CN202153409U - 一种机械工程教学用吹摆实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种机械工程教学用吹摆实验装置，包括底座，底座上安放有吹板支架和风扇支架，吹板通过旋转轴连接吹板支架，转轴端安放有角度传感器，风扇支架上安放风扇，底座内设有分别运动控制卡和为其供电的电源，运动控制卡分别连接角度传感器、风扇和上位机。本实用新型利用角度传感器测量吹板角度信号，利用运动控制卡完成硬件与PC机的通信以及风扇速度控制，利用上位机程序完成自动控制。整个装置结构简单，成本低廉，具有很好的机械工程控制实验教学效果。
Description
所属技术领域
本实用新型涉及一种机械工程教学用吹摆实验装置。
背景技术
《机械工程控制基础》是机械类的核心基础课，其理论性强、所涉及到的数学基础比较广泛、抽象概念多、学生学习起来较为枯燥。因此，迫切需要在教学过程中通过实验的方式将抽象的理论可视化，帮助学生学习基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力。
目前，进行机械工程控制实验教学的系统一般有球杆系统、倒立摆系统等等，对于大多数高校而言这些系统价格较为昂贵，高校实验室拥有的数量较少，学生进行实验时资源较为匮乏，大大降低了实验预期效果。
发明内容
为了克服现有教学控制实验系统价格昂贵的缺陷，本实用新型提供了一种结构简单、成本低廉的吹摆系统。
一种机械工程教学用吹摆实验装置，包括底座1，其特征在于，底座1上安放有吹板支架4和风扇支架6，吹板2通过旋转轴连接吹板支架4，转轴端安放有角度传感器3，风扇支架6上安放风扇5，底座1内设有运动控制卡和为其供电的电源，运动控制卡分别连接角度传感器3、风扇5和上位机。
本实用新型的技术效果体现在：利用角度传感器测量吹板角度信号，利用运动控制卡完成硬件与PC机的通信以及风扇速度控制，利用上位机程序完成自动控制。整个装置结构简单，成本低廉，具有很好的机械工程控制实验教学效果。
附图说明
图1是吹摆系统总体结构图；
图2是吹摆系统控制流程图；
图3是吹摆系统机械结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，实施例主要由三部分组成：PC机上主要是上位机控制程序，主要包括角度采集模块、控制器模块、执行模块；运动控制卡负责PC机与底层硬件通信，运动控制卡上有两个单片机，第一单片机负责采集吹板摆动角度值，然后通过TWI总线传给第二单片机，第二单片机通过TWI中断接受角度值，判断角度值是否改变，一旦改变，则通过串口发送给上位机程序，上位机通过串口发指令给第二单片机，第二单片机通过把接收的数据赋值给PWM控制寄存器来改变PWM占空比，从而改变风扇转速，改变摆件角度；硬件部分的风扇提供动力，吹板角度能根据风力值大小进行变化。吹板的角度值能通过编码器测出。
上位机控制程序的设计根据控制实验负反馈基本原理，首先将采集到的数据与设定数据进行比较，求出偏差，然后将偏差输入到控制器，将计算结果输入到指令发送模块，根据计算之后的结果发送相应的控制指令，改变风扇转速，从而影响吹板角度。图2为系统控制流程图，运动控制卡上电后，第一单片机开始采集编码器反馈的角度值，并将该角度值发送到第二单片机，判断角度值发生变化与否，第二单片机决定是否将吹板的角度通过串口发送到上位机，上位机角度采集模块判断下位机是否传输数据上来，如果有数据上来，那么先将该数据保存到一个静态变量中并传递给下一个模块；如果没有数据上来，就将特殊变量中之前保存在静态变量中的角度数据传递给下一个模块。然后根据目标角度与当前角度求出偏差，输入到控制器中进行运算并将运算结果传递到执行模块，执行模块发送相应的指令，通过单片机改变PWM占空比，从而改变电机转速和吹板角度。以此形成一个闭环控制。
图3是吹摆系统的机械结构模型图，底座1内部为安放有电源，运动控制卡，与其直接接触的放有吹板支架4和风扇支架6，吹板支架固定在底座一端，其上安有吹板2，与吹板旋转轴相连的是编码器(3)，安放在风扇支架上的风扇可以随风扇支架一起在底座上移动，从而可以调节作用在吹板上的最大风力，同时，还可以调节风扇的高度从而改变风力在吹板上的作用中心。
风扇支架设计主要考虑风扇位置的可调节性，一方面可以调节风扇的高度，另一方面可以调节风扇和吹板的距离；吹板支架设计时主要考虑传感器安装规范，合理安排弹性联轴器和轴承；底座的设计考虑了相关设计规范，开关和指示灯等采用工业标准件，另外因为选用的微机电源主要通过对流散热，所以底座上设计了散热孔和标准散热风扇的安装孔设计考虑了相关设计规范，开关和指示灯等采用工业标准件，另外因为选用的微机电源主要通过对流散热，所以底座上设计了散热孔和标准散热风扇的安装孔。
Claims (2)
1.一种机械工程教学用吹摆实验装置，包括底座(1)，其特征在于，底座(1)上安放有吹板支架(4)和风扇支架(6)，吹板(2)通过旋转轴连接吹板支架(4)，转轴端安放有角度传感器(3)，风扇支架(6)上安放风扇(5)，底座(1)内设有运动控制卡和为其供电的电源，运动控制卡分别连接角度传感器(3)、风扇(5)和上位机。
2.根据权利要求1所述的机械工程教学用吹摆实验装置，其特征在于，所述运动控制卡由两个总线连接的单片机构成。
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| CN201120241380XU CN202153409U (zh) | 2011-07-08 | 2011-07-08 | 一种机械工程教学用吹摆实验装置 |
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| CN202153409U true CN202153409U (zh) | 2012-02-29 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107515985A (zh) * | 2017-08-24 | 2017-12-26 | 上海工程技术大学 | 一种用于低压断路器振动激励失效的力学分析方法 |
| CN108154785A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-06-12 | 华南理工大学广州学院 | 一种风板控制装置及控制方法 |
| CN108648596A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-10-12 | 中国计量大学 | 一种利用单片机和网络3d技术的半虚拟倒立摆系统 |
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2011
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