CN202093715U - 一种自动控制原理实验箱 - Google Patents

Abstract

一种自动控制原理实验箱，箱体内的电源模块与CPU主控模块温箱控制模块、水箱控制模块、串口模块、液晶显示模块、CAN通信模块、电机控制模块和自动控制原理模拟电路模块的电源输入端分别相连，CPU主控模块与温箱控制模块、水箱控制模块、串口模块、液晶显示模块、CAN通信模块、电机控制模块相连，自动控制原理模拟电路模块与电源模块相连，电源模块为实验箱各单元模块提供电力，CPU主控模块采集处理信号到液晶显示模块，CPU主控模块控制温箱控制模块、水箱控制模块、直流电机控制电路，CAN总线模块完成总线通信，串口模块完成程序下载，液晶显示模块对测量数据实时显示，具有实用性强、应用方便灵活、便于综合的特点。

Description

一种自动控制原理实验箱

技术领域

本实用新型涉及一种实验装置，具体涉及一种自动控制原理实验箱。 

背景技术

《自动控制原理》是高校自动化及其相关专业重要的专业课，自控原理实验装置面向该课程的实验教学用。实验装置一般采用箱式结构，分模块设计，集稳压源、信号源、实验模块于一体，在各模块内留有接线插口。实践教学中，学生利用连接导线将各实验模块组合搭建（由放大器电路组成），模拟多阶系统作为被控对象，将信号源产生的信号作为被控对象的输入，再通过示波器观测系统的输出信号，从而分析验证理论知识。这类实验箱可搭建的控制系统和控制实现基本基于模拟电路，用放大器电路模拟被控对象和控制器，对控制思想和被控对象只有抽象的认知和验证。而且，随着数字电路的普及应用，数字控制却一直没有真正的引入到自控原理实验。目前自控原理实验箱中的数字电路部分大都用于与上位机通信，没有用于数字控制，这对学生的实际应用方面是非常欠缺的。 

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种自动控制原理实验箱，可实现数字/模拟双控制、被控对象实际化、单片机/自控原理实验二合一等特点，引入数字控制与通信模块，与常用实际被控对象接口，具有实用性强、应用方便灵活、便于综合的特点。 

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种自动控制原理实验箱，包括有箱体，箱体内设有电源模块，电源模块的输出端与ＣＰＵ主控模块温箱控制模块、水箱控制模块、串口模块、液晶显示模块、CAN通信模块、电机控制模块和自动控制原理模拟电路模块的电源输入端分别相连；ＣＰＵ主控模块的输出/输入端与温箱控制模块、水箱控制模块、串口模块、液晶显示模块、CAN通信模块、电机控制模块的控制输入端/信号输出端相连；温箱控制模块的信号输入来自于实际温箱；水箱控制模块的信号输入来自于实际水箱；CAN通信模块的信号输出端与箱体外部总线输出端相连；自动控制原理模拟电路模块的输入端与电源模块相连，自动控制原理模拟电路模块的输出端与外接示波器相连。 

所述的ＣＰＵ主控模块采用51单片机作为数字控制的主控芯片，作为数字控制的核心。 

所述的温箱控制模块、水箱控制模块采用11位高精度AD芯片，实现温度、水位的精确测量。 

所述的CAN通信模块与其它实验箱CAN通信模块或者外部CAN节点通过CAN控制器实现现场总线通信，组网方便快捷。 

所述的电机控制模块采用对射式红外传感器、12位数字分辨率精密频率/电压转换芯片作为电机测速单元，电路简单，测量方便准确。 

所述的自动控制原理模拟电路模块采用放大电路作为传统的模拟单元，该单元承袭以往实验箱设计方法，由运算放大器组成，可通过连接导线完成被控系统模拟搭建、控制器搭建。可完成多阶系统搭建，电路简单，使用灵活。 

本实用新型由于采用了数字控、模拟控制二合一，所以具有实践教学效果好、实用、简单、方便的特点。实验箱集成了常用被控对象，并留有实际被控对象的输入接口，方便扩展。对实际或模拟的同一被控对象，可实现数字、模拟双重控制，强化了学生对PID等控制思想的认识和应用，具有良好的实践教学效果。实验箱亦可同时作为单片机实验箱单独使用。 

