“探智-EC”實驗箱
配套的實驗課程：《嵌入式單片機》、《電機與控制》、《機電一體化系統(tǒng)綜合實踐》。
“探智-EC”是一款支撐嵌入式單片機、電機控制與驅(qū)動、機電一體化等技術相關的專業(yè)核心課程實驗平臺。真正的模塊化設計，各功能模塊可獨立運行，支持單一模塊教學，也可根據(jù)實驗需求靈活組合，進行綜合實踐教學。集成多種電機，如有刷電機、無刷電機、步進電機、舵機等，便于開展機器人感知與控制實驗。嵌入式主板具有豐富的通信接口，如UART、GPIO、IIC、SPI等，便于與外部設備通信和數(shù)據(jù)交換，擴展性強?？苫贛atlab/Simulink搭建各類電機驅(qū)動與控制模型，通過Matlab/Simulink對機械臂運動模型進行運動學仿真，正逆運算分析，并通過 Embedded Coder將 Simulink 模型轉(zhuǎn)換為 C 或 C++ 代碼，直接在實驗平臺進行驗證。
配套的實驗課程大綱如下
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嵌入式單片機（20課時） |
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課次 |
課程名稱 |
內(nèi)容 |
課時 |
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1 |
嵌入式ARM系統(tǒng) |
講解MCU、ARM處理器的概念，熟悉實驗平臺的嵌入式系統(tǒng)架構，講解嵌入式系統(tǒng)在機器人中的核心應用框架，使用Keil建立嵌入式開發(fā)工程模板。 |
2 |
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2 |
點亮LED實驗 |
基于嵌入式實驗平臺的單片機芯片，學習如何操作GPIO，使用寄存器、庫函數(shù)點亮LED。 |
2 |
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3 |
定時器中斷實驗 |
學習嵌入式單片機定時器原理，學習如何實現(xiàn)定時器中斷。基于定時器終端按照不同頻率實現(xiàn)LED燈循環(huán)閃爍。 |
2 |
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4 |
串口通信實驗 |
了解串口通信的原理，串口硬件通信連接與接口定義，學習如何基于嵌入式單片機進行串口通信，串口收發(fā)數(shù)據(jù)，基于串口調(diào)試并控制總線式數(shù)字舵機，控制舵機轉(zhuǎn)動。通過串口獲取總線式傳感器數(shù)據(jù)。 |
2 |
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5 |
ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換實驗 |
了解模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集的原理，基于嵌入式實驗平臺的單片機芯片，學習如何配置引腳的GPIO為模擬輸入，獲取模擬量傳感器的數(shù)據(jù)信息。 |
2 |
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6 |
按鍵響應 |
學習嵌入式單片機如何監(jiān)控按鍵輸入，基于初級狀態(tài)機實現(xiàn)消除抖動，實現(xiàn)單片機監(jiān)控按鍵長按、雙擊等高級按鍵功能。 |
2 |
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7 |
狀態(tài)機綜合實驗 |
基于LED、按鍵、定時器寫一個綜合的狀態(tài)機實驗、讓LED按向左或向右的方向“跑”，實現(xiàn)按鍵控制跑馬燈的速度和方向，強化對于狀態(tài)機的理解。 |
2 |
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8 |
SPI通信實驗 |
學習SPI原理，SPI硬件通信連接與接口定義，實現(xiàn)嵌入式單片機通過SPI通信的方式控制TFT屏幕顯示不同的內(nèi)容。 |
2 |
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9 |
IIC通信實驗 |
學習IIC原理，IIC硬件通信連接與接口定義，實現(xiàn)嵌入式單片機通過IIC通信的方式獲取溫度傳感器信息。 |
2 |
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10 |
CAN通信實驗 |
學習CAN總線通信原理，CAN硬件通信連接與接口定義，實現(xiàn)嵌入式單片機通過CAN總線驅(qū)動步進電機。 |
2 |
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電機與控制（20課時） |
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課次 |
課程名稱 |
內(nèi)容 |
課時 |
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1 |
嵌入式ARM系統(tǒng) |
講解MCU、ARM處理器的概念，熟悉實驗平臺的嵌入式系統(tǒng)架構，講解嵌入式系統(tǒng)在機器人中的核心應用框架，使用Keil建立嵌入式開發(fā)工程模板。 |
2 |
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2 |
定時器中斷實驗 |
學習嵌入式單片機定時器原理，學習如何實現(xiàn)定時器中斷。 |
2 |
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3 |
串口通信實驗 |
