专业综合设计是随着国家对创新型人才的需求，以及高等教育不断的发展而产生的一种新的实践教学方法。它与传统的实践教学方法相比，更强调学生在实践中的主观能动作用，更重视学生实践动手能力、分析问题和解决问题能力及创新精神的培养，更重视学生综合素质的提高。

在专业综合设计的教学过程中，指导教师只给出设计题目和要求，学生要根据设计题目，在验证性实验的基础上，合理地使用现有的实验仪器、软件、设计平台及其他可用资源进行自主设计。

为满足专业综合设计的需要，我们面向高等学校电气工程等学科的专业方向，编写了这本电气工程专业综合设计教程。本书为2007年北京市高等教育精品教材立项项目，同时"电气工程专业综合设计"为北京交通大学精品课程。

本书打破了传统单科实验指导书的写作模式，在内容上涵盖了电气工程多个相关专业的综合设计题目，在编排上包含了电气工程专业综合设计的目的、任务、基本原则、方法、步骤等基本要求和相关知识;电气工程专业综合设计使用的典型仪器、软件及系统的使用方法介绍;电气工程专业综合设计的典型样例;调速系统类专业综合设计等7大类电气工程专业综合设计的题目及内容。本书体系新颖、内容丰富，便于教、学双方的使用，便于开放式实验教学的使用。

全书由王玮主编，第1、4章由王玮、徐建军编写，第2、3章由徐建军、季晓衡、倪平浩、李继红编写，第5章由徐建军、季晓衡、关宇、李继红编写，第6、10章由徐建军、胡小刚编写，第7章由徐建军、关宇、李继红、李华伟编写，第8章由倪平浩、李继红、李华伟、王玮编写，第9章由季晓衡编写，第11章由关宇、李继红、李华伟编写。

本书在编写过程中得到了北京交通大学电气工程学院许多老师的指导与帮助，给本书提出了许多宝贵意见，在此表示衷心地感谢。

我们力求在书中反映电气工程学科专业发展的新理论、新技术、新知识，但由于能力和水平有限，书中难免有缺点与疏漏之处，敬请读者批评指正。

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第1章 电气工程专业综合设计概述.

