CN104933928A - 能够自动检测电路接线正确性的实训装置 - Google Patents

能够自动检测电路接线正确性的实训装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种能够自动检测电路接线正确性的实训装置，设有多个实训用电学部件并对应每一个实训用电学部件的每一根引脚设有一个接线插座，实训操作者能够用导线连接相应的接线插座将各个实训用电学部件中相应的实训用电学部件连接成目标实训电路；其特征在于：多个实训用电学部件中包含有用于为目标实训电路供电的受控电源；实训装置还设有继电器装置和控制装置；继电器装置对应每一个实训用电学部件的每一根引脚设有一组转换触点，每一个实训用电学部件的每一根引脚均通过对应的转换触点与对应的接线插座电连接控制装置能够工作在接线模式、检测模式和实验模式。本发明用于电路接线实训，能够避免实训操作者错误接线造成实训用电学部件损坏。

Description

能够自动检测电路接线正确性的实训装置
技术领域
本发明涉及一种能够自动检测电路接线正确性的实训装置。
背景技术
电工基础、电工考证、PLC等课程甚至早在中学物理课要学会按照电路原理图将实训用电学部件正确接线，进而达到熟练的程度。教学中，学生常出现各种接线错误，例如短路，断路等。若有接线错误仍加电，就很容易损坏实训用电学部件，影响正常教学，造成经济损失，甚至不必要的人身伤害。所以通常要求由教师检查无误后，才允许学生通电运行电路。但这样一来，学生要等教师有空来检查自己的电路，教学效率就不高，更重要的是会挫伤学生的学习积极性。有的学生等了较长时间才终于等来教师检查、指出错误，然后改了之后再等，教师再检查、再指出错误，但学生已经无耐心和信心来练习了。
现有技术中解决上述问题所采用的主要方法是使用纯计算机的仿真软件，已经有一些软件，如“电工仿真”，在一定程度上能帮助学生提高接线技能。但不少学生练习纯计算机的仿真软件后，仍未能提高真实接线能力，原因是：
1、操作规则还是与真实接线不同，屏幕上可能是点错了就无反应，点对了就一下将此“线号”的所有线全连接好了。
2、通过点击鼠标在屏幕上“接线”，与在实际元器件上进行真实接线相比相比，学生的学习体验大不相同。
3、接线、运行期间，学生不能用真实仪器、仪表检测元件电性能好坏、初步自行测量判断连接是否正确、观察体会真实运行及测量运行后的某些结果(如电机转数)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够自动检测电路接线正确性的实训装置。
解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种能够自动检测电路接线正确性的实训装置，设有多个实训用电学部件并对应每一个实训用电学部件的每一根引脚设有一个接线插座，实训操作者能够用导线连接相应的接线插座将所述各个实训用电学部件中相应的实训用电学部件连接成目标实训电路；
其特征在于：
所述的多个实训用电学部件中包含有用于为所述目标实训电路供电的受控电源；
所述的实训装置还设有继电器装置和控制装置；
所述继电器装置对应每一个所述实训用电学部件的每一根引脚设有一组转换触点，每一个所述实训用电学部件的每一根引脚均通过对应的转换触点与对应的接线插座电连接，其中，转换触点的常闭静触点与实训用电学部件的引脚电连接、动触点与接线插座电连接；
所述控制装置设有供电控制I/O口、对应所述继电器装置的线圈设有驱动I/O口并对应每一组所述转换触点设有一个检测I/O口，供电控制I/O口与所述受控电源的控制端电连接，驱动I/O口通过放大电路与所述继电器装置的线圈电连接，每一个检测I/O口均与对应转换触点的常开静触点电连接；
所述控制装置预设有判别规则数据库，该判别规则数据库中记录有所述目标实训电路的标准接线状态数据组；
所述控制装置能够工作在接线模式、检测模式和实验模式；
在接线模式下，所述控制装置通过供电控制I/O口控制所述受控电源无输出，所述控制装置的驱动I/O口无供电输出，使得所述继电器装置处于释放状态，即：所述转换触点的动触点与常闭静触点保持接通；
