CN202736358U - 数字调节器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种数字调节器，包括AVR M16单片机，输入转换单元，输出转换单元，按键控制单元，参数显示单元，状态指示单元，继电器输出单元，环温检测单元以及开关电源；通过所述数字调节器的各功能单元，将单片机的主要技术以及单片机课程以所述智能数字调节器的设计制作为主线进行系统化，实现基于工作过程的教学。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种数字调节器。
背景技术
现代科技的发展，促进了计算机技术在软件和硬件上的飞速发展，一些院校在单片机教学建设中，以仿真软件Proteus和单片机软件调试环境为核心，整合构建单片机虚拟实验平台。在这个虚拟实验平台上可以将单片机芯片和外围电路按实验要求和设计原理，虚拟出一个与现实相同的实验系统，进而在这个系统上完成整个实验。与传统实验模式相比，虚拟实验具有比较明显的优势。例如，涉及的实验内容全面，硬件投入少，学生可随时随地自行实验，实验过程中损耗小。但是，仿真软件Proteus的仿真功能十分强大，组件很多，指令繁杂，学生在短时间内不容易入门。而且这样的虚拟软件实验平台不适合于高职教学，因为这种虚拟的实践环境与实际工程毕竟存在不小的差距，不容易积累解决实际工程问题的经验，往往不符合高职教学中“以职业行为获得知识”的认知规律。
纯虚拟仿真平台不容易积累解决实际工程问题的经验，不符合高职教学中“以职业行为获得知识”的认知规律，缺少一种包含大部分单片机内容，适合做大型基于工作过程教学的装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种数字调节器，“智能数字调节器”为大型项目教学装置，该装置有机地融合了单片机的主要技术。单片机课程内容可以该智能数字调节器的设计制作为主线进行系统化，实现基于工作过程的教学。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种数字调节器，包括AVR M16单片机，输入转换单元，输出转换单元，按键控制单元，参数显示单元，状态指示单元，继电器输出单元，环温检测单元以及开关电源；所述输入转换单元用于将外部输入信号转换为0-5V电压信号并输入至AVR M16单片机的模数转换器，所述输出转换单元用于将AVR M16单片机输出电压信号转换为电流信号输出，所述按键控制单元通过输入按键信号进行数字调节器的参数设置，所述参数显示单元与状态指示单元用于显示调节参数的数值以及调节器工作状态；AVR M16单片机输出的控制信号控制所述继电器输出单元的触点吸合并与外部电路连通；环温检测单元将温度检测信号输入AVR M16单片机；开关电源用于为上述功能单元提供±12V和+5V电源。
所述按键控制单元、参数显示单元和状态指示单元位于所述数字调节器的前面板，所述AVR M16单片机、输入转换单元，输出转换单元，继电器输出单元和环温检测单元位于主控板。
所述输入转换单元包括将4-20mA电流信号转换为0-5V电压信号的第一输入转换电路、将0-50mV电压信号放大为0-5V电压信号的第二输入转换电路，以及将温度传感信号变换为0-5V电压信号的第三输入转换电路。
所述输出转换单元为将0-5V电压信号转换为4-20mA电流信号的输出转换电路。
所述参数显示单元包括液晶显示模块和数码管显示模块，所述状态指示单元为发光二极管。
所述AVR M16单片机通过SPI总线连接数码管显示模块中的数码管驱动芯片，所述数码管驱动芯片通过SPI总线连接数码管控制输入端。
采用本实用新型的技术方案，有机地融合了单片机的主要技术，单片机课程内容以该智能数字调节器的设计制作为主线进行系统化，实现基于工作过程的教学。
附图说明
图1是本实用新型具体实施方式提供的数字调节器的硬件结构示意图。
图2是本实用新型具体实施方式提供的数字调节器的前面板示意图。
图3是本实用新型具体实施方式提供的数字调节器的前面板尺寸示意图。
图4是本实用新型具体实施方式提供的数字调节器的后面板的结构及尺寸示意图。
