一种基于以太网的程控电阻及风机半实物仿真平台的制作方法

本实用新型涉及半实物仿真技术领域，尤其涉及一种基于以太网的程控电阻及风机半实物仿真平台。

背景技术：

半实物仿真技术是指将控制器实物与在计算机上实现的控制对象仿真模型连接在一起进行联合仿真的技术。在风机半实物仿真中，温度是实时动态变化的一种物理量，需要使用传感器进行温度的采集。PT100温度传感器被广泛应用于工业生产中温度参数的监测，这是一种标准化仪表，其原理是将温度的变化情况转化成电阻信号输出，在半实物仿真技术中，通常采用电阻值模拟温度信号。程控电阻通过对电阻值的调节实现模拟PT100采集的温度信号的动态变化。半实物仿真平台中，通常使用电位器手动调节和基于单片机的程控电阻两种方案，对于电位器手动调节具有实时性差，控制不方便，而且电阻值的精度较低。对于以单片机为主控的程控电阻，虽然解决了实时性和控制操作方便的问题，但是风机半实物仿真平台，通过CPU发送网络包完成电阻值的控制，需要运算速度较快的主控完成数据的处理，这点基于单片机的程控电阻也是无法做到的。

技术实现要素：

为解决现有技术中的上述问题，本实用新型提供一种能通过外部上位机软件控制程控电阻阻值的自动调节、阻值精度高且运算高效，与半实物仿真平台接口兼容的一种基于以太网的程控电阻及风机半实物仿真平台。

本实用新型的技术方案如下：一种基于以太网的程控电阻，包括以太网接口、以太网通信芯片、主控芯片、驱动电路；所述以太网通信芯片通过以太网接口接收控制指令，并将所述控制指令传输给主控芯片；所述主控芯片根据控 制指令对所述驱动电路输出控制信号，所述驱动电路根据所述控制信号输出电阻值。

对上述方案的进一步改进，所述主控芯片为可编程逻辑控制器。

对上述方案的进一步改进，所述可编程逻辑控制器为FPGA芯片或STM32芯片。

对上述方案的进一步改进，所述驱动电路包括一串入并出芯片。

对上述方案的进一步改进，所述驱动电路还包括若干组继电器和发光二极管，所述发光二极管指示所述继电器的通断。

对上述方案的进一步改进，所述继电器为线圈继电器。

对上述方案的进一步改进，所述电阻值的输出范围为0.25-255.75欧姆。

一种风机半实物仿真平台，包括一具有以太网接口的上位机，用于模拟风机运行系统，所述上位机通过以太网接口与上述所述的程控电阻连接，所述程控电阻的电阻值在所述上位机上显示。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1、程控电阻可通过网口由外部程序控制电阻阻值自动调节，解决了以往需要通过手动调节电位器，费时费力的问题。

2、通过设置FPGA芯片或STM32芯片的主控芯片，程控电阻具有精度高，控制速度快，程控电阻接口与半实物仿真平台接口兼容，实现风机半实物仿真平台的所有风机温度的模拟。

3、基于TCP/IP协议，通用性强，采用的接口可以直接插拔，操作方便。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方式所涉及的程控电阻结构示意图；

图2为本实用新型一种实施方式所涉及的风机半实物仿真平台示意图；

图3为本实用新型一种实施方式所涉及的半实物仿真流程图；

图示说明：

1、程控电阻；11、以太网接口；12、以太网通信芯片；13、主控芯片；14、驱动电路；2、上位机。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，为本实用新型之程控电阻结构示意图：一种基于以太网的程控电阻1，包括以太网接口11、以太网通信芯片12、主控芯片13、驱动电路14；所述以太网通信芯片12通过以太网接口11接收控制指令，并将所述控制指令传输给主控芯片13；所述主控芯片13根据控制指令对所述驱动电路14输出控制信号，所述驱动电路14根据所述控制信号输出电阻值，与现有技术相比，本实用新型的程控电阻基于以太网与外界进行通信，程控电阻可通过网口由外部程序控制电阻阻值自动调节，解决了以往需要通过手动调节电位器，费时费力的问题，为半实物仿真技术提供了极大的方便。

具体的，主控芯片13可以为可编程逻辑控制器，具体的可以采用FPGA芯片或STM32芯片，提高控制准确率和数据处理速度。其中，FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。采用STM32做主控芯片，外围搭载网络芯片，串口转并口芯片，可以实现控制。STM32芯片是基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核，按内核架构分为不同产品：“增强型”系列、“基本型”系列和“互联型”系列。

