CN112071183A - 一种多功能运动检测教学实验系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多功能运动检测教学实验系统及控制方法，通过光电传感器与编码器分别采集的盘状凸轮的运动数据以及位移传感器采集推杆的运动数据经过STC12C5A60S2单片机向上位机上传，而上位机可以计算相应的所述盘状凸轮的转速、轮廓形状和轮廓线速度与推杆的运动速度，实现对运动数据快速处理，并通过上位机对计算的盘状凸轮的转速与推杆的运动速度进行存储，实现对运动数据进行及时保存，而通过设置任务切换算法模块其通过预存的任务切换算法可以切换所述前端检测模块、所述控制模块与所述上位机的任务执行状态，可实现各个系统模块之间的协调运行，保证了程序运行的稳健运行。

Description

一种多功能运动检测教学实验系统及控制方法

技术领域

本申请涉及传感检测技术领域，尤其涉及一种多功能运动传感检测系统以及相应的控制方法。

背景技术

随着传感器在工程检测应用中的逐步深入，又将传感器与检测技术重新组合，逐步成为工科专业的主干课程。传感器及其检测相关技术的教学方式不同于理论教学和传统教学方式，作为一门实践性很强的课程，往往需要相关的传感器实验设备作为辅助的教学工具。

而盘状凸轮为凸轮机构常见的一种，在教学过程中，一般均以盘状凸轮的运动检测进行实验，而目前，传统的传感器实验平台虽然集众多不同类型的传感器于一体，并对盘状凸轮所产生的数据进行采集，但目前的实验设备虽然包含了结合单片机技术实现了转速的测量和显示，但缺乏对运动数据的及时保存和快速处理的能力，而且，对盘状凸轮的转速测量方法比较单一，不能够进行多种测量结果的比较，同时，其实验程序的运行不够稳定，容易造成运动数据产生错乱。

发明内容

本申请提供了一种多功能运动检测教学实验系统及控制方法，用于解决现有技术中对测算的运动数据无法及时保存与快速处理、对盘状凸轮的转速测量比较单一以及程序运行不稳定的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种多功能运动检测教学实验系统，包括：凸轮模组、前端检测模块、控制模块与上位机模块；

所述凸轮模组包括推杆、盘状凸轮与用于驱动所述盘状凸轮旋转的步进电机，所述盘状凸轮与所述推杆对应配合并使所述推杆在所述盘状凸轮驱动下做直线位移运动；

所述前端检测模块包括位移传感器、光电传感器与编码器，所述位移传感器用于采集所述推杆的直线位移数据，所述光电传感器用于采集所述盘状凸轮的旋转圈数数据，所述编码器用于采集所述盘状凸轮的角位移数据；

所述控制模块包括STC89C52RC单片机、STC12C5A60S2单片机与A4988驱动模块电路，所述STC89C52RC单片机与所述A4988驱动模块电路电连接，所述A4988驱动模块电路与所述步进电机电连接，所述STC12C5A60S2单片机的输入端分别与所述位移传感器、所述光电传感器和所述编码器电连接，用于接收并向所述上位机模块传输所述位移传感器、所述光电传感器和所述编码器分别采集的所述推杆的直线位移数据、所述盘状凸轮的旋转圈数数据与所述盘状凸轮的角位移数据以及所采集数据的相应的采集时间间隔数据；

所述上位机模块包括上位机与任务切换算法模块；

其中，所述上位机与所述STC12C5A60S2单片机串口连接，用于根据所述位移传感器采集的所述推杆的直线位移数据与相应的采集时间间隔数据计算所述推杆的运动速度，并根据所述光电传感器采集的所述盘状凸轮的旋转圈数数据与相应的采集时间间隔数据计算所述盘状凸轮的转速，并根据所述编码器采集的所述盘状凸轮的角位移数据与相应的采集时间间隔数据计算所述盘状凸轮的转速，还根据所述位移传感器采集的所述推杆的直线位移数据与所述编码器采集的角位移数据计算所述盘状凸轮的轮廓形状与轮廓线速度，所述上位机还用于存储所述推杆的运动速度数据、所述盘状凸轮的转速数据以及所述盘状凸轮的轮廓形状与轮廓线速度；