1.1 电气工程专业综合设计的目的. 要求与基本原则

1.1.1 电气工程专业综合设计的目的

1.1.2 电气工程专业综合设计的要求

1.1.3 电气工程专业综合设计的基本原则

1.2 电气工程专业综合设计的教学安排

1.3 电气工程专业综合设计的相关课程

1.4 电气工程专业综合设计的考核

1.5 电气工程专业综合设计的意义

第2章 电气工程专业综合设计硬件基础

2.1 示波器的使用

2.1.1 示波器的工作原理

2.1.2 示波器SS-7802的基本介绍

2.1.3 示波器SS-7802的光标测量和频率计

2.1.4 示波器SS-7802的测量应用

2.2 变频器的使用

2.2.1 变频器的基本配线

2.2.2 变频器LCD显示器的应用

2.2.3 变频器的参数切换

2.2.4 变频器的运行

2.2.5 变频器的参数说明

2.3 单片机小系统的设计制作

2.3.1 51单片机小系统的设计制作

2.3.2 AVR单片机小系统的设计制作

2.4 微机保护装置的使用

2.4.1 WXB-11c微机保护装置使用

2.4.2 LFP-901A微机保护装置使用

2.5 高压断路器的使用

第3章 电气工程专业综合设计软件基础

3.1 可编程控制器开发环境入门

3.2 单片机仿真环境的应用

3.2.1 Wave单片机仿真环境的应用

3.2.2 Keil C51μVision2仿真环境的应用

3.2.3 WinAVR单片机仿真环境的应用

3.3 Protel的应用

3.3.1 Protel 99 SE的安装

3.3.2 原理图设计

3.3.3 原理图仿真

3.3.4 PCB设计

3.4 DDRTS的应用

3.4.1 启动DDRTS系统

3.4.2 打开或创建工程文件

3.4.3 绘制电气主接线图

3.4.4 DDRTS系统仿真

3.5 PSCAD的应用

3.5.1 PSCAD界面介绍

3.5.2 PSCAD的使用

3.5.3 仿真出错信息

第4章 电气工程专业综合设计方法与步骤

4.1 电气工程专业综合设计的方法

4.2 电气工程专业综合设计的步骤

4.3 电气工程专业综合设计举例

4.3.1 设计题目

4.3.2 设计方案

4.3.3 设计框图

4.3.4 PLC的应用

4.3.5 变频器的应用

4.3.6 旋转编码器的应用

4.3.7 频压转换电路

4.3.8 Step-7中PID模块的应用

4.3.9 PLC程序设计

4.3.10 调试步骤与结果

4.3.11 设计问题讨论

第5章 控制电机类专业综合设计

5.1 基于PLC的步进电机的控制系统设计

5.2 基于PLC的伺服电机控制系统设计

5.3 基于PLC的直线电机控制系统设计

5.4 单片机控制的步进电机同步跟随系统设计

5.5 单片机控制的伺服电机同步跟随系统设计

5.6 开关磁阻电机控制器采样电路设计

5.7 开关磁阻电机过压欠压保护电路设计

5.8 基于单片机的步进电动机的控制系统设计

5.9 基于单片机的伺服电机控制系统设计

5.10 三相异步电动机Y-△换接起动控制设计

参考资料

第6章 调速系统类专业综合设计

6.1 基于PLC的电机正反转和多段速控制设计

6.2 基于PLC的通风系统风量有级控制设计

6.3 基于PLC的交流异步电机速度闭环控制设计

6.4 直流电机双闭环调速系统的控制系统设计..

