教学模拟人，对胸外心脏按压复苏器进行按压效果的实验测试，同时和一组人工胸外心脏按压的结果进行对比分析。结果：经实验测试，胸外心脏按压复苏器按压频率和按压幅度恒定，与对照组比较，按压频率及按压正确率明显高于对照组。结论：我们研制出的电动胸外心脏按压复苏器，结构简捷，操作方便，按压效果确切，完全符合胸外心脏按压技术操作要求，可进入临床试验应用研究阶段。
关键词：胸外心脏按压复苏器,研制,实验研究
参考文献
[1]庄心良，曾因明，陈伯銮．现代麻醉学．第三版．北京：人民卫生出版社．2003，2313