多功能综合虚拟教学实验平台的制作方法

本实用新型涉及大中专院校的传感器、虚拟仪器类课程实验的教学教具领域，尤其是多功能综合虚拟教学实验平台。

背景技术：

最早于上世纪90年代又美国国家仪器(National Instrument)公司提出概念；主要思想是利用模块化的硬件，结合软件完成各种测试、测量和自动化应用；使测控领域充分利用计算机技术发发展，带来仪器技术的革新；

虚拟仪器一般分为软件和硬件两部分，软件一般采用的是NI的LabView；硬件则多种多样，本实用新型就是对虚拟仪器硬件的创新。

现有的硬件方案多为整体式结构，把所有功能集成在一块主板上，一旦选定了型号功能就固定了；或者是采用模块化硬件，但硬件模块脱离了主板不能单独运行。

对于目前这种采用集成式设计的虚拟仪器实验设备来说，使用者无法根据需求进行选配，且功能比较固定，无法进行升级和二次开发，缺乏灵活性和一些技术基础性实验，造成使用门槛过高。在教学领域，现有虚拟硬件实验平台主要缺点有“功能单一”，“缺乏灵活性”，“使用门槛过高”等缺陷。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种包含标准机箱、控制板卡、高速区板卡、低速区板卡和综合实验面板等，能够随时进行扩展，并且功能板卡能够独立运行，功能多样、结构紧凑、现代化程度高的多功能综合虚拟教学实验平台。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：多功能综合虚拟教学实验平台，包括标准机箱和综合实验面板，所述标准机箱底部嵌入通信主板，标准机箱上设有控制板卡插槽、高速区板卡插槽和低速区板卡插槽，控制板卡、高速区板卡和低速区板卡分别插入控制板卡插槽、高速区板卡插槽和低速区板卡插槽内；综合实验面板与标准机箱连接。

作为本实用新型的进一步方案：所述标准机箱采用标准工控3U机箱，其底部设有通信主板。

作为本实用新型的进一步方案：所述控制板卡的主控器为Cortex-M4处理器，设有USB、以太网、RS232通信接口，连接PC端和显示器。

作为本实用新型的进一步方案：所述高速区板卡包括高速ADC板卡、高速DAC板卡和高速数字输入板卡三种板卡。

作为本实用新型的进一步方案：所述低速区板卡包括可调电源板卡、万用表板卡和综合测试板卡三种板卡。

作为本实用新型的进一步方案：所述综合实验面板上设有68Pin的高密度接口，通过68Pin连接线与综合测试板卡相连，该综合实验面板上安装数个实验模块，包含有八个按键、八个拨码开关、八个LED、两个电位器、两个编码器、三个电源接口、三个传感器扩展接口、两个继电器、两个数码管、一个直流风扇和一个面包板。

作为本实用新型的进一步方案：所述综合实验面板上还设有电流调节旋钮、电压调节旋钮、直流电机步进电机舵机信号输入接口、步进电机输出接口和舵机输出接口。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该多功能综合虚拟教学实验平台具有以下优点：一、采用机箱加板卡式结构，可以根据需求自由搭配硬件平台；二、功能丰富，不但含虚拟仪器比不可少的高速ADC板卡、高速DAC板卡、高速数字输入板卡、可调电源板卡、万用表板卡，还含有非常实验高校学生入门所使用的综合测试板卡；三、接口丰富：提供USB、以太网、RS232通信接口与PC端虚拟软件进行通信。

本实用新型包含标准机箱、控制板卡、高速区板卡、低速区板卡和综合实验面板等，能够随时进行扩展，并且功能板卡能够独立运行，功能多样、结构紧凑、现代化程度高、成本较低，能够更好的满足各高校相关专业对硬件平台的需求，值得大力推广。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的整体示意图；

图3为本实用新型的工作原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，本实用新型实施例中，多功能综合虚拟教学实验平台，包括标准机箱1和综合实验面板5，所述标准机箱1底部嵌入通信主板，标准机箱1上设有控制板卡插槽、高速区板卡插槽和低速区板卡插槽，控制板卡2、高速区板卡3和低速区板卡4分别插入控制板卡插槽、高速区板卡插槽和低速区板卡插槽内；综合实验面板5与标准机箱1连接；

标准机箱1采用标准的工控3U机箱，其底部为通信主板，主板上设有控制板卡插槽、高速区板卡插槽以及低速区板卡插槽。(开放式体系机构，可以根据需求自由搭配硬件模块)；

控制板卡2采用高性能、低功耗的Cortex-M4处理器作为主控器，提供USB、以太网、RS232通信接口与PC端进行通信，并提供4.3寸LCD显示屏支持完备的人机交互

高速区板卡3包括高速ADC板卡、高速DAC板卡和高速数字输入板卡三种板卡，三种板卡硬件结构都是通过FPGA加功能芯片实现的；其中高速ADC板卡的采样速率为250MSa/s、分辨率为8bit、通道数为2通道；高速DAC板卡的采样率为275MSa/s、分辨率为12bit、通道数为2通道；高速数字输入板卡的采样率为200MSa/s、通道数为16通道。(体现功能丰富)

低速区板卡4包括可调电源板卡、万用表板卡和综合测试板卡三种板卡，三种板卡都是通过嵌入式系统实现；其中可调电源板卡能够同时输出2路0-12V电压源；万用表板卡 能够对电压、电流、电阻、电容、二极管进行测量；综合测试板卡包含8路12bit的模拟采样通道、16路数字输入通道、16路数字输出通道。(体现功能丰富)

综合实验面板5采用68Pin的高密度接口17，综合实验面板5上提供的实验模块包含：八个按键6、八个拨码开关7、八个LED8、两个电位器9、两个编码器10、三个电源接口11、三个传感器扩展接口12、两个继电器13、两个数码管14、一个直流风扇15和一个面包板16，通过68Pin连接线与综合测试板卡相连。(体现功能丰富)。

进一步，所述综合实验面板5上还设有电流调节旋钮18、电压调节旋钮19、直流电机步进电机舵机信号输入接口20、步进电机输出接口21和舵机输出接口22。

本实用新型的结构特点及其优点：一、采用机箱加板卡式结构，可以根据需求自由搭配硬件平台；

二、功能丰富，不但含虚拟仪器比不可少的高速ADC板卡、高速DAC板卡、高速数字输入板卡、可调电源板卡、万用表板卡，还含有非常实验高校学生入门所使用的综合测试板卡。

三、接口丰富：提供USB、以太网、RS232通信接口与PC端虚拟软件进行通信。

本实用新型的具体运行的实施过程：一、确认标准机箱1没有上电，将高速ADC板卡、高速DAC板卡、高速数字输入板卡插到高速区插槽中，将可调电源板卡、万用表板卡、综合测试板卡插到低速区插槽中。

二、标准机箱1背面接入220V标准市电，打开电源，并等待设备启动完成；

三、用标准的方口USB数据线或交叉串口线或网线将控制板卡2与PC连接起来，在控制板卡2的LCD触摸屏上选择相应的板卡并给其上电。

四、在PC端运行板卡相应的程序。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新 型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。