CN108847091B - 一种仪器仪表及自动化综合实验装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种仪器仪表及自动化综合实验装置，包括：实验板和设置在实验板上的声音传感与放大电路模块、光电检测电路模块、温度传感电路模块、风扇传感与控制电路模块和三色LED驱动电路模块。光电检测电路模块包括激光发射电路和激光探测电路；风扇传感与控制电路模块包括风扇、风扇驱动电路和U形对射式光电耦合器，风扇嵌设在U形对射式光电耦合器内，U形对射式光电耦合器设置在半导体激光及镜头模组和光电探测器之间，风扇的叶片宽度大于第一光路的光斑直径和第二光路的光斑直径；三色LED驱动电路模块的的信号输入端与声音检测电路的输出端电连接，或与激光探测电路的输出端电连接，本申请各模块可进行复用和互联，能够完成多项实验。
Description
技术领域
本申请涉及仪器仪表及自动化技术领域，尤其涉及一种仪器仪表及自动化综合实验装置。
背景技术
仪器仪表及自动化类学科应用广、实践性强，要掌握好相关学科内容知识，实践性教学环节不可缺少，通过实验、课程设计、综合创新设计、实习等形式教学，不仅能够提高学生的学习兴趣，还能使学生在实践中培养发现问题和解决问题的能力，提高学科综合素养。
信号的检测与处理控制是各类仪器仪表及自动化系统等必不可少的环节，相关课程在各大高校普遍开设。由于各类信号类型复杂，如声音信号处理、光电检测、温度检测、转速检测等，对于不同的实验项目，需要选择对应的元器件以及设备仪器来完成。现有技术中，各个元器件以及设备仪器功能较为单一，且通常在实验室内分开存放，在开始实验项目之前，需要选择好本次实验所需的实验装置，实验结束之后还需要将各个实验装置整理归位，不便于管理和存放；也有一些模块类实验装置，但可应用的实验项目仍然较为有限，不利于对学生进行综合性、创新性设计思维的拓展训练。
发明内容
本申请提供了一种仪器仪表及自动化综合实验装置，以解决仪器仪表及自动化实验装置功能单一的问题。
本申请提供了一种仪器仪表及自动化综合实验装置，该装置包括：实验板和设置在所述实验板上的声音传感与放大电路模块、光电检测电路模块、温度传感电路模块、风扇传感与控制电路模块和三色LED驱动电路模块，其中，
所述声音传感与放大电路模块包括多个声音检测电路，多个所述声音检测电路间隔预设距离设置；
所述光电检测电路模块包括激光发射电路和激光探测电路，所述激光发射电路包括半导体激光及镜头模组，所述半导体激光及镜头模组的底部设置有所述温度传感电路模块，所述激光探测电路包括光电探测器；
所述风扇传感与控制电路模块包括风扇、风扇驱动电路和U形对射式光电耦合器，所述风扇与风扇驱动电路电连接，所述风扇嵌设在所述U形对射式光电耦合器内，所述U形对射式光电耦合器设置在所述半导体激光及镜头模组和光电探测器之间，所述风扇的叶片宽度大于第一光路的光斑直径和第二光路的光斑直径，所述第一光路为所述半导体激光及镜头模组的光路，所述第二光路为所述U形对射式光电耦合器的光路；
所述三色LED驱动电路模块的的信号输入端与所述声音检测电路的输出端电连接，或与所述激光探测电路的输出端电连接。
优选地，所述声音检测电路的信号输出端与所述激光发射电路的信号输入端电连接。
优选地，所述光电检测电路模块还包括滞回反相器电路，所述滞回反相器电路与所述激光发射电路的信号输入端电连接。
优选地，所述三色LED驱动电路模块包括四组红黄绿LED灯，四组所述红黄绿LED灯成十字形排列。
优选地，所述风扇的风向正对所述半导体激光及镜头模组。
优选地，所述声音检测电路设置在所述实验板的夹角处。
优选地，所述实验板上还设置有面包板模块。
优选地，所述实验板上还设置有信号采集设备接口。
优选地，所述实验板上还设置有压力检测电路模块。
优选地，所述实验板上还设置有光电测距电路模块。
本申请提供的仪器仪表及自动化综合实验装置的有益效果包括：