所述STC12C5A60S2单片机与所述STC89C52RC单片机串口连接，所述上位机还用于控制所述步进电机的转速达到预设转速；

所述任务切换算法模块与所述上位机电连接，所述任务切换算法模块用于切换所述前端检测模块、所述控制模块与所述上位机的任务执行状态。

优选地，所述STC12C5A60S2单片机内设有定时器，所述定时器分别与所述光电传感器、所述位移传感器和所述编码器电连接。

优选地，所述位移传感器采用KTR12-25型直线位移传感器，所述KTR12-25型直线位移传感器设有所述推杆。

优选地，所述光电传感器采用E3Z-D61型反射式光电传感器，所述盘状凸轮设有与所述E3Z-D61型反射式光电传感器对应配合的反光面。

优选地，所述编码器通过联轴器与所述步进电机的输出轴连接，所述编码器采用HN3806-AB-100N型增量式光电编码器。

优选地，所述上位机还用于根据所述盘状凸轮的转速、所述推杆的运动速度与所述盘状凸轮的轮廓线速度分别绘制对应的数据变化曲线，并绘制所述盘状凸轮的轮廓形状。

优选地，所述上位机模块还包括显示器，所述显示器分别与所述上位机和所述任务切换算法模块电连接，用于显示所述推杆的运动速度与所述盘状凸轮的转速分别对应的数据变化曲线，同时，还用于显示所述步进电机的当前转速以及所述前端检测模块、所述控制模块与所述上位机通过所述任务切换算法模块控制后的相应的任务执行状态。

另一方面，本申请还提供了一种多功能运动检测教学控制方法，应用上述的多功能运动检测教学实验系统，包括以下步骤：

S1：通过前端检测模块采集盘状凸轮在运动过程中产生的运动数据与相应的所述运动数据的采集时间间隔数据，所述运动数据包括所述盘状凸轮的旋转圈数数据与角位移数据以及与所述盘状凸轮配合做直线位移运动的推杆的直线位移数据；

S2：通过控制模块对所述前端检测模块所采集的运动数据进行数据格式转换，经过数据格式转换后的运动数据传输至上位机；

S3：通过所述上位机根据所述盘状凸轮的旋转圈数数据与角位移数据以及相应的运动数据的采集时间间隔数据分别计算相对应的所述盘状凸轮的转速，从而获得二种所述盘状凸轮的转速的计算结果；

所述上位机根据所述推杆的直线位移数据与相应的运动数据的采集时间间隔数据计算所述推杆的直线运动速度；

所述上位机根据所述推杆的直线位移数据和角位移数据以及相应的运动数据的采集时间间隔数据计算所述盘状凸轮的轮廓形状与轮廓线速度；

S4：通过所述上位机存储所述盘状凸轮的转速、所述推杆的运动速度、所述盘状凸轮的轮廓形状与轮廓线速度，同时，分别绘制所述步骤S3中获得的所述二种所述盘状凸轮的转速的计算结果、所述推杆的运动速度与所述盘状凸轮的轮廓线速度分别对应的数据变化曲线以及所述盘状凸轮的轮廓形状；

S5：通过显示器显示与所述二种所述盘状凸轮的转速的计算结果、所述推杆的运动速度与所述盘状凸轮的轮廓线速度分别对应的数据变化曲线以及所述盘状凸轮的轮廓形状。

优选地，在所述步骤S1之前还包括：通过所述控制模块根据所述上位机的预先输入的控制指令控制所述盘状凸轮的转速达到预设转速。

优选地，在所述步骤S1之前还包括通过任务切换算法模块分别切换所述前端检测模块、所述控制模块与所述上位机的任务执行状态，具体包括当所述任务切换算法模块切换至所述前端检测模块工作时，则执行步骤S1；当所述任务切换算法模块切换至所述控制模块工作时，则执行步骤S2；当所述任务切换算法模块切换至所述上位机工作时，则执行步骤S3～步骤S4。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请实施例提供了一种多功能运动检测教学实验系统及控制方法，通过光电传感器与编码器分别采集的盘状凸轮的运动数据以及位移传感器采集推杆的运动数据经过STC12C5A60S2单片机向上位机上传，而上位机可以根据光电传感器与编码器采集的运动数据可以计算相应的盘状凸轮的转速，使得对盘状凸轮的转速的测量计算不再单一，可以通过上述二种转速计算结果进行比较，另外，还可以根据位移传感器与编码器分别采集的运动数据来计算盘状凸轮的轮廓形状和轮廓线速度，以及通过位移传感器计算推杆的运动速度，实现对盘状凸轮的测量结果更加多样化，提高实用性，同时，也实现了对运动数据快速处理，并通过上位机对计算的盘状凸轮的转速与推杆的运动速度进行存储，实现对运动数据进行及时保存，而通过设置任务切换算法模块其通过预存的任务切换算法可以切换所述前端检测模块、所述控制模块与所述上位机的任务执行状态，可实现各个系统模块之间的协调运行，保证了程序运行的稳健运行，同时使得系统模块之间能够实时发送数据或接收数据更加顺畅。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种多功能运动检测教学实验系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种多功能运动检测教学实验系统的另一结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种一种多功能运动检测教学控制方法的流程图。