在检测模式下，所述控制装置通过供电控制I/O口控制所述受控电源无输出，所述控制装置的驱动I/O口通过放大电路向所述继电器装置的线圈供电，使得所述继电器装置进入吸合状态，即：所述转换触点的动触点与常开静触点接通，并且，所述控制装置通过扫描各个检测I/O口来检测出所述各个接线插座相互之间的接线状态数据组，并对比该检测出的接线状态数据组与所述目标实训电路的标准接线状态数据组是否一致，在对比结果为是的情况下判断实训操作者对目标实训电路的接线正确并进入实验模式，在对比结果为否的情况下判断实训操作者对目标实训电路的接线错误并保持在检测模式；
在实验模式下，所述控制装置通过供电控制I/O口控制所述受控电源输出供电电源，所述控制装置的驱动I/O口无供电输出，使得所述继电器装置处于释放状态。
作为本发明的一种实施方式，在检测模式下，所述控制装置扫描各个检测I/O口来检测出各个接线插座相互之间的接线状态数据组的方式为：所述控制装置控制所述各个检测I/O口逐个输出高电平信号，并将除输出高电平信号的检测I/O口外的其余检测I/O口设置为输入口，通过扫描作为输入口的检测I/O口的电平状态来检测出所述各个接线插座相互之间的接线状态，从而获得所述各个接线插座相互之间的接线状态数据组。
作为本发明的一种实施方式，所述的实训装置还设有输入设备；输入设备与所述控制装置电连接，实训操作者能够通过输入设备向所述控制装置输入控制指令，该控制指令包括进入接线模式控制指令和进入检测模式控制指令。
作为本发明的一种实施方式，所述的判别规则数据库中记录有多个实训电路的标准接线状态数据组，所述输入设备能够向所述控制装置输入的控制指令还包括目标实训电路选择指令，所述控制装置在接收到目标实训电路选择指令后从所述多个实训电路的标准接线状态数据组中调取相应者作为目标实训电路的标准接线状态数据组；所述控制装置设有进入所述检测模式的条件，该条件为：所述控制装置从所述多个实训电路的标准接线状态数据组中成功调取出目标实训电路的标准接线状态数据组后，接收到实训操作者通过所述输入设备发出的进入检测模式控制指令。
作为本发明的一种实施方式，所述的实训装置还设有显示设备；显示设备与所述控制装置电连接，实训操作者通过所述输入设备选定目标实训电路后，显示设备上显示出目标实训电路的电路原理图。
作为本发明的一种实施方式，在检测模式下，所述控制装置判断实训操作者对目标实训电路的接线错误时，控制所述触摸屏显示接线错误警告。
作为本发明的一种实施方式，所述的输入设备和显示设备集成为一体并由触摸屏实现。
为了方便实训老师对实训装置进行控制，作为本发明的一种实施方式，所述的实训装置还设有总控机；总控机与所述控制装置电连接，总控机能够控制所述控制装置工作，并且，总控机对所述控制装置控制的优先级在所述输入设备之上。
作为本发明的一种实施方式，所述总控机能够更改所述判别规则数据库中记录的标准接线状态数据组。
作为本发明的一种实施方式，所述继电器装置包含有一个或以上转换型继电器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，本发明的实训装置设有多个实训用电学部件、继电器装置、控制装置、对应每一个实训用电学部件的每一根引脚设有一个接线插座，并且，控制装置能够工作在接线模式、检测模式和实验模式，使得：在接线模式下，实训操作者能够用导线连接相应的接线插座将各个实训用电学部件中相应的实训用电学部件连接成目标实训电路，由于在此模式下实训用电学部件中用于为目标实训电路供电的受控电源无输出，实训操作者用实训用电学部件所连成的电路断电，不会因实训操作者的错误接线而造成实训用电学部件损坏；在检测模式下，控制装置能够通过扫描各个检测I/O口来对比检测出实训操作者对目标实训电路的接线与目标实训电路的标准接线是否一致，由于在此模式下，各个实训用电学部件与各个接线插座断开，因此控制装置对各个接线插座接线正确性的检测不会受各个实训用电学部件的影响，也不会造成实训用电学部件损坏；而当实训操作者对目标实训电路的接线正确时，控制装置能够进入实验模式，使得实训操作者所接成的实训电路上电工作。