图5是本实用新型具体实施方式提供的数字调节器的后支架的结构及尺寸示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
图1是本实用新型具体实施方式提供的数字调节器的硬件结构示意图。如图1中的AVR M16单片机，左侧为输入端，右侧为输出端。
输入端A2-A4口连接输入转换单元，所述输入转换单元包括三种输入转换电路，分别为将4-20mA电流信号转换为0-5V电压信号的第一输入转换电路，将0-50mV电压信号放大为0-5V电压信号的第二输入转换电路，以及将温度传感信号变换为0-5V电压信号的第三输入转换电路，将转换后的电压信号输入至AVR M16单片机的A2-A4（ADC2-ADC4）口（模数转换器）。上述三种输入转换电路中均包含双运算放大器TL082。
输入端B0-B3以及D2连接按键控制单元，其中B0为XCK/T0（T/C0外部计数器和USART时钟输入），B1为T1（T/C1外部计数器输入），B2为INT2/AIN0（外部中断2输入和模拟比较正输入），B3为OC0/AIN1（T/C0输出比较匹配输出和模拟比较负输入），D2为INT0（外部中断0输入）。
输入端A7连接环温检测单元，A7为ADC7（模数转换器），所述环温检测单元包括数字温度传感器DS18B20。
输入端B5通过SPI总线连接数码管显示模块中的数码管驱动芯片7219A，B5为MOSI（SPI总线的主机输出从机输入）。所述数码管驱动芯片7219A通过SPI总线连接数码管控制输入端。此处B5亦可作为其他下载口的输入引脚。
所述开关电源连接将交流220V转换为直流±12V电压，+12V电压通过稳压芯片7805变换为+5V直流输出至所述AVR M16单片机。
输出端C0-C2、C4-C7连接液晶显示模块，其中C0为SCL（IIC总线串行时钟），C1为SDA（IIC总线串行数据），C2为TCK（JTAG测试时钟输入），C4为TDO（JTAG测试数据输出），C5为TDI（JTAG测试数据输入），C6为TOSC1（定时振荡器1），C7为TOSC2（定时振荡器2）。
输出端B4、B6、B7通过SPI总线连接数码管显示模块中的数码管驱动芯片7219A，其中B4为SS（SPI从机选择），B6为MISO（SPI总线的主机输入从机输出），B7为SCK（SPI总线的串行时钟）。
输出端D0、D1、D4、D6、D7、C3连接状态指示单元，其中D0为RXD（USART输入），D1为TXD（USART输出），D4为OC1B（T/C1输出比较B匹配输出），D6为ICP（T/C1输入捕捉），D7为OC2（T/C2输出比较匹配输出），C3为TSM（JTAG测试模式选择）。
输出端A0、A1与继电器输出单元中的驱动电路连接，所述驱动电路采用三极管9013为驱动元件，控制K1、K2的吸合。其中A0、A1为ADC0和ADC1（模数转换器）。
输出端D5连接输出转换单元，所述输出转换单元为0-5V电压信号转换为4-20mA电流信号的输出转换电路，所述输出转换电路包含双运算放大器TL082。D5为OC1A（T/C1输出比较A匹配输出）。
AVR M16单片机的A5（ADC5）、A6（ADC6）以及D3（INT1）用来进行I/O口的扩展，用于保证单片机与外设的速度匹配、输出数据锁存以及输入数据缓冲。
所述按键控制单元、参数显示单元和状态指示单元位于所述数字调节器的前面板，如图2所示，从上至下依次为液晶显示模块，状态指示单元，数码管显示模块和按键控制单元。
所述参数显示单元包括液晶显示模块与数码管显示模块，数码管显示模块又进一步分为PV窗口和SV窗口两部分。在自动调节时，在PV窗口显示被测量的值；在SV窗口显示设定值；在液晶显示器显示相应的信息和单位等；在切为手动调节时，PV窗口依然显示被测量的值；在SV窗口显示手动输出值；在液晶显示器显示相应的信息等；在设置调节器参数时，在PV窗口显示设置的参数名，例SL0，在SV窗口显示具体的参数值；在液晶显示器显示此参数的具体信息及设置范围等。
所述状态指示单元，包括六个发光二极管，当手/自动变量am=1时，手/自动状态灯A/M亮；当变量字节变量sl0=0时，热电偶指示灯K亮；当字节变量sl0=1时，电流指示灯V/I亮；字节变量sl0=2时，热电阻指示灯PT100亮；当PV的测量值小于低限阈值al时，低限报警指示灯AL1亮；当变量PV大于高限阈值ah时，高限报警指示灯AL2亮。