6.5 基于单片机调速系统的控制系统设计

6.6 基于PROFIBUS-DP的单台电机控制系统设计

6.7 基于PROFIBUS-DP的两台电机控制系统设计

6.8 用结构编程实现两台变频器控制系统设计

参考资料

第7章 过程控制类专业综合设计

7.1 基于PLC的高楼供水液位控制系统设计

7.2 基于PLC的高楼供水流量控制系统设计

7.3 物流仓库控制系统设计

7.4 传送带控制系统设计

7.5 基于PLC的电梯控制系统设计

7.6 楼宇自动化小系统设计

7.7 基于PLC的电动大门控制系统设计

7.8 电梯呼梯系统设计

7.9 自动门. 窗系统设计

7.10 基于单片机的电动大门控制系统设计

7.11 中央空调终端设计

7.12 电梯控制系统设计

7.13 交通灯控制系统设计

参考资料

第8章 电力系统自动化类专业综合设计

8.1 电力系统远动装置通信设计

8.2 高频保护高频通道自动检测设计

8.3 10kV变电站微机三段式电流保护设计

8.4 10kV变电站微机变压器保护设计

8.5 基于DDRTS的典型电力系统保护方案设计

8.6 基于DDRTS的WXB-11c微机距离保护方案设计及闭环测试

8.7 基于DDRTS的WXB-11c微机零序保护方案设计及闭环测试

8.8 基于DDRTS的WXB-11c微机高频保护方案设计及闭环测试

8.9 基于DDRTS的LFP-901A微机保护方案设计及闭环测试

8.10 高压断路器控制电压在线监测系统设计

8.11 高压断路器分合闸线圈在线监测系统设计

8.12 高压断路器储能系统在线监测系统设计

8.13 高压断路器状态参数在线监测系统设计

8.14 发电机与电力系统同期装置的软件设计

8.15 发电机与电力系统同期装置的硬件设计

8.16 开关柜二次部分设计

8.17 无功补偿控制器设计

8.18 电动机微机保护设计

8.19 数字式继电保护设计

8.20 谐振过电压电路设计

参考资料

第9章 电力电子装置类专业综合设计

9.1 开关电源设计

9.2 充电器设计

9.3 无功补偿控制电路设计

9.4 逆变器控制电路设计

9.5 UPS控制电路设计

9.6 单相双半波晶闸管整流电路设计

参考资料

第10章 计算机网络控制类专业综合设计

10.1 基于网络的数字控制器设计

10.2 基于网络的数据采集器设计

10.3 变频调速的RS-485总线控制系统设计

10.4 变频调速的现场总线控制系统设计

10.5 基于网络的信号发生器设计

10.6 基于网络的楼宇模块设计

10.7 基于组态软件的搅拌罐远程控制系统设计

10.8 基于组态软件的机械手远程控制系统设计

10.9 基于PROFIBUS-DP的远程搅拌罐控制系统设计

参考资料

第11章 其他类专业综合设计

11.1 信号发生器设计

11.2 遥控小车设计

11.3 机械手控制器设计

11.4 轨道车的自动控制系统设计

11.5 汽车模型的自动避让系统设计

11.6 模拟电路的故障诊断软件设计

参考资料

参考文献

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《光电信息综合实验与设计教程》包括光电信息综合实验与综合设计两篇。第一篇为基础理论与技术方面的综合实验，包括:光电传感器原理与变换电路实验，线阵CCD传感器原理与应用实验，面阵CCD图像传感器与数字图像处理技术实验，应用光学与光学系统实验，光的衍射与干涉实验，光电检测技术实验，光纤通信与光纤传感实验，激光原理与应用实验。这部分内容既可用于实验教学，也可作为实训内容。第二篇为综合性、开发性方面的设计实例，包括光电信息转换方面的实验开发与设计，光电信息技术方向课程设计，毕业设计课题，综合性与创新性设计等方面的课题。