基于上述本发明的实训装置的工作方式，本发明的实训装置既能够让学生有真实接线那样的学习体验，又不用教师来检查纠错，还不会损坏实训用电学部件，能够提升课堂时间利用率和学习效率，由控制装置来自动进行检查、纠错，并指导学生；而检测只需数秒，纠错、提示、指示能够立即给出，人机交互直观便利；同时，在未经过本装置的检查并得出正确结论之前电路无法通电，避免烧坏实训用电学部件，极大地降低了教学成本。另外，生产商和用户都能以低成本地实现现有实训设备向本发明的实训装置的升级换代，以采用单片机加触摸屏的检测装置为例，每个实训台增加的硬件成本不足人民币500圆。本发明的实训装置所适用的实训电路非常广泛，从最基础的中学物理电路，如VA法测电阻值，到部件较多的机床电器的电路(如星三角启动电路)，甚至更复杂的电路，也能实现。
第二，本发明的实训装置通过设置输入设备实现实训操作者对实训装置的控制，如：进入接线模式控制、进入检测模式控制和选择目标实训电路控制。
第三，本发明的实训装置的输入设备和显示设备能够集成为一体并由触摸屏实现，人机交互更友好。
第四，本发明的实训装置能够通过总控机进行设置，方便实训老师对实训装置进行控制。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明的实训装置的工作模式转换流程框图；
图2为本发明的实训装置在接线模式下的电路原理图示例；
图3为本发明的实训装置在检测模式下的电路原理图示例。
具体实施方式
本发明的实训装置，设有多个实训用电学部件、继电器装置、控制装置、输入设备、显示设备和总控机，并对应每一个实训用电学部件的每一根引脚设有一个接线插座；其中，多个实训用电学部件中包含有用于为目标实训电路供电的受控电源并且可以包含但不仅限于电阻、电容、电感等电学实训室常见电学部件；继电器装置对应每一个实训用电学部件的每一根引脚设有一组转换触点，其可由一个或多个转换型继电器实现；控制装置可采用单片机系统如STM32系列单片机系统或接口电路板；输入设备和显示设备可以集成为一体并由触摸屏实现。
上述每一个实训用电学部件的每一根引脚均通过对应的转换触点与对应的接线插座电连接，其中，转换触点的常闭静触点与实训用电学部件的引脚电连接、动触点与接线插座电连接；上述控制装置设有供电控制I/O口、对应继电器装置的线圈设有驱动I/O口并对应每一组转换触点设有一个检测I/O口，供电控制I/O口与受控电源的控制端电连接，驱动I/O口通过放大电路与继电器装置的线圈电连接，每一个检测I/O口均与对应转换触点的常开静触点电连接；上述输入设备与控制装置电连接；上述显示设备与控制装置电连接；上述总控机与控制装置电连接。
上述控制装置预设有判别规则数据库，该判别规则数据库中记录有多个实训电路的标准接线状态数据组，各标准接线状态数据组是由本发明的实训装置中的实训用电学部件正确连接成实训电路得到的数据，上述总控机能够更改该判别规则数据库中记录的标准接线状态数据组。
如图1所示，上述控制装置能够工作在接线模式、检测模式和实验模式。
实训操作者能够通过输入设备向控制装置输入进入接线模式控制指令，从而使得控制装置进入接线模式；并且，实训操作者能够通过输入设备向控制装置输入目标实训电路选择指令，控制装置在接收到目标实训电路选择指令后从多个实训电路的标准接线状态数据组中调取相应者作为目标实训电路的标准接线状态数据组、并控制显示设备上显示出目标实训电路的电路原理图。
在接线模式下，控制装置通过供电控制I/O口控制受控电源无输出，控制装置的驱动I/O口无供电输出，使得继电器装置处于释放状态，即：转换触点的动触点与常闭静触点保持接通。从而在此模式下，实训操作者能够依据目标实训电路的电路原理图用导线连接相应的接线插座将各个实训用电学部件中相应的实训用电学部件连接成目标实训电路，而由于受控电源无输出，实训操作者通过实训用电学部件所连成的电路断电，不会因实训操作者的错误接线而造成实训用电学部件损坏。