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，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本申请保护的范围。

实施例一

为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种多功能运动检测教学实验系统，包括：凸轮模组、前端检测模块、控制模块与上位机模块；

凸轮模组包括推杆、盘状凸轮与用于驱动盘状凸轮旋转的步进电机，盘状凸轮与推杆对应配合并使推杆在盘状凸轮驱动下做直线位移运动；

前端检测模块包括位移传感器、光电传感器与编码器，位移传感器用于采集推杆的直线位移数据，光电传感器用于采集盘状凸轮的旋转圈数数据，编码器用于采集盘状凸轮的角位移数据；

参考图2，控制模块包括STC89C52RC单片机、STC12C5A60S2单片机与A4988驱动模块电路，STC89C52RC单片机与A4988驱动模块电路电连接，A4988驱动模块电路与步进电机电连接，STC12C5A60S2单片机的输入端分别与位移传感器、光电传感器和编码器电连接，用于接收并向上位机模块传输位移传感器、光电传感器和编码器分别采集的推杆的直线位移数据、盘状凸轮的旋转圈数数据与盘状凸轮的角位移数据以及所采集数据的相应的采集时间间隔数据；

上位机模块包括上位机与任务切换算法模块；

其中，上位机与STC12C5A60S2单片机串口连接，用于根据位移传感器采集的推杆的直线位移数据与相应的采集时间间隔数据计算推杆的运动速度，并根据光电传感器采集的盘状凸轮的旋转圈数数据与相应的采集时间间隔数据计算盘状凸轮的转速，并根据编码器采集的盘状凸轮的角位移数据与相应的采集时间间隔数据计算盘状凸轮的转速，还根据位移传感器采集的推杆的直线位移数据与编码器采集的角位移数据计算盘状凸轮的轮廓形状与轮廓线速度，上位机还用于存储推杆的运动速度数据、盘状凸轮的转速数据以及盘状凸轮的轮廓形状与轮廓线速度；

下面为根据位移传感器采集的推杆的直线位移数据与编码器采集的角位移数据计算盘状凸轮的轮廓形状的计算过程：

在获取盘状凸轮的轮廓形状时采用反转法，其原理为；同时又在其导轨内作预期运动，作出推杆在这种复合运动中的一系列位置，则其尖端的轨迹就是所要求的凸轮廓线。具体步骤为：

1)当控制推杆相对于盘状凸轮作反转运动时，通过位移传感器确定采集推杆在盘状凸轮的尖端反转运动过程中各个位移，从而获得推杆的位置数据，并确定推杆占据的各个位置点坐标；

2)通过编码器获取推杆的角位移数据，从而获得推杆转动的位置点坐标；

3)通过位移传感器的位移数据和编码器的角位移数据复合获得推杆的实际位置；

4)将推杆尖端各位置点连成一光滑曲线，即获得盘状凸轮的轮廓形状。

进一步地，STC12C5A60S2单片机与STC89C52RC单片机串口连接，上位机还用于控制步进电机的转速达到预设转速；

需要说明的是，上位机连接STC12C5A60S2单片机，STC12C5A60S2单片机与STC89C52RC单片机，STC89C52RC单片机与A4988驱动模块电路电连接，A4988驱动模块电路与步进电机电连接，以使得上位机可以控制步进电机的转速，而上位机根据计算得到的盘状凸轮的转速与预设转速进行对比，当未达到预设转速时，则开启闭环控制转速，从而实现转速的精确控制和测量；当达到预设转速时，则可以直接测量步进电机的开环转速下的运动特性。

任务切换算法模块与上位机电连接，任务切换算法模块用于切换前端检测模块、控制模块与上位机的任务执行状态。

需要说明的是，本实施例设置的推杆是与盘状凸轮的圆周侧面对应并抵触，可以实现在盘状凸轮的旋转运动下，由于盘状凸轮的形状呈椭圆或其他不规则的形状，可以使得推杆做直线位移运动，而通过位移传感器可以采集推杆的位移数据；在本实施例中，上位机与STC12C5A60S2单片机串口连接是通过设置USB转串口模块进行串口连接，同时，还设置电源及与电源连接的电源稳压模块，用于为系统提供稳定的电压；