优选的，驱动电路14包括一串入并出芯片，本实用新型实施例中的串入并出芯片为MC74HC595芯片，可以驱动多路电阻值的输出。其中，MC74HC595芯片是一种8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻、关、断三种状态，可以直接清除100MHz的移位频率输出能力并行输出，总线驱动串行输出，其中，移位寄存器和存储器是分别的时钟。

进一步的，所述驱动电路14还包括若干组继电器和发光二极管，发光二极管指示继电器的通断，发光二极管的限流电阻是2K欧姆，起到保护发光二极管的作用；进一步的，所述继电器为线圈继电器，线圈继电器的电阻值误差非常小，只有50毫欧姆，为程控电阻阻值提高了精度，此外，程控电阻中还设置了 二极管，起到保护继电器的线圈的作用，为线圈反向放电提供通路。

进一步的，所述电阻值的输出范围为0.25-255.75欧姆，选用0.1％的精密电阻，可以每次步进0.25欧姆的阻值调节，提高了阻值精度。

工作原理：以本实用新型实施例FPGA主控芯片，MC74HC595芯片驱动电路为例，FPGA主控芯片将外界上位机的控制信号，通过串行信号线传送到MC74HC595芯片的信号输入端，MC74HC595芯片通过内部的移位寄存器，经8个时钟脉冲后，将信号输出到程控电阻继电器的线圈一端，通过控制串行数据的电平高低来达到控制线圈的通断，通电后的线圈具有磁性，控制触点的通断，从而达到控制电阻阻值的目的，MC74HC595芯片能同时实现驱动十六路的电阻输出。本实施例中，每路程控电阻的分辨率为0.25欧姆，电阻值输出范围为0.25～255.75欧姆，可以对应温度-259.73℃～425.42℃。

如图2所示本实用新型的风机半实物仿真平台示意图，风机半实物仿真平台包括一具有以太网接口的上位机2，用于模拟风机运行系统，上位机2通过以太网接口与上述的程控电阻1连接，本实施例中以太网接口为RJ45接口为例，上位机2将程控电阻阻值可编程输入通过RJ45接口发送给以太网芯片W5100，其中，W5100是一款多功能的单片网络接口芯片，内部集成有10/100Mbps以太网控制器，主要应用于高集成、高稳定、高性能和低成本的嵌入式系统中。W5100提供3种接口:直接并行总线、间接并行总线和SPI总线。W5100与MCU接口非常简单，就像访问外部存储器一样。

以太网芯片W5100将控制指令发送给FPGA主控芯片，FPGA主控芯片通过一根串行信号线传送到MC74HC595芯片的信号输入端，MC74HC595芯片通过内部的移位寄存器，经8个时钟脉冲后，将信号输出到程控电阻继电器的线圈一端，通过控制串行数据的电平高低来达到控制线圈的通断，通电后的线圈具有磁性，控制触点的通断，从而达到控制程控电阻值的目的，MC74HC595芯片能同时实现十六路的电阻输出，程控电阻值又反馈给上位机2，并在上位机2上显示。本实用新型的风机半实物仿真平台中，上位机中构建了风机中的轮毂 与转子模型，通过程控电阻来模拟温度，比如，当其中一路程控电阻用来仿真轮毂的温度时，假设轮毂的温度为20.5℃，我们可以通过上位机设定该路的电阻值为109.75欧姆。当其中一路程控电阻用来仿真转子的温度时，程序中设定转子的上限温度为90℃，当仿真的这路程控电阻的阻值为134.75欧姆时，则该路程控电阻的阻值是超过上限温度90℃，此时上位机进行停机。通过基于以太网的程控电阻，实现高精度自动调节，且快速的用来模拟风机半实物仿真平台的所有风机温度如-40℃～90℃则对应到阻值为84.25欧姆～134.75欧姆。

如图3所示，本实用新型的之半实物仿真流程图，首先上位机程控电阻阻值可编程输入，通过上位机编程，实现需要模拟的温度对应的程控电阻阻值的输入，然后通过程控电阻中的以太网芯片与主控芯片进行数据交换，主控芯片数据处理，串入并出芯片驱动多路电阻值输出，如MC74HC595芯片控制输出多路电阻值，最后程控电阻值反馈到上位机，上位机上显示程控电阻的输出值，实现半实物仿真平台的闭环链路。

本实用新型中采用的精度为0.1％的精密电阻代替普通电阻或电位器，通过以太网进行控制，采用的接口与风机半实物仿真平台兼容，可以直接插拔，操作方便，基于TCP/IP协议，通用性强，通过标准以太网协议控制，可以在各种平台使用，不受平台限制，实现各种半实物仿真平台的应用。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。