第一篇 基础理论与技术实验

第0章 光电信息实验的预备知识

O.1 光电信息方向的实验室

O.2 光电综合实验平台简介

O.3 光电信息实验基本规则

第1章 光电传感器原理与变换电路实验

1.1 光源与光度辐射度参数的测量实验

1.2 光敏电阻特性参数及其测量实验

1.3 光敏电阻的变换电路实验

1.4 光电二极管特性参数及其测量实验

1.5 光电池的偏置与基本特性实验

1.6 光电三极管特性参数及其测量实验

1.7 光电倍增管电流倍增特性与特性参数测试实验

1.8 光电耦合器特性参数测量实验

1.9 热敏器件与热释电探测器实验

1.1 0PSD实验

1.1 1LED角度特性参数测量实验

1.1 2LED光谱特性的测量与光栅光谱仪实验

第2章 线阵COD传感器原理与应用实验

2.I线阵CCD原理与驱动特性实验

2.2 线阵CCD输出特性测量实验

2.3 利用线阵CCD进行物体外形尺寸测量实验

2.4 线阵CCD的A/D数据采集实验

2.5 用软件提取边缘信号的二值化实验

2.6 用线阵CCD测量物体的倾斜角度实验

2.7 条码的测量与识别实验

2.8 用线阵CCD测量物体的振动实验

2.9 利用线阵CCD对运动物体进行图像扫描实验

第3章 面阵CCD图像传感器实验

3.1 面阵CCD原理及驱动实验

3.2 面阵CCD的数据采集与计算机接口实验

3.3 面阵CCD尺寸测量实验

3.4 面阵CCD颜色识别实验

3.5 图像的点运算实验

3.6 图像的几何变换处理实验

3.7 图像增强实验

3.8 图像边缘检测与轮廓信息处理实验

3.9 典型图像分析方法实验

3.10 微光像增强器原理与应用实验

第4章 应用光学与光学系统实验

4.1 光学实验必备知识

4.2 组装远心照明光源与测量薄凸透镜的焦距实验

4.3 位移法测量薄凸透镜焦距实验

4.4 组装显微镜系统实验

4.5 组装透射式幻灯机实验

4.6 透镜组节点、焦距测量实验

4.7 保罗棱镜及其转向功能实验

4.8 光的偏振现象与偏振光应用实验

4.9 透镜的傅里叶性质及常用函数与图形的光学频谱分析实验

4.10 4f光学系统FT及IFT系统实验

第5章 光的衍射与干涉实验

5.1 夫琅禾费衍射实验

5.2 夫琅禾费单缝衍射实验

5.3 夫琅禾费圆孔衍射实验

5.4 双缝干涉实验

5.5 利用夫琅禾费衍射测量细丝直径实验

5.6 利用衍射测量物体位置与振动实验

5.7 菲涅耳直边衍射实验

5.8 菲涅耳圆孔衍射实验

5.9 全场衍射测量微小变形量实验

5.10 干涉现象与迈克耳孙干涉仪的构建实验

5.11 利用迈克耳孙干涉系统测量微位移实验

第6章 光电检测技术实验

6.1 纳米量级微弱振动的监测实验

6.2 材料拉伸变形量的测量实验

6.3 物体颜色的测量与识别实验

6.4 物体二维空间位置测量实验

6.5 光栅与莫尔条纹原理实验

6.6 光电信息调制与解调实验

第7章 光纤通信与光纤传感实验

7.1 光纤、光缆的分类与识别实验

7.2 光纤传输信号原理与损耗测试实验

7.3 多模光纤数值孔径测试实验

7.4 光纤的接续(含熔接)与扩展实验

7.5 光纤连接器结构、型号识别与应用实验

7.6 波分复用(wDM)原理与合、分波实验

7.7 WDM器件的串扰与损耗测试实验

7.8 光纤传感原理实验

7.9 光纤温度传感器原理与应用实验

7.10 光纤压力传感器原理与应用实验

7.11 光纤光开关特性与应用实验

7.12 光纤通信原理与应用实验

7.13 光发射机消光比的测量实验

7.14 音频模拟信号传输实验

第8章 激光原理与应用实验

8.1 半导体激光二极管(LD)原理的认识性实验

8.2 激光器(含LD)的输出特性测量实验

8.3 LD伏安特性测量实验

8.4 LD光源发光窄间特性与发光半角宽度的测量实验

8.5 LD发光光谱特性的测量实验

8.6 激光电光调O实验

8.7 激光器晶体角度匹配倍频实验

8.8 YAG脉冲激光器的装调和最佳耦合角选取实验

8.9 多谱线激光器测试实验

第二篇 综合性、开发性设计

第9章 光电信息转换技术实验开发与设计

9.1 激光扫描法测量物体外径实验

9.2 像偏移法测量位移实验

9.3 激光多普勒测速仪实验

9.4 干涉法测量表面.甲整度实验

9.5 电光调制实验

9.6 声光调制器实验

第10章 光电信息课程设计

10.1 光功率测量方法与光功率计的设计

10.2 照度测量方法与照度计的设计

10.3 发光强度测量仪的设计

10.4 亮度测量方法与亮度计的设计

第11章 光电信息技术方向毕业设计课题

11.1 光电遥控多功能开关的设计

11.2 沿路标自动行驶车辆的方向与速度的控制设计

11.3 太阳转动保持最高接收效率的跟随系统

11.4 高速飞行体飞行姿态采集与分析的研究

11.5 旋转物体内孔表面质量的检测与分析

11.6 浮泫玻璃板在线检测玻璃表面的"贴锡"缺陷

11.7 透明薄膜厚度的测量

11.8 利用干涉技术测量光学膜层的厚度

第12章 综合性与创新性设计课题

12.1 瓷砖外形尺寸的测量

12.2 利用面阵CCD拼接技术测量大尺寸轴径

12.3 物体表面质量测量技术研究(面阵CCD)

12.4 物体边界检测仪的设计

12.4.1 技术要求

12.4.2 物体边界位置检测方法

12.4.3 物体边界位置检测系统的设计原则

12.5 大米自动分选机色选系统设计

12.5.1 色选系统与大米自动分选机的技术要求

12.5.2 色选系统的线阵CCD图像传感器

12.5.3 大米自动分选机色选系统的设计原则

12.6 成像系统像质评价和光学传递函数的测量

12.6.1 光学成像系统像质评价

12.6.2 光学全息技术主要功能及其应用

12.6.3 光学传递函数的测量方法

12.7 光栅尺的设计

12.7.1 基本概念和技术要求

12.7.2 光栅莫尔条纹与线阵CCD

12.7.3 光栅尺的设计原则

附录A 光电综合实验平台软件资料

附录B TCD2252D手册

附录C TCD1251UD线阵CCD

附录D 线阵CCD应用开发实验仪(LCCDAD-Ⅱ)编程手册

附录E 图像采集软件编程指导