另外，通过光电传感器与编码器分别采集的盘状凸轮的运动数据以及位移传感器采集推杆的运动数据经过STC12C5A60S2单片机向上位机上传，而上位机可以根据光电传感器与编码器采集的运动数据可以计算相应的盘状凸轮的转速，使得对盘状凸轮的转速的测量计算不再单一，可以通过上述二种转速计算结果进行比较，另外，还可以根据位移传感器与编码器分别采集的运动数据来计算盘状凸轮的轮廓形状和轮廓线速度，以及通过位移传感器计算推杆的运动速度，实现对盘状凸轮的测量结果更加多样化，同时，也实现了对运动数据快速处理，并通过上位机对计算的盘状凸轮的转速与推杆的运动速度进行存储，实现对运动数据进行及时保存，而通过设置STC89C52RC单片机与A4988驱动模块连接，而STC12C5A60S2单片机与STC89C52RC单片机串口连接，以实现上位机可以调整步进电机的功率，以使得可以获取多组不同的运动数据，提高实验系统的功能性，而通过设置任务切换算法模块其通过预存的任务切换算法可以切换前端检测模块、控制模块与上位机的任务执行状态，可实现各个系统模块之间的协调运行，保证了程序运行的稳健运行，同时使得系统模块之间能够实时发送数据或接收数据更加顺畅。

进一步地，STC12C5A60S2单片机内设有定时器，定时器分别与光电传感器、位移传感器和编码器电连接。

可以理解的是，通过定时器的设置可以实现精准的时间定时，而精准的定时会影响到采集数据的时间间隔和采样频率，对于编码器，定时用于获取一定时间内的脉冲数，对于位移传感器，定时用于产生一定的数据采样频率，由于速度和转速的计算涉及到时间间隔或采样频率，时间间隔与采样频率的精确度对速度和转速精确度会产生较大影响，实现精准定时能保证实验结果的准确性，同时，通过STC12C5A60S2单片机还可以采集定时器内的相应运动数据的时间间隔数据。

进一步地，位移传感器采用KTR12-25型直线位移传感器，KTR12-25型直线位移传感器设有推杆。

可以理解的是，KTR12-25型直线位移传感器本身设置推杆，可以通过推杆的直线位移运动来采集推杆的位移数据，使得结构更加简单。

需要说明的是，位移传感器采用位移-时间公式计算速度，通过测量在额定时间T内位移传感器输出0～5V的电压模拟值Vout，利用ADC将其转为二进制数值后发送至上位机，在上位机进行电压-位移变换公式的处理，就能获得位移值s。

进一步地，光电传感器采用E3Z-D61型反射式光电传感器，盘状凸轮设有与E3Z-D61型反射式光电传感器对应配合的反光面。

需要说明的是，E3Z-D61型反射式光电传感器与反光面对应配合，E3Z-D61型反射式光电传感器采用脉冲周期法对盘状凸轮的转速进行测量，脉冲周期法测速的原理是测量光电传感器输出的下降沿脉冲信号之间的间隔时间周期来计算出盘状凸轮的转速。

进一步地，编码器通过联轴器与步进电机的输出轴连接，编码器采用HN3806-AB-100N型增量式光电编码器。

需要说明的是，编码器在测量转速的应用中采用脉冲数法，脉冲数法的使用方法是在规定的时间T内，记录出脉冲的数量Mp，根据分辨率计算出旋转的角度大小，进而计算出转速n。

进一步地，上位机还用于根据盘状凸轮的转速、推杆的运动速度与盘状凸轮的轮廓线速度分别绘制对应的数据变化曲线，并绘制盘状凸轮的轮廓形状。

进一步地，上位机模块还包括显示器，显示器分别与上位机和任务切换算法模块电连接，用于显示推杆的运动速度与盘状凸轮的转速分别对应的数据变化曲线，同时，还用于显示步进电机的当前转速以及前端检测模块、控制模块与上位机通过任务切换算法模块控制后的相应的任务执行状态。

实施例二

参考图3，本实施例提供了一种多功能运动检测教学控制方法，应用上述实施例的多功能运动检测教学实验系统，包括以下步骤：

S1：通过前端检测模块采集盘状凸轮在运动过程中产生的运动数据与相应的运动数据的采集时间间隔数据，运动数据包括盘状凸轮的旋转圈数数据与角位移数据以及与盘状凸轮配合做直线位移运动的推杆的直线位移数据；

