电工电子实验教学资源共享平台

实验题目：电磁无线携能传输蓝牙炫彩功放音响制作

课程简要信息

课程名称：电子系统认知与电装实习

课程学时：16

项目学时：6（课内）+1周（开放）

适用专业：电子信息工程专业卓越工程师班

学生年级：本科二年级，第三学期

实验内容与任务（限500字，可与“实验过程及要求”合并）

项目需要完成的任务（如需要观察的现象，分析某种现象的成因、需要解决的问题等）；是否设计有不同层次的任务。

《电子系统认知与电装实习》是针对电子信息工程专业开设的基础实验实践课程。上课学生刚刚经过大类分流确定专业，已经完成高等数学、大学物理等公共基础课程学习，尚未开始电路基础、模电、数电等专业基础课程的学习，缺少专业基础知识背景以及相应的工程实践动手能力，对本专业的研究方向懵懵懂懂。针对以上学情分析，本课程区别于传统的电装实习单纯练习电阻电容等元器件焊接方法，以项目形式帮助学生建立电子系统概念，做好由基础课程向专业课程转变的衔接，并提升学生的动手能力。

本案例的实验内容以电磁无线携能传输蓝牙炫彩功放音响作为一个完整的工程实践系统，要求学生完成电磁无线携能传输蓝牙炫彩功放音响的制作。考虑到不同学生的基础与能力有参差，并鼓励学生独立思考与创新，实验内容与任务进行了层次化安排，其中基础部分是必做部分，要求所有学生必须完成，发挥部分和创新部分为选做部分，难度层层递进，供学有余力的学生选做完成。具体实验内容与任务安排如下：

基础部分（必做）：

以电磁无线携能传输蓝牙炫彩功放音响为例，根据系统功能需求，分解系统组成，理解系统方案中各模块功能以及相互之间的联系，建立系统概念；
查阅资料，了解系统涉及到的主要技术及原理；
根据系统原理图，认识各模块与元器件引脚及工作原理；
掌握常用元器件组装焊接方法，完成整机焊接与制作。
掌握示波器等常用仪器的使用方法，完成系统调试测试。

发挥部分（选做）：

实现炫彩显示不同形式；
进一步深入理解系统原理，如无线输能原理、音响功放电路原理等；
在了解技术原理的基础上，对元器件参数进行理论计算；
独立完成原理图设计与PCB版图设计；

创新部分（选做）：

独立设计系统电路；
改进电路，优化系统性能；
扩展创新其他系统功能；
其他自主创新。

实验过程及要求（限300字）

如对学生在实验过程中在需求分析、资料查询、自学预习、思考讨论、方法设计、进程规划、软件仿真、平台构建、器件选择、表格设计、现象观察、数据测试、问题分析、总结报告、验收答辩、演讲交流等各方面的要求。

分析系统功能需求，了解系统方案中各模块功能以及相互联系；
查阅资料，了解系统各模块的工作原理；
熟悉系统原理图，认识并清点所用到的元器件及模块；
学习焊接方法，合理安排各元器件焊接顺序，完成焊接；
学习常用仪器的使用，完成系统调试与测试；
分组实物验收，记录完成情况，并计入成绩。
撰写设计总结报告，并通过分组演讲，学习交流。

实验环境条件

项目实施用到的仪器包括：电烙铁、焊锡丝、万用表、示波器、信号源、直流稳压电源等；设计软件包括：Multisim、嘉立创EDA、蓝牙调试助手等；主要元器件包括：蓝牙功放模块、LED彩灯、常用阻容、无线输能线圈等。

教学目标与目的（限150字）

如学习、运用知识、技术、方法等；培养、提升技能、能力、素质等。

在完整的工程项目制作实现过程中引导学生了解无线输能原理、音响功放原理、蓝牙通信技术，实现方法的多样性及根据工程需求比较选择技术方案；引导学生根据需要设计电路、选择元器件，并实际动手完成系统焊接制作与组装调试，提升学生的系统概念与电子焊接技术，帮助学生在没有开始专业基础课程学习的背景下，熟悉本专业内容与前沿技术，激发学生的专业学习兴趣，培养学生专业动手实践能力。

教学设计与实施进程

课堂知识讲解、方法引导、背景解释；实验中的方法指导，问题设置、思路引导等。教学模式、实验渠道、研讨主题、观察节点、验收重点、质询问题等方面设计等。实验实施进程的各个环节（如任务安排、预习自学、现场教学、分组研讨、现场操作、结果验收、总结演讲、报告批改等）中教学设计的思路、目的，教师、学生各自需要完成的工作任务，需要关注的重点与细节。

经过学情分析，发现学生刚刚经过大类分流确定专业，已经完成高等数学、大学物理等公共基础课程学习，尚未开始电路基础、模电、数电等专业基础课程的学习，缺少专业基础知识背景以及相应的工程实践动手能力，对本专业的研究方向懵懵懂懂。本实验的过程是一个完整的工程制作实践工程，需要经历学习研究、方案论证、系统制作、实现调试、测试、总结等过程。因此在实验教学中，应在以下几个方面加强对学生的引导：