上述控制装置设有进入检测模式的条件，该条件为：控制装置从多个实训电路的标准接线状态数据组中成功调取出目标实训电路的标准接线状态数据组后，接收到实训操作者通过输入设备发出的进入检测模式控制指令。
在检测模式下，控制装置通过供电控制I/O口控制受控电源无输出，控制装置的驱动I/O口通过放大电路向继电器装置的线圈供电，使得继电器装置进入吸合状态，即：转换触点的动触点与常开静触点接通，并且，控制装置通过扫描各个检测I/O口来检测出各个接线插座相互之间的接线状态数据组，并对比该检测出的接线状态数据组与目标实训电路的标准接线状态数据组是否一致，在对比结果为是的情况下判断实训操作者对目标实训电路的接线正确并进入实验模式，在对比结果为否的情况下判断实训操作者对目标实训电路的接线错误，保持在检测模式并控制触摸屏显示接线错误警告。其中，对于上述判别规则数据库所记录的任意一个实训电路的标准接线状态数据组来说，其包含有该实训电路在本实训装置所限定条件下的所有可能的正确接线方式，实训操作者只需按其中一个正确接线方式进行接线，控制装置均判定为实训操作者接线正确。由于在此模式下，各个实训用电学部件与各个接线插座断开，因此控制装置对各个接线插座接线正确性的检测不会造成实训用电学部件损坏。
其中，以本发明实训装置的控制装置采用STM32系列单片机系统来举例说明，在上述检测模式下，控制装置扫描各个检测I/O口来检测出各个接线插座相互之间的接线状态数据组的方式为：控制装置控制各个检测I/O口逐个输出高电平信号，并将除正在输出高电平信号的检测I/O口外的其余检测I/O口设置为输入口，通过扫描作为输入口的检测I/O口的电平状态来检测出各个接线插座相互之间的接线状态，也即：如果作为输入口的检测I/O口的电平状态为高电平，则表示其与输出高电平信号中的检测I/O口相接，对应该两者的接线插座已被实训操作者用导线连接，反之，则对应的两个接线插座未被实训操作者用导线连接，从而获得各个接线插座相互之间的接线状态数据组。
在实验模式下，控制装置通过供电控制I/O口控制受控电源输出供电电源，控制装置的驱动I/O口无供电输出，使得继电器装置处于释放状态，目标实训电路能够得电启动工作。从而在实验模式下，实训操作者所接成的实训电路上电工作，实训操作者可以在上电工作的实训电路上进行实训用电学部件好坏的测试、对外表现出的阻值测试等实验。
上述总控机也能够控制控制装置工作，并且，总控机对控制装置控制的优先级在输入设备之上，从而能够方便实训老师对实训装置进行控制。
图2和图3示出的是本发明的实训装置的一个应用实例，该实例中，本发明的实训装置能够用于进行“电压测量实训电路”的实验，其实训用电学部件应至少包括受控电源、开关、电压表和灯泡，继电器装置应至少设有8组转换触点，其可由2个转换型继电器实现，每个转换型继电器具有4组转换触点即转换触点KM1～KM8，接线插座应至少设置八个，包括接线插座J1～J8，控制装置所预设的判别规则数据库中应至少记录有“电压测量实训电路”的标准接线状态数据组。通过增设更多的实训用电学部件并相应增设转换触点、接线插座和标准接线状态数据组，该实例的实训装置还能够用于进行更多实训电路的实验。
本发明不局限与上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种能够自动检测电路接线正确性的实训装置，设有多个实训用电学部件并对应每一个实训用电学部件的每一根引脚设有一个接线插座，实训操作者能够用导线连接相应的接线插座将所述各个实训用电学部件中相应的实训用电学部件连接成目标实训电路；
其特征在于：
所述的多个实训用电学部件中包含有用于为所述目标实训电路供电的受控电源；
所述的实训装置还设有继电器装置和控制装置；
所述继电器装置对应每一个所述实训用电学部件的每一根引脚设有一组转换触点，每一个所述实训用电学部件的每一根引脚均通过对应的转换触点与对应的接线插座电连接，其中，转换触点的常闭静触点与实训用电学部件的引脚电连接、动触点与接线插座电连接；