S2：通过控制模块对前端检测模块所采集的运动数据进行数据格式转换，经过数据格式转换后的运动数据传输至上位机；

S3：通过上位机根据盘状凸轮的旋转圈数数据与角位移数据以及相应的运动数据的采集时间间隔数据分别计算相对应的盘状凸轮的转速，从而获得二种盘状凸轮的转速的计算结果；

上位机根据推杆的直线位移数据与相应的运动数据的采集时间间隔数据计算推杆的直线运动速度；

上位机根据推杆的直线位移数据和角位移数据以及相应的运动数据的采集时间间隔数据计算盘状凸轮的轮廓形状与轮廓线速度；

需要说明的是，步骤S3通过二种测量方式均可计算盘状凸轮的转速，使得对盘状凸轮的转速测量方式不再单一，也可以对盘状凸轮的二种测量方法进行比较。

S4：通过上位机存储盘状凸轮的转速、推杆的运动速度、盘状凸轮的轮廓形状与轮廓线速度，同时，分别绘制步骤S3中获得的二种盘状凸轮的转速的计算结果、推杆的运动速度与盘状凸轮的轮廓线速度分别对应的数据变化曲线以及盘状凸轮的轮廓形状；

需要说明的是，步骤S3中计算盘状凸轮的转速有二种测量方法，其绘制时，分别对二种测量方法下的盘状凸轮的转速进行绘制。

S5：通过显示器显示与二种盘状凸轮的转速的计算结果、推杆的运动速度与盘状凸轮的轮廓线速度分别对应的数据变化曲线以及盘状凸轮的轮廓形状。

进一步地，在步骤S1之前还包括：通过控制模块根据上位机的预先输入的控制指令控制盘状凸轮的转速达到预设转速。

进一步地，在步骤S1之前还包括通过任务切换算法模块分别切换前端检测模块、控制模块与上位机的任务执行状态，具体包括当任务切换算法模块切换至前端检测模块工作时，则执行步骤S1；当任务切换算法模块切换至控制模块工作时，则执行步骤S2；当任务切换算法模块切换至上位机工作时，则执行步骤S3～步骤S4。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多功能运动检测教学实验系统，其特征在于，包括：凸轮模组、前端检测模块、控制模块与上位机模块；

所述凸轮模组包括推杆、盘状凸轮与用于驱动所述盘状凸轮旋转的步进电机，所述盘状凸轮与所述推杆对应配合并使所述推杆在所述盘状凸轮驱动下做直线位移运动；

所述前端检测模块包括位移传感器、光电传感器与编码器，所述位移传感器用于采集所述推杆的直线位移数据，所述光电传感器用于采集所述盘状凸轮的旋转圈数数据，所述编码器用于采集所述盘状凸轮的角位移数据；

所述控制模块包括STC89C52RC单片机、STC12C5A60S2单片机与A4988驱动模块电路，所述STC89C52RC单片机与所述A4988驱动模块电路电连接，所述A4988驱动模块电路与所述步进电机电连接，所述STC12C5A60S2单片机的输入端分别与所述位移传感器、所述光电传感器和所述编码器电连接，用于接收并向所述上位机模块传输所述位移传感器、所述光电传感器和所述编码器分别采集的所述推杆的直线位移数据、所述盘状凸轮的旋转圈数数据与所述盘状凸轮的角位移数据以及所采集数据的相应的采集时间间隔数据；

所述上位机模块包括上位机与任务切换算法模块；

其中，所述上位机与所述STC12C5A60S2单片机串口连接，用于根据所述位移传感器采集的所述推杆的直线位移数据与相应的采集时间间隔数据计算所述推杆的运动速度，并根据所述光电传感器采集的所述盘状凸轮的旋转圈数数据与相应的采集时间间隔数据计算所述盘状凸轮的转速，并根据所述编码器采集的所述盘状凸轮的角位移数据与相应的采集时间间隔数据计算所述盘状凸轮的转速，还根据所述位移传感器采集的所述推杆的直线位移数据与所述编码器采集的角位移数据计算所述盘状凸轮的轮廓形状与轮廓线速度，所述上位机还用于存储所述推杆的运动速度数据、所述盘状凸轮的转速数据以及所述盘状凸轮的轮廓形状与轮廓线速度；

