📘 ACT 系统搭建实战

🧩 30 章 · 从传感器到执行器
01
1 ACT系统概述
什么是ACT系统,传感器与执行器的角色,系统架构总览。
02
2 传感器基础
传感器分类(模拟/数字),关键参数(精度、分辨率、采样率),选型原则。
03
3 执行器基础
执行器分类(电机、阀门、加热器),驱动方式(PWM、继电器、H桥),选型原则。
04
4 信号调理
放大、滤波、隔离,运放基础电路,抗混叠滤波器设计。
05
5 数据采集(DAQ)
采样定理(奈奎斯特),ADC原理(SAR、Sigma-Delta),多通道采集。
06
6 微控制器(MCU)选型
STM32、ESP32、Arduino对比,GPIO、ADC、PWM外设资源评估。
07
7 通信协议I
I2C总线原理,寻址方式,速率,上拉电阻计算,实战读写传感器。
08
8 通信协议II
SPI总线原理,全双工模式,片选机制,MISO/MOSI接线,实战读写传感器。
09
9 通信协议III
UART/RS-232/RS-485,波特率,奇偶校验,Modbus协议入门。
10
10 通信协议IV
CAN总线原理,差分信号,仲裁机制,CANopen简介。
11
11 无线通信
Wi-Fi(ESP8266/ESP32),蓝牙BLE,LoRa,ZigBee选型对比。
12
12 电源管理
LDO与DC-DC,纹波噪声,电源树设计,低功耗模式。
13
13 实时操作系统(RTOS)基础
FreeRTOS任务创建,调度策略,信号量,队列。
14
14 状态机编程
有限状态机(FSM)设计,事件驱动,状态表实现。
15
15 PID控制算法
比例、积分、微分作用,参数整定(Ziegler-Nichols),位置式与增量式。
16
16 电机控制
直流有刷电机驱动,H桥电路,PWM调速,编码器测速。
17
17 步进电机控制
两相步进电机,细分驱动,加减速曲线(梯形/S形)。
18
18 伺服电机控制
位置环/速度环/电流环,脉冲方向控制,CANopen over EtherCAT。
19
19 传感器融合
卡尔曼滤波入门,加速度计+陀螺仪融合,互补滤波。
20
20 故障检测与诊断
看门狗定时器,心跳检测,故障码定义,冗余设计。
21
21 安全完整性等级(SIL)
IEC 61508,SIL1-4,安全回路设计,失效安全。
22
22 电磁兼容性(EMC)
传导发射,辐射发射,屏蔽、滤波、接地,PCB布局要点。
23
23 系统集成
硬件集成(背板、接插件、线束),软件集成(驱动层、中间件、应用层)。
24
24 测试与验证
单元测试,集成测试,硬件在环(HIL),可靠性测试(MTBF)。
25
25 固件升级
Bootloader设计,OTA升级,校验与回滚机制。
26
26 人机界面(HMI)
触摸屏,按键,LED指示灯,串口屏通信。
27
27 数据记录与可视化
SD卡存储,CSV格式,Python数据分析,Grafana仪表盘。
28
28 边缘计算
在MCU上运行轻量级AI(TinyML),TensorFlow Lite Micro,异常检测。
29
29 工业物联网(IIoT)
MQTT协议,云平台(AWS IoT、阿里云IoT),设备影子。
30
30 完整项目实战
从需求分析到原型验证,设计一个温度控制系统(传感器→MCU→PID→加热器)。
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