所述控制装置设有供电控制I/O口、对应所述继电器装置的线圈设有驱动I/O口并对应每一组所述转换触点设有一个检测I/O口，供电控制I/O口与所述受控电源的控制端电连接，驱动I/O口通过放大电路与所述继电器装置的线圈电连接，每一个检测I/O口均与对应转换触点的常开静触点电连接；
所述控制装置预设有判别规则数据库，该判别规则数据库中记录有所述目标实训电路的标准接线状态数据组；
所述控制装置能够工作在接线模式、检测模式和实验模式；
在接线模式下，所述控制装置通过供电控制I/O口控制所述受控电源无输出，所述控制装置的驱动I/O口无供电输出，使得所述继电器装置处于释放状态，即：所述转换触点的动触点与常闭静触点保持接通；
在检测模式下，所述控制装置通过供电控制I/O口控制所述受控电源无输出，所述控制装置的驱动I/O口通过放大电路向所述继电器装置的线圈供电，使得所述继电器装置进入吸合状态，即：所述转换触点的动触点与常开静触点接通，并且，所述控制装置通过扫描各个检测I/O口来检测出所述各个接线插座相互之间的接线状态数据组，并对比该检测出的接线状态数据组与所述目标实训电路的标准接线状态数据组是否一致，在对比结果为是的情况下判断实训操作者对目标实训电路的接线正确并进入实验模式，在对比结果为否的情况下判断实训操作者对目标实训电路的接线错误并保持在检测模式；
在实验模式下，所述控制装置通过供电控制I/O口控制所述受控电源输出供电电源，所述控制装置的驱动I/O口无供电输出，使得所述继电器装置处于释放状态。
2.根据权利要求1所述的实训装置，其特征在于：在检测模式下，所述控制装置扫描各个检测I/O口来检测出各个接线插座相互之间的接线状态数据组的方式为：所述控制装置控制所述各个检测I/O口逐个输出高电平信号，并将除输出高电平信号的检测I/O口外的其余检测I/O口设置为输入口，通过扫描作为输入口的检测I/O口的电平状态来检测出所述各个接线插座相互之间的接线状态，从而获得所述各个接线插座相互之间的接线状态数据组。
3.根据权利要求1或2所述的实训装置，其特征在于：所述的实训装置还设有输入设备；输入设备与所述控制装置电连接，实训操作者能够通过输入设备向所述控制装置输入控制指令，该控制指令包括进入接线模式控制指令和进入检测模式控制指令。
4.根据权利要求3所述的实训装置，其特征在于：所述的判别规则数据库中记录有多个实训电路的标准接线状态数据组，所述输入设备能够向所述控制装置输入的控制指令还包括目标实训电路选择指令，所述控制装置在接收到目标实训电路选择指令后从所述多个实训电路的标准接线状态数据组中调取相应者作为目标实训电路的标准接线状态数据组；所述控制装置设有进入所述检测模式的条件，该条件为：所述控制装置从所述多个实训电路的标准接线状态数据组中成功调取出目标实训电路的标准接线状态数据组后，接收到实训操作者通过所述输入设备发出的进入检测模式控制指令。
5.根据权利要求4所述的实训装置，其特征在于：所述的实训装置还设有显示设备；显示设备与所述控制装置电连接，实训操作者通过所述输入设备选定目标实训电路后，显示设备上显示出目标实训电路的电路原理图。
6.根据权利要求5所述的实训装置，其特征在于：在检测模式下，所述控制装置判断实训操作者对目标实训电路的接线错误时，控制所述触摸屏显示接线错误警告。
7.根据权利要求6所述的实训装置，其特征在于：所述的输入设备和显示设备集成为一体并由触摸屏实现。
8.根据权利要求3所述的实训装置，其特征在于：所述的实训装置还设有总控机；总控机与所述控制装置电连接，总控机能够控制所述控制装置工作，并且，总控机对所述控制装置控制的优先级在所述输入设备之上。
9.根据权利要求8所述的实训装置，其特征在于：所述总控机能够更改所述判别规则数据库中记录的标准接线状态数据组。
10.根据权利要求1所述的实训装置，其特征在于：所述继电器装置包含有一个或以上转换型继电器。
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