所述STC12C5A60S2单片机与所述STC89C52RC单片机串口连接，所述上位机还用于控制所述步进电机的转速达到预设转速；

所述任务切换算法模块与所述上位机电连接，所述任务切换算法模块用于切换所述前端检测模块、所述控制模块与所述上位机的任务执行状态。

2.根据权利要求1所述的多功能运动检测教学实验系统，其特征在于，所述STC12C5A60S2单片机内设有定时器，所述定时器分别与所述光电传感器、所述位移传感器和所述编码器电连接。

3.根据权利要求1所述的多功能运动检测教学实验系统，其特征在于，所述位移传感器采用KTR12-25型直线位移传感器，所述KTR12-25型直线位移传感器设有所述推杆。

4.根据权利要求1所述的多功能运动检测教学实验系统，其特征在于，所述光电传感器采用E3Z-D61型反射式光电传感器，所述盘状凸轮设有与所述E3Z-D61型反射式光电传感器对应配合的反光面。

5.根据权利要求1所述的多功能运动检测教学实验系统，其特征在于，所述编码器通过联轴器与所述步进电机的输出轴连接，所述编码器采用HN3806-AB-100N型增量式光电编码器。

6.根据权利要求1所述的多功能运动检测教学实验系统，其特征在于，所述上位机还用于根据所述盘状凸轮的转速、所述推杆的运动速度与所述盘状凸轮的轮廓线速度分别绘制对应的数据变化曲线，并绘制所述盘状凸轮的轮廓形状。

7.根据权利要求6所述的多功能运动检测教学实验系统，其特征在于，所述上位机模块还包括显示器，所述显示器分别与所述上位机和所述任务切换算法模块电连接，用于显示所述推杆的运动速度与所述盘状凸轮的转速分别对应的数据变化曲线，同时，还用于显示所述步进电机的当前转速以及所述前端检测模块、所述控制模块与所述上位机通过所述任务切换算法模块控制后的相应的任务执行状态。

8.一种多功能运动检测教学控制方法，应用权利要求1-7中任一项所述的多功能运动检测教学实验系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过前端检测模块采集盘状凸轮在运动过程中产生的运动数据与相应的所述运动数据的采集时间间隔数据，所述运动数据包括所述盘状凸轮的旋转圈数数据与角位移数据以及与所述盘状凸轮配合做直线位移运动的推杆的直线位移数据；

S2：通过控制模块对所述前端检测模块所采集的运动数据进行数据格式转换，经过数据格式转换后的运动数据传输至上位机；

S3：通过所述上位机根据所述盘状凸轮的旋转圈数数据与角位移数据以及相应的运动数据的采集时间间隔数据分别计算相对应的所述盘状凸轮的转速，从而获得二种所述盘状凸轮的转速的计算结果；

所述上位机根据所述推杆的直线位移数据与相应的运动数据的采集时间间隔数据计算所述推杆的直线运动速度；

所述上位机根据所述推杆的直线位移数据和角位移数据以及相应的运动数据的采集时间间隔数据计算所述盘状凸轮的轮廓形状与轮廓线速度；

S4：通过所述上位机存储所述盘状凸轮的转速、所述推杆的运动速度、所述盘状凸轮的轮廓形状与轮廓线速度，同时，分别绘制所述步骤S3中获得的所述二种所述盘状凸轮的转速的计算结果、所述推杆的运动速度与所述盘状凸轮的轮廓线速度分别对应的数据变化曲线以及所述盘状凸轮的轮廓形状；

S5：通过显示器显示与所述二种所述盘状凸轮的转速的计算结果、所述推杆的运动速度与所述盘状凸轮的轮廓线速度分别对应的数据变化曲线以及所述盘状凸轮的轮廓形状。

9.根据权利要求8所述的多功能运动检测教学控制方法，其特征在于，在所述步骤S1之前还包括：通过所述控制模块根据所述上位机的预先输入的控制指令控制所述盘状凸轮的转速达到预设转速。

10.根据权利要求8所述的多功能运动检测教学控制方法，其特征在于，在所述步骤S1之前还包括通过任务切换算法模块分别切换所述前端检测模块、所述控制模块与所述上位机的任务执行状态，具体包括当所述任务切换算法模块切换至所述前端检测模块工作时，则执行步骤S1；当所述任务切换算法模块切换至所述控制模块工作时，则执行步骤S2；当所述任务切换算法模块切换至所述上位机工作时，则执行步骤S3～步骤S4。

Images