本申请提供的仪器仪表及自动化综合实验装置，包括实验板和设置在实验板上的声音传感与放大电路模块、光电检测电路模块、温度传感电路模块、风扇传感与控制电路模块和三色LED驱动电路模块，利用该仪器仪表及自动化综合实验装置可进行声、光、热、电多个项目的实验，包括温度检测、温度控制、风扇电机转速控制、声音检测、声源定位、光电检测、跑马灯等多个实验，各模块均设置在实验板上，收纳方便；进一步的，光电检测电路模块可作为温度传感电路模块的检测来源，风扇传感与控制电路模块可对光电检测电路模块的光信号进行斩波与降温，声音检测电路和激光探测电路可用于控制三色LED驱动电路模块，各个模块之间相互联系，有利于学生对所学知识进行相互联系，加强思维的拓展训练。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种仪器仪表及自动化综合实验装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种声音检测电路的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种激光发射电路的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种激光探测电路的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种温度传感电路模块的电路结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种风扇传感与控制电路模块的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种风扇斩波的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种风扇驱动电路的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的一种风扇测速电路结构示意图；
图10为本申请实施例提供的一种三色LED驱动电路模块的LED排列示意图；
图11为本申请实施例提供的一种三色LED驱动电路模块的电路示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
参见图1，为本申请实施例提供的一种仪器仪表及自动化综合实验装置的结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供的仪器仪表及自动化综合实验装置，包括实验板1和设置在实验板1上的声音传感与放大电路模块、光电检测电路模块、温度传感电路模块4、风扇传感与控制电路模块5和三色LED驱动电路模块6。
具体的，声音传感与放大电路模块包括多个声音检测电路7，单个声音检测电路用于进行的实验项目包括：声音波形采集实验、单路声音信号处理实验。参见图2，为本申请实施例提供的一种声音检测电路的结构示意图，如图2所示，麦克风Mic1为声音传感器，可以采集环境中的声音信号Vsound并转化为电信号，经图2中电路进行滤波、放大处理后经B26输出电压信号。输出的电压信号经实验板上1设置的信号采集设备接口18传输到数据采集设备和处理设备(如电脑)后进行采集与处理。
多个声音检测电路7用于完成声源定位实验，声源定位实验基于各声音传感器对同一个声源信号探测的时间或(和)相位延迟。因此，本实施例中声音传感器在实验板上间隔预设距离设置，有利于产生较为明显的时间延迟或相位延迟。预设距离的长度根据实验台的长度或宽度确定，本实施例中，声音检测电路7的数量为四个，分别设置在实验板1的四个夹角处，使预设距离的长度较长，保障了声源信号的时间延迟或相位延迟效果。时间延迟的计算以t＝s/v计算，其中t为两个声音传感器之间的信号延迟时间，s为间距，v为声音在空气中传播速度，可以340米/秒估算。
进一步的，声音检测电路7直接输出的电压信号或经处理过的电压信号还可做为半导体激光的驱动信号AO0/DA，输入到光电检测电路模块进行声音的激光通讯试验。
光电检测电路模块实现对光信号的检测放大，其基本功能之一是实现对光信号的保真检测、放大；如果光电检测电路模块中的半导体激光器控制信号由开关信号驱动，通过可跳线接入滞回反相器电路可实现对开关信号的波形整形，实现数字光通讯实验。
