一种电气类实验设备连接线自动检测方法与装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种电气类实验设备连接线自动检测方法与装置，包括：微处理器MCU、8155芯片、24个继电器、24个续流二极管，24个三极管、48个接线端子、24个限流电阻、24个上拉电阻、通信模块、报警模块、和键盘模块。本发明采用了三极管驱动继电器的方式，使得电路结构简单、元器件少，成本低，可自动检测实验设备端子间的连线状况，有效地保护了元器件，可靠性高；采用智能化的检测装置，有效地降低了实验指导教师的工作量，检测装置一旦给出报警信息，可由学生自主查找问题，有效地提高了学生自行解决问题的能力，确保了教学质量。本发明可应用于所有教学用电类实验装置。
【专利说明】一种电气类实验设备连接线自动检测方法与装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电气类实验设备连接线自动检测方法与装置，具体涉及一种基于微处理器MCU控制的、智能化的、自动判别接线正确与否的装置，属于电气工程领域。
【背景技术】
[0002]实验是研究自然科学的一种重要方法，电气类实验在大学本科教学环节中尤其重要，除了进一步巩固理论知识外，还可培养学生掌握实验技能，为将来从事工程技术工作打好必要的基础。完成电气类实验的首要步骤就是电路之间的接线，在实验教学过程中，经常出现由于学生接线错误而导致电路或者元器件被烧毁的现象，造成财产损失，甚至出现事故。
[0003]现有的实验教学，基本上都采用学生先接线，再由实验教师检查是否有误，然后再容许学生进行相关实验内容。这种检查方法，耗时耗力，效率低下，且无法彻底地排除人为因素的影响。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种电气类实验设备连接线自动检测方法与装置，以提高效率、降低成本、提高可靠性。
[0005]为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下:
一种电气类实验设备连接线自动检测装置，其特征在于包括:微处理器MCU、8155芯片、继电器Λ、续流二极管Dp三极管Qp48个接线端子即接线端子TM、限流电阻民、上拉电阻R24+1、用于写入“实验装置端子正确接线方式”程序的通信模块201、用于接线错误指示的报警模块202、用于接受用户输入指令的键盘模块203 ；i=l,2, - ,24 ；M=1, 2,...，48 ；所述微处理器MCU通过总线接口与8155芯片相连；
继电器Λ线圈与续流二极管Di并联，且一端与电源+12V连接，另一端与三极管Qi集电极相连；三极管Qi发射集接地，三级管Qi基极与限流电阻民相连，从而构成第i个回路，i=l, 2，…，24，共24个回路；所述24个回路受微处理器MCU的P12端口控制；
继电器Λ的常闭触点一端与实验用接线端子连接，另一端与8155端口、以及上拉电阻R24+i —端相连，上拉电阻R24+i另一端与驱动电源VCC相连，继电器Λ常开触点1与另一个实验用接线端子T2Xi连接，亦即:VCC、Ji;接线端子、接线端子T2X1、上拉电阻R24+1、8155端口 ΡΑ0构成第i个输出电路，i=l, 2，...，24 ；以此类推，总共24路输出电路；所述微处理器MCU通过总线设置8155芯片的PAO, PA1,...，PA7，PCO, PCI，PC2和PC3共12个端口作为输出口，8155芯片的PBO,...，PB7，PC4，…，PC7共12个端口作为输入口。
[0006]根据所述的一种电气类实验设备连接线自动检测装置的方法，其特征在于包括以下步骤:
步骤一，将“实验装置端子正确接线方式”以计算机程序形式，通过通信模块201下载到微处理器MCU中；接线板101的12个接线端子P分别与自动检测装置的12个接线端子T连接；接线板102的12个接线端子V分别与自动检测装置的另外12个接线端子T连接；
步骤二，按实验要求，将需要接线的接线端子接好线之后，按下键盘模块203，此时微处理器MCU根据预先写入的程序发送检查指令，按顺序设置8155芯片的12个输出端口的某一输出口为低电平0，其余输出口为高电平1 ;然后依次读取12个输入端口的电平信号，若对应的输入口为低电平0，则接线正确，否则接线错误；若所有的输入口与输出口的电平完全对应，亦即接线正确；
步骤三，当接线正确时，微处理器MCU的P12则输出一个高电平，使得三极管Qi导通，1=1,2,…，24 ;继电器Δ线圈通电，i=l,2,…，24 ;对应的继电器Λ的常闭触点2、常闭触点3断开，常开触点1、常开触点2点吸合，从而接线端子T2Xm通过接线端子Jay的触点1、触点2