專利名稱：烤箱溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)教學(xué)課程的實(shí)驗(yàn)裝置，特別涉及一種計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)烤箱溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)的計(jì)算機(jī)教學(xué)課程中往往要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為適應(yīng)微型計(jì)算機(jī)原理類課程教學(xué)的需要，微型計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置成為高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生《計(jì)算機(jī)組成原理及應(yīng)用》、《計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)》、《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。但是，這些實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)還不能完全適應(yīng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要。比如在進(jìn)行烤箱溫度控制的實(shí)驗(yàn)時(shí)，現(xiàn)有的微機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置上的I/o接口電路無(wú)法完成溫度反饋閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。因其缺乏I)溫度變送器單元電路，無(wú)法將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成12位模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器能夠接收的電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象(烤箱)溫度的測(cè)量與顯示；2)執(zhí)行機(jī)構(gòu)固態(tài)繼電器SSR，無(wú)法實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)作用于被控對(duì)象(烤箱)，因此基于溫度反饋控制的實(shí)驗(yàn)教學(xué)就無(wú)法完成。
因此急需一種能夠使學(xué)生在《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中可以完成烤箱溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制實(shí)驗(yàn)的裝置。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠使學(xué)生在《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中可以完成烤箱溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制實(shí)驗(yàn)的裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的烤箱溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置，包括微處理器系統(tǒng)、溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制電路和烤箱，所述微處理器系統(tǒng)通過溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制電路與烤箱連接，所述溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制電路，用于獲取烤箱的溫度測(cè)量值后，并將溫度測(cè)量值與溫度設(shè)定值的偏差值作為控制信號(hào)來控制烤箱的實(shí)際溫度，使烤箱的加熱量與其散熱量在溫度設(shè)定值點(diǎn)上保持平衡。
進(jìn)一步，所述溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制電路包括溫度變送器單元、模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換單元、可編程并行輸入/輸出接口 8255A單元、固態(tài)繼電器SSR和控制器；所述溫度變送器單元，用于將鉬熱電阻PT100所感測(cè)到的溫度對(duì)應(yīng)的阻值轉(zhuǎn)換成A/D 轉(zhuǎn)換器能夠接收的電壓信號(hào)；所述模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換單元，用于將溫度變送器輸出的電壓轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；所述可編程并行輸入/輸出接口 8255A單元，用于將控制器計(jì)算出的控制輸出量轉(zhuǎn)換成一個(gè)控制周期中的占空比輸出；所述固態(tài)繼電器SSR，用于接收8255A單元送來的控制輸出量并作用于烤箱；所述控制器，用于接收及處理分析模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換單元輸出的信號(hào)并通過可編程并行輸入/輸出接口 8255A單元輸出控制輸出量。
進(jìn)一步，所述電壓信號(hào)為±5V的直流電壓信號(hào)。
進(jìn)一步，所述控制器采用計(jì)算機(jī)。進(jìn)一步，所述溫度變送器單元為將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的電路。進(jìn)一步，所述溫度變送器單元包括溫度檢測(cè)元件、R/V轉(zhuǎn)換電路和電壓放大電路； 所述溫度檢測(cè)元件，用于測(cè)量烤箱的溫度；