光电检测电路模块包括激光发射电路8和激光探测电路9，参见图3，为本申请实施例提供的一种激光发射电路的结构示意图，如图3所示，D14为半导体激光发射器，B22为信号输入端，用于输入驱动信号AO0/DA，利用声音检测电路7输出的电压信号作为驱动信号AO0/DA时，可将声音检测电路7的输出端与B22电连接。激光探测电路9参见图4，为本申请实施例提供的一种激光探测电路的结构示意图，如图4所示，D15为半导体激光接收器，反相器U11B第四端口为激光探测电路9的输出端。
半导体激光器在工作过程中会自然散发热量，本实施例利用半导体激光器作为热源，紧贴半导体激光发射器D14安置温度传感电路模块4，温度传感电路模块4的电路结构图参见图5，如图5所示，利用热敏电阻RT1进行温度传感实验。
利用风扇传感与控制电路模块5可进行降温，参见图6，为本申请实施例提供的一种风扇传感与控制电路模块的结构示意图。如图6所示，风扇传感与控制电路模块5包括风扇12和U形对射式光电耦合器14，风扇12的风向正对半导体激光及镜头模组10。风扇12嵌设在U形对射式光电耦合器14内，U形对射式光电耦合器14设置在半导体激光及镜头模组10和光电探测器11之间。半导体激光及镜头模组10包括半导体激光发射器D14和镜头模组，镜头模组可对半导体激光发射器D14发射的激光进行汇聚，半导体激光及镜头模组10的底部设置有温度传感电路模块4。光电探测器11包括半导体激光接收器D15，用于接收半导体激光及镜头模组10发射的激光。
风扇12设置在第一光路和第二光路中间，其中，第一光路为半导体激光及镜头模组10的光路，第二光路为U形对射式光电耦合器14的光路。参见图7，为本申请实施例提供的一种风扇斩波的结构示意图，如图7所示，风扇12的叶片宽度大于第一光路的第一光斑15直径和第二光路的第二光斑16直径，相邻叶片之间的间距使第一光斑15和第二光斑16能够不被遮挡。
当风扇12的叶片在旋转过程中，叶片可对第一光斑15或第二光斑16进行全部遮挡或无任何遮挡。使风扇12一方面可对半导体激光及镜头模组10进行降温，另一方面可以用作对半导体激光器光信号的斩波，结合光电检测电路可以进行锁相放大相关实验。
风扇传感与控制电路模块5还包括风扇驱动电路13，风扇12与风扇驱动电路13电连接。参见图8，为本申请实施例提供的一种风扇驱动电路的结构示意图，如图8所示，B23为风扇驱动电路的信号输入端，用于对风扇电机B1的转速进行控制，从而调整风扇转速。风扇转速的测量参见图9，为本申请实施例提供的一种风扇测速电路结构示意图，如图9所示，光耦U2即U形对射式光电耦合器14，根据U形对射式光电耦合器14由风扇12旋转时风扇叶片对U形对射式光电耦合器14的第二光路的通、断产生的脉冲信号测量得到风扇转速。
三色LED驱动电路模块6参见图10，为本申请实施例提供的一种三色LED驱动电路模块的LED排列示意图，如图10所示，D1-D4为红色LED灯，D5-D8为黄色LED灯，D9-D12为绿色LED灯，图10所示为十字交叉路口交通灯，可用于交通灯、跑马灯等数字控制实验。图10的电路结构参见图11，为本申请实施例提供的一种三色LED驱动电路模块的电路示意图，图11中，DO1-DO12分别为电路输入端，用于输入D1-D12的驱动信号。
进一步的，三色LED驱动电路模块可与光电检测电路模块相结合，即将光电检测电路模块的信号输出端的信号作为D1-D12的驱动信号，作为光电数字通讯指示，模拟光信号检测的强弱指示。当然，三色LED驱动电路模块还可与多路声音传感与放大电路模块相结合，模拟不同声音检测电路7输出电压信号的强弱指示。
本实施例中，实验板1上还设置有面包板模块17，可安装面包板，利用面包板对各实验内容进行扩展；实验板1上还设置有信号采集设备接口18，使各模块如声音传感与放大电路模块、光电检测电路模块等采集的信号能够传输到信号采集设备中，进一步与计算机连接进行信号分析及处理。实验板1上还设置有压力检测电路模块2，可用于进行压力检测。实验板1上还设置有光电测距电路模块3，结合光电检测电路模块可进行光电测距实验。