了解串口通信的原理，串口硬件通信連接與接口定義，學習如何基于嵌入式單片機進行串口通信，串口收發(fā)數(shù)據(jù)，基于串口調(diào)試并控制總線式數(shù)字舵機，控制舵機轉(zhuǎn)動。通過串口獲取總線式傳感器數(shù)據(jù)。 |
2 |
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4 |
步進電機驅(qū)動控制 |
將步進電機作為實驗對象，通過改變步進電機控制脈沖頻率和數(shù)量來控制電機的運行狀態(tài)。 |
2 |
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5 |
CAN通信實驗 |
學習CAN總線通信原理，CAN硬件通信連接與接口定義，實現(xiàn)嵌入式單片機通過CAN總線控制步進電機。 |
2 |
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6 |
無刷直流電機 |
學習485總線通信原理，485硬件通信連接與接口定義，實現(xiàn)嵌入式單片機通過485總線控制無刷直流電機。 |
2 |
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7 |
有刷直流電機 |
學習有刷直流電機運行原理與應用場景，基于嵌入式單片機芯片驅(qū)動電機。 |
2 |
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8 |
有刷直流電機測速法 |
通過讀取電機編碼器數(shù)據(jù)，學習M測速法、T測速法、M/T測速法的使用，對比測速波形，分析不同測速法的應用場景。 |
2 |
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9 |
電機減速器與扭矩測量與選型實驗 |
對比不同減速器下的電機扭矩，測量不同減速箱下扭矩測量，了解不同載重的機器人如何選擇其驅(qū)動電機。 |
2 |
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10 |
機械臂控制綜合實驗 |
控制三軸機械臂的三個步進電機運動，并實現(xiàn)抓取與放置。 |
2 |
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機電一體化系統(tǒng)綜合實踐（20課時） |
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課次 |
課程名稱 |
內(nèi)容 |
課時 |
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1 |
嵌入式ARM系統(tǒng) |
講解MCU、ARM處理器的概念，熟悉實驗平臺的嵌入式系統(tǒng)架構，講解嵌入式系統(tǒng)在機器人中的核心應用框架，使用Keil建立嵌入式開發(fā)工程模板。 |
2 |
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2 |
定時器中斷實驗 |
學習嵌入式單片機定時器原理，學習如何實現(xiàn)定時器中斷。 |
2 |
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3 |
串口通信實驗 |
了解串口通信的原理，串口硬件通信連接與接口定義，學習如何基于嵌入式單片機進行串口通信，串口收發(fā)數(shù)據(jù)，通過串口獲取總線式傳感器數(shù)據(jù)。 |
2 |
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4 |
按鍵響應 |
學習嵌入式單片機如何監(jiān)控按鍵輸入，基于初級狀態(tài)機實現(xiàn)消除抖動，實現(xiàn)單片機監(jiān)控按鍵長按、雙擊等高級按鍵功能。 |
2 |
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5 |
步進電機驅(qū)動控制 |
將步進電機作為實驗對象，通過改變步進電機控制脈沖頻率和數(shù)量來控制電機的運行狀態(tài)。 |
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6 |
CAN通信實驗 |
學習CAN總線通信原理，CAN硬件通信連接與接口定義，實現(xiàn)嵌入式單片機通過CAN總線控制步進電機。 |
2 |
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7 |
機械臂控制綜合實驗 |
控制三軸機械臂的三個步進電機運動，并實現(xiàn)氣泵控制的抓取與放置。 |
2 |
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8 |
屏幕顯示實驗 |
學習SPI原理，SPI硬件通信連接與接口定義，實現(xiàn)嵌入式單片機通過SPI通信的方式控制TFT屏幕顯示不同的內(nèi)容。 |
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9 |
機械臂正逆運算實驗 |
根據(jù)三軸機械臂機械結構，依據(jù)機械臂末端位置信息，反算出三個步進電機位置，并控制步進電機移動到指定位置，計算移動誤差。 |
2 |
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10 |
機械臂抓取控制綜合實踐 |
基于步進電機機械臂前方的距離傳感器數(shù)據(jù)，獲取前方待抓取物體的信息，通過逆運動學解算出各機械臂關節(jié)角度，推算出步進電機轉(zhuǎn)動步數(shù)，完成抓取。通過按鍵切換機械臂運行狀態(tài)，顯示屏顯示機械臂運行信息。 |
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