将变量CLK设置为设定参数禁锁，其设定值与对应说明如下表所示。在调节器运行状态下，当CLK设为“0”时，将SET键和<键一起按下后进入一级参数设置，依次按SET键进行各参数和参数值的循环显示；按<键移动小数点位置；△、
键可修改参数值。若将CLK改为“132”，然后将SET键和<键一起按下，即可进入二级参数设置菜单，依次按SET键进行各参数和参数值的循环显示；按<键移动小数点位置；△、键可修改参数值。若将CLK改为“1”，然后将SET键和<键一起按下，可直接退出参数设置状态。若将CLK改为“12”，然后将SET键和<键一起按下，即可进入时间设置状态，按△、
键可修改时间变量“小时”和“分钟”的数值。若CLK为其它值时，调节器处于禁锁状态，所有参数不可修改。若超过1分钟无按键动作的话，则调节器自动回到测量状态。
所述AVR M16单片机、输入转换单元，输出转换单元，继电器输出单元和环温检测单元位于主控板，所述主控板为PCB电路板。开关电源为另一块独立的PCB电路板通过电源总线与主控板电路电连接，主控电路板与开关电源电路板共同位于主板中。
本实用新型具体实施方式所述的数字调节器，包括前面板以及贴膜，后面板，后支架，主板，焊接支架以及外壳，所述数字调节器前面板、后面板，后支架的尺寸如图3至图5所示。
可通过上述数字调节器的制作过程，将单片机的主要技术以及单片机课程内容系统化，实现基于工作过程的教学。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种数字调节器，其特征在于，包括AVR M16单片机，输入转换单元，输出转换单元，按键控制单元，参数显示单元，状态指示单元，继电器输出单元，环温检测单元以及开关电源；所述输入转换单元用于将外部输入信号转换为0-5V电压信号并输入至AVR M16单片机的模数转换器，所述输出转换单元用于将AVR M16单片机输出电压信号转换为电流信号输出，所述按键控制单元通过输入按键信号进行数字调节器的参数设置，所述参数显示单元与状态指示单元用于显示调节参数的数值以及调节器工作状态；AVR M16单片机输出的控制信号控制所述继电器输出单元的触点吸合并与外部电路连通；环温检测单元将温度检测信号输入AVR M16单片机；开关电源用于为上述功能单元提供±12V和+5V电源。
2.根据权利要求1所述的数字调节器，其特征在于，所述按键控制单元、参数显示单元和状态指示单元位于所述数字调节器的前面板，所述AVR M16单片机、输入转换单元，输出转换单元，继电器输出单元和环温检测单元位于主控板。
3.根据权利要求1所述的数字调节器，其特征在于，所述输入转换单元包括将4-20mA电流信号转换为0-5V电压信号的第一输入转换电路、将0-50mV电压信号放大为0-5V电压信号的第二输入转换电路，以及将温度传感信号变换为0-5V电压信号的第三输入转换电路。
4.根据权利要求1所述的数字调节器，其特征在于，所述输出转换单元为将0-5V电压信号转换为4-20mA电流信号的输出转换电路。
5.根据权利要求1所述的数字调节器，其特征在于，所述参数显示单元包括液晶显示模块和数码管显示模块，所述状态指示单元为发光二极管。
6.根据权利要求5所述的数字调节器，其特征在于，所述AVR M16单片机通过SPI总线连接数码管显示模块中的数码管驱动芯片，所述数码管驱动芯片通过SPI总线连接数码管控制输入端。
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Cited By (1)
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| CN105894918A (zh) * | 2014-12-22 | 2016-08-24 | 南京化工职业技术学院 | 一种用于教学培训的数字调节器装置及实现方法 |
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2012
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