由上述实施例可见，本申请提供的仪器仪表及自动化综合实验装置，包括实验板和设置在实验板上的声音传感与放大电路模块、光电检测电路模块、温度传感电路模块、风扇传感与控制电路模块和三色LED驱动电路模块，利用该仪器仪表及自动化综合实验装置可进行声、光、热、电多个项目的实验，包括温度检测、温度控制、风扇电机转速控制、声音检测、声源定位、光电检测、跑马灯等多个实验，各模块均设置在实验板上，收纳方便；进一步的，光电检测电路模块可作为温度传感电路模块的检测来源，风扇传感与控制电路模块可对光电检测电路模块的光信号进行斩波与降温，声音检测电路和激光探测电路可用于控制三色LED驱动电路模块，各个模块之间相互联系，有利于学生对所学知识进行相互联系，加强思维的拓展训练。本申请提供的仪器仪表及自动化综合实验装置，融合了声、光、热、电多种电路原理与方法，以高度精简的电路设计，以及合理的结构设计，通过子模块的复用和互联，提供了至少温度检测、温度控制算法、风扇(电机)转速测量、电机转速控制算法、声音检测、声音信号处理、声源定位、光电检测、光调制解调、声音信号的光通讯、锁相放大、交通灯、跑马灯等多个实验项目，可以但不限于用于虚拟仪器、数据采集、检测电路、控制原理、微弱信号检测等课程实验教学。
由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。
需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。
Claims (10)
1.一种仪器仪表及自动化综合实验装置，包括实验板(1)，其特征在于，所述实验板(1)上设置有声音传感与放大电路模块、光电检测电路模块、温度传感电路模块(4)、风扇传感与控制电路模块(5)和三色LED驱动电路模块(6)，其中，
所述声音传感与放大电路模块包括多个声音检测电路(7)，多个所述声音检测电路(7)间隔预设距离设置；
所述光电检测电路模块包括激光发射电路(8)和激光探测电路(9)，所述激光发射电路(8)包括半导体激光及镜头模组(10)，所述半导体激光及镜头模组(10)的底部设置有所述温度传感电路模块(4)，所述激光探测电路(9)包括光电探测器(11)；
所述风扇传感与控制电路模块(5)包括风扇(12)、风扇驱动电路(13)和U形对射式光电耦合器(14)，所述风扇(12)与风扇驱动电路(13)电连接，所述风扇(12)嵌设在所述U形对射式光电耦合器(14)内，所述U形对射式光电耦合器(14)设置在所述半导体激光及镜头模组(10)和光电探测器(11)之间，所述风扇(12)的叶片宽度大于第一光路的第一光斑(15)直径和第二光路的第二光斑(16)直径，所述第一光路为所述半导体激光及镜头模组(10)的光路，所述第二光路为所述U形对射式光电耦合器(14)的光路；
所述三色LED驱动电路模块(6)的的信号输入端与所述声音检测电路(7)的输出端电连接，或与所述激光探测电路(9)的输出端电连接。
2.如权利要求1所述的仪器仪表及自动化综合实验装置，其特征在于，所述声音检测电路(7)的信号输出端与所述激光发射电路(8)的信号输入端电连接。
3.如权利要求2所述的仪器仪表及自动化综合实验装置，其特征在于，所述光电检测电路模块还包括滞回反相器电路，所述滞回反相器电路与所述激光发射电路(8)的信号输入端电连接。
4.如权利要求1所述的仪器仪表及自动化综合实验装置，其特征在于，所述三色LED驱动电路模块(6)包括四组红黄绿LED灯，四组所述红黄绿LED灯成十字形排列。
5.如权利要求1所述的仪器仪表及自动化综合实验装置，其特征在于，所述风扇(12)的风向正对所述半导体激光及镜头模组(10)。
6.如权利要求1所述的仪器仪表及自动化综合实验装置，其特征在于，所述声音检测电路(7)设置在所述实验板(1)的夹角处。
7.如权利要求1所述的仪器仪表及自动化综合实验装置，其特征在于，所述实验板(1)上还设置有面包板模块(17)。
8.如权利要求1所述的仪器仪表及自动化综合实验装置，其特征在于，所述实验板(1)上还设置有信号采集设备接口(18)。
9.如权利要求1所述的仪器仪表及自动化综合实验装置，其特征在于，所述实验板(1)上还设置有压力检测电路模块(2)。
10.如权利要求1所述的仪器仪表及自动化综合实验装置，其特征在于，所述实验板(1)上还设置有光电测距电路模块(3)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20200828 |