所述R/V轉(zhuǎn)換電路，用于將溫度檢測(cè)元件PT100熱電阻的阻值信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)； 所述電壓放大電路，用于將R/V轉(zhuǎn)換電路的電壓差信號(hào)轉(zhuǎn)換成的電壓信號(hào)。進(jìn)一步，所述微處理器系統(tǒng)是ro-32E微機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。進(jìn)一步,所述模數(shù)Α/D轉(zhuǎn)換單元為12位模數(shù)Α/D轉(zhuǎn)換單元。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明利用TO-32E微機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置完成溫度反饋閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，克服了 ro-32E微機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置上的I/O接口電路無(wú)法完成溫度反饋閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的缺陷，通過溫度檢測(cè)元件、溫度變送器單元、固態(tài)繼電器SSR和烤箱后就可以完成溫度反饋閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。其特點(diǎn)是1)充分利用在TO-32E微機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置上的類PCI插座空間和電源進(jìn)行擴(kuò)展；2)溫度變送器單元電路簡(jiǎn)單，成本低廉，其轉(zhuǎn)換精度取決于PT100熱電阻，電橋橋臂的其它3個(gè)電阻及放大電路反饋電阻的精度，實(shí)際運(yùn)用中可靈活掌握；4)利用TO-32E微機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置上的電源供電，使結(jié)構(gòu)更緊湊。
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中
圖1為溫度反饋閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)框 圖2為溫度變送器單元電路原理框 圖3為溫度變送器單元電路 圖4為改進(jìn)的TO-32E開放式微型計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖1為溫度反饋閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖，圖2為溫度變送器單元電路原理框圖，圖3為溫度變送器單元電路圖，如圖所示，圖中1)PT100是檢測(cè)溫度的鉬熱電阻，其作用是感測(cè)被測(cè)溫度，使其成為阻值的變化(阻值的變化符合國(guó)家頒布的鉬熱電阻PTlOO分度表)；2)電阻R3-1，電阻R3-2，電阻R6，鉬熱電阻ΡΤ100，電位器Wl組成一個(gè)電橋，其作用是將處于一個(gè)橋背的鉬熱電阻ΡΤ100的阻值變化轉(zhuǎn)換成為電橋的電壓輸出，實(shí)現(xiàn)R/V的轉(zhuǎn)換；3)電阻Rl-1和D3提供電橋的基準(zhǔn)電壓；放大器AR1，電阻R4-4，電阻R5-1，電位器W2，電容C2，電容C3組成一個(gè)放大電路，其作用是將電橋的輸出電壓轉(zhuǎn)換成為±5VDC電壓輸出；4) +12V, -12V電壓為放大器ARl和電橋提供供電電源。圖4為改進(jìn)的TO-32E開放式微型計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，圖中的SSR固態(tài)繼電器、電烤箱、溫度變送器和溫度檢測(cè)元件為原TO-32E微機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置中不具有的模塊。如圖所示本發(fā)明提供的烤箱溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置，包括微處理器系統(tǒng)、溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制電路和烤箱，本實(shí)施例提供的微處理器系統(tǒng)采用TO-32E微機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。所述微處理器系統(tǒng)通過溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制電路與烤箱連接，所述溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制電路，用于獲取烤箱的溫度測(cè)量值后，并將溫度測(cè)量值與溫度設(shè)定值的偏差值作為控制信號(hào)來控制烤箱的實(shí)際溫度，使烤箱的加熱量與其散熱量在溫度設(shè)定值點(diǎn)上保持平衡。
所述溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制電路包括溫度變送器單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、可編程并行輸入 /輸出接口 8255A單元、固態(tài)繼電器SSR和計(jì)算機(jī)，所述溫度變送器單元，用于將鉬熱電阻PT100所感測(cè)到的溫度對(duì)應(yīng)的阻值轉(zhuǎn)換成12位模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器能夠接收的±5VDC的電壓信號(hào)；所述12位模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換單元，用于將溫度變送器輸出的電壓轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量； 所述可編程并行輸入/輸出接口 8255A單元，用于將計(jì)算機(jī)計(jì)算出的控制輸出量轉(zhuǎn)換成一個(gè)控制周期中的占空比輸出；所述固態(tài)繼電器SSR，用于I)接收可編程并行輸入/輸出接口 8255A單元送來的控制輸出量作用于被控對(duì)象(烤箱);2)隔離可編程并行輸入/輸出接口 8255A輸出的弱電信號(hào)與加熱烤箱的220VAC強(qiáng)電信號(hào)；所述計(jì)算機(jī)，用于I)接收12位模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換單元輸出的信號(hào)；2)通過可編程并行輸入/輸出接口 8255A單元輸出控制輸出量；3)實(shí)現(xiàn)控制算法的計(jì)算；4)顯示參數(shù)，接收鍵盤數(shù)據(jù)；所述烤箱，用于承擔(dān)被控對(duì)象的角色；所述溫度變送器單元為將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的電路。