根据系统功能，逐步引导学生理解系统组成方案、各模块功能以及相互联系，引导学生建立系统概念。
引导学生独立查阅资料，了解系统中涉及到的电子系统基本原理：如无线输能的基本原理、音响功率放大的基本原理、蓝牙通信的基本原理等。
引导学生根据系统原理图清点并认识常用的电子元器件、模块等，了解其引脚与工作原理。
引导学生学习焊接的工具与方法，学生独立完成整个系统的焊接工作。
在电路焊接完成后，必须要进行调试，引导学生学习示波器等常用仪器的使用，尝试系统调试，并解决调试中出现的问题。
在整个实验过程中，引导学生拍摄照片或视频，记录完成系统的过程，并演示最终的系统效果。实验完成后，组织验收，并撰写报告。

在实验过程中，要注意学生操作的规范性；开始制作前，要引导学生认识并清点元器件；制作中，引导学生注意焊接元器件的顺序、有没有短路或者虚焊；在通电前，引导学生注意检查检查电源连接，确保电池或电源适配器的电压和电流符合要求；并仔细检查所有焊接点，确保焊接牢固，没有未焊接的接点；在调试中，引导学生使用示波器、万用表等仪器进行测量，按照各个模块分别调试，最终再整机调试；要注意工作电源、参考电源品质对系统指标的影响，电路工作的稳定性与可靠性；在测试分析中，要引导学生分析出现的问题和故障原因，并尝试解决。

实验原理及方案

实验的基本原理、设计依据、完成任务的思路方法，可能采用的方法、技术、电路、器件。

该实验为制作一个完整的电磁无线携能传输炫彩音频功率放大音响，通过华为手机无线放电功能，采用磁共振原理，在该音响中设计接收无线线圈接收来自手机的无线电磁能量整流转化为供蓝牙功放机炫彩灯的电压电流能量。然后通过手机2.4GHz蓝牙通过无线信道将音频信号传输至该音响中的蓝牙接收模块，解调生成音乐音频信号并经过低频功率放大器放大驱动双喇叭单元，同时音频信号驱动频谱炫彩LED电路产生随音乐律动的多条频谱光柱，声光电融合，使学生了解无线输能，蓝牙传输，低频功放等相关内容和知识。

系统结构

图1 系统结构框图

系统原理图

图2 部分系统原理图

技术原理：

电磁无线携能传输技术：电磁无线携能传输技术是一种利用电磁波传输能量的技术，其原理基于电磁感应和能量传输的原理，通过发送方产生的电磁场能够感应接收方中的线圈或天线，从而将能量传输给接收方，实现远距离的无线能量传输。

蓝牙通信技术：蓝牙通信是一种短距离、低功耗的无线通信技术，其原理基于射频通信和频分多址技术。蓝牙设备使用特定频段的无线电波进行通信，通常在2.4 GHz的频段内工作。

图3 学生制作过程及成品图

图4 学生作品

图5 实验现场

实验报告要求

实验报告需要反映以下工作：

系统原理介绍：查阅资料，介绍系统涉及到的技术原理；
系统原理图：列出系统电路原理图；
元器件清单：列出制作系统所需的元器件清单；
系统制作步骤：列出系统制作步骤，及系统制作过程中各阶段照片；
系统调试过程：电路故障排查、分析及测试，列出步骤，调试中出现的问题以及解决方法；
实验总结；
心得体会及收获；
对课程的建议。

图6 学生提交报告

考核要求与方法（限300字）

考核的节点、时间、标准及考核方法。

**实物验收：**功能与性能指标的完成程度，完成时间。（40分）
**实验质量：**电路方案的合理性，焊接质量、组装工艺。（20分）
**自主创新：**自主思考与独立实践能力。（10分）
**实验成本：**是否充分利用实验室已有条件，材料与元器件选择合理性，成本核算与损耗。（10分）
**实验数据：**测试数据和测量误差。（10分）
**实验报告：**实验报告的规范性与完整性。（10分）

项目特色或创新（可空缺，限150字）

项目的创新与特色在于：

**模式创新：**案例开设于大二第一学期，此时学生刚刚经过大类分流进入本专业，只完成了高等数学、大学物理等公共基础课程的学习，电路系统、模电、数电等专业基础课程还未开始学。本案例将传统电装实习实践转变为用完整工程案例实验训练的模式，并且项目背景与专业学术前沿紧密结合，易于激发学生的兴趣，助力学生建立系统概念，做好专业课程衔接，提升工程素养。
**兼顾趣味性与前沿性：**项目采用炫彩灯柱、音响播放等声光形式，贴近学生生活，且趣味性强；系统综合了未来将要学习的电磁场与电磁波、电路基础、模拟电子电路、数字电路、单片机等多学科的知识，方案多样、扩展延续性强，易于在高年级扩展为综合设计实验，进一步引导学生掌握现代电子系统设计实验新方法，提高学生理论结合实际以及解决问题的能力。项目中设有发挥部分，易于学生自主发挥创新，为学有余力的学生提供锻炼机会，充分发挥学生自主创新潜能。
成本低易推广：案例成本低，每套仅不足百元，对环境仪器要求低，便于在各高校推广应用。

电磁无线携能传输蓝牙炫彩功放音响制作