附图说明

附图为本实用新型的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。 

参见附图，实验箱采用分模块设计方法，由十部分构成。箱体11内设有电源模块1，电源模块１的输出端与ＣＰＵ主控模块２、温箱控制模块3、水箱控制模块4、串口模块5、液晶显示模块7、CAN通信模块8、电机控制模块9、自动控制原理模拟电路模块10的电源输入端相连；ＣＰＵ主控模块２采用51单片机作为数字控制的主控芯片，作为数字控制的核心，ＣＰＵ主控模块２控制输出端与温箱控制模块3、水箱控制模块4、串口模块5、液晶显示模块7、CAN通信模块8、电机控制模块9的控制输入端相连；ＣＰＵ主控模块２的数字输入端与温箱控制模块3、水箱控制模块4、串口模块5、液晶显示模块7、CAN通信模块8、电机控制模块9的信号输出端相连，温箱控制模块3、水箱控制模块4采用11位高精度AD芯片，实现温度、水位的精确测量；温箱控制模块3的信号输入端与实际温箱相连，其输出控制端与继电器相连直接控制温箱加热装置；水箱控制模块4的信号输入端与水箱相连，其输出控制端与继电器相连直接控制电磁阀开关设备；电机控制模块9采用对射式红外传感器、12位数字分辨率高精度频率/电压转换芯片作为电机测速单元；自动控制原理模拟电路模块10的输入端与电源模块１的输出端相连，并自带信号发生电路，自动控制原理模拟电路模块10采用放大电路作为传统的模拟单元，可完成多阶被控系统和控制器的模拟搭建。其输出端与示波器相连，按键模块6与ＣＰＵ主控模块2输出端通过连接导线相连，用户根据需要进行按键功能设定。 所述的CAN总线模块可与其它CAN节点通过CAN控制器实现总线通信，也可当作单独CAN节点参与CAN通信，组网方便，使用灵活。 

本实用新型的工作原理是：

独立的电源模块1为实验箱各单元模块提供电力；CPU主控模块２通过软件编程实现信号采集处理、控制信号发出及液晶显示模块7显示。CPU主控模块２控制温箱控制模块3的串行AD模块、水箱控制模块4的并行AD模块、直流电机控制电路，通过温度、压力、红外传感器采集水箱液位、温箱温度、电机转速等信息，并通过控制算法，发出控制信号，控制电磁阀开关、温箱加热器、电机控制模块9驱动电路导通与关断，从而实现被控对象的精确控制；数字控制算法及被控对象都可以利用自控原理模拟电路模块10实现模拟电路控制及被控对象模拟搭建。自控原理模拟电路模块10与传统的自动控制原理实验箱类似，集成了放大电路、稳压电路等模拟电路，完成基础、综合性自控原理实验；CAN总线模块8集成CAN控制芯片，完成CAN总线通信；串口模块5完成程序下载、RS232通信等功能；为便于观察调试，液晶显示模块7对测量数据实时显示。按键6为用户提供输入选择设置。

Claims (6)

1.一种自动控制原理实验箱，包括有箱体（11），箱体（11）内设有电源模块（１），其特征在于，电源模块（１）的输出端与ＣＰＵ主控模块（２）温箱控制模块（3）、水箱控制模块（4）、串口模块（5）、液晶显示模块（7）、CAN通信模块（8）、电机控制模块（9）和自动控制原理模拟电路模块（10）的电源输入端分别相连；ＣＰＵ主控模块（２）的输出/输入端与温箱控制模块（3）、水箱控制模块（4）、串口模块（5）、液晶显示模块（7）、CAN通信模块（8）、电机控制模块（9）的控制输入端/信号输出端相连；温箱控制模块（3）的信号输入来自于实际温箱，水箱控制模块（4）的信号输入来自于实际水箱；CAN通信模块（8）的信号输出端与箱体外部总线输出端相连，自动控制原理模拟电路模块（10）的输入端与电源模块（1）相连，自动控制原理模拟电路模块（10）的输出端与外接示波器相连。

2.根据权利要求1所述的一种自动控制原理实验箱，其特征在于，所述的ＣＰＵ主控模块（２）采用51单片机作为数字控制的主控芯片，作为数字控制的核心。

3.根据权利要求1所述的一种自动控制原理实验箱，其特征在于，所述的温箱控制模块（3）、水箱控制模块（4）采用11位高精度AD芯片，实现温度、水位的精确测量。

4.根据权利要求1所述的一种自动控制原理实验箱，其特征在于，所述的CAN通信模块（8）与其它实验箱的CAN通信模块或者外部CAN节点通过CAN控制器实现现场总线通信。

5.根据权利要求1所述的一种自动控制原理实验箱，其特征在于，所述的电机控制模块（9）采用对射式红外传感器、12位数字分辨率精密频率/电压转换芯片作为电机测速单元。

6.根据权利要求1所述的一种自动控制原理实验箱，其特征在于，所述的自动控制原理模拟电路模块（10）采用放大电路作为传统的模拟单元。

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