所述溫度變送器單元包括溫度檢測(cè)元件、R/V轉(zhuǎn)換電路和電壓放大電路；所述溫度檢測(cè)元件，用于測(cè)量被控對(duì)象(烤箱)的溫度；所述R/V轉(zhuǎn)換電路，用于將溫度檢測(cè)元件鉬熱電阻PT100的阻值信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào);所述電壓放大電路，用于將R/V橋路轉(zhuǎn)換的電壓差信號(hào)轉(zhuǎn)換成±5VDC的電壓信號(hào)。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.烤箱溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置，其特征在于包括微處理器系統(tǒng)、溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制電路和烤箱，所述微處理器系統(tǒng)通過溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制電路與烤箱連接，所述溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制電路，用于獲取烤箱的溫度測(cè)量值后，并將溫度測(cè)量值與溫度設(shè)定值的偏差值作為控制信號(hào)來控制烤箱的實(shí)際溫度，使烤箱的加熱量與其散熱量在溫度設(shè)定值點(diǎn)上保持平衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的烤箱溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置，其特征在于所述溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制電路包括溫度變送器單元、模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換單元、可編程并行輸入/輸出接口 8255A單元、固態(tài)繼電器SSR和控制器；所述溫度變送器單元，用于將鉬熱電阻所感測(cè)到的溫度對(duì)應(yīng)的阻值轉(zhuǎn)換成A/D轉(zhuǎn)換器能夠接收的電壓信號(hào)；所述模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換單元，用于將溫度變送器輸出的電壓轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；所述可編程并行輸入/輸出接口 8255A單元，用于將控制器計(jì)算出的控制輸出量轉(zhuǎn)換成一個(gè)控制周期中的占空比輸出；所述固態(tài)繼電器SSR，用于接收可編程并行輸入/輸出接口 8255A單元送來的控制輸出量并作用于烤箱；所述控制器，用于接收及處理分析模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換單元輸出的信號(hào)并通過可編程并行輸入/輸出接口 8255A單元輸出控制輸出量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的烤箱溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置，其特征在于所述電壓信號(hào)為士 5V的直流電壓信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的烤箱溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置，其特征在于所述控制器采用計(jì)算機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的烤箱溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置，其特征在于所述溫度變送器單元為將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的烤箱溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置，其特征在于所述溫度變送器單元包括溫度檢測(cè)元件、R/V轉(zhuǎn)換電路和電壓放大電路；所述溫度檢測(cè)元件，用于測(cè)量烤箱的溫度；所述R/V轉(zhuǎn)換電路，用于將溫度檢測(cè)元件鉬熱電阻的阻值信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；所述電壓放大電路，用于將R/V轉(zhuǎn)換電路的電壓差信號(hào)轉(zhuǎn)換成的電壓信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的烤箱溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置，其特征在于所述微處理器系統(tǒng)是Η)-32Ε微機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的烤箱溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置，其特征在于所述模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換單元為12位模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換單元。全文摘要
本發(fā)明公開了一種烤箱溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置，包括微處理器系統(tǒng)、溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制電路和烤箱，所述微處理器系統(tǒng)通過溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制電路與烤箱連接，所述溫度反饋?zhàn)詣?dòng)控制電路，用于獲取烤箱的溫度測(cè)量值后，并將溫度測(cè)量值與溫度設(shè)定值的偏差值作為控制信號(hào)來控制烤箱的實(shí)際溫度，使烤箱的加熱量與其散熱量在溫度設(shè)定值點(diǎn)上保持平衡。本發(fā)明利用PD-32E微機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置完成溫度反饋閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，克服了PD-32E微機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置上的I/O接口電路無(wú)法完成溫度反饋閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的缺陷，通過溫度檢測(cè)元件、溫度變送器單元、8255A單元、固態(tài)繼電器SSR和烤箱后就可以完成溫度反饋閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。
文檔編號(hào)G09B25/02GK102982721SQ201210537839
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者游紀(jì)原, 黃勤, 李楠, 王延川, 吳傳生, 時(shí)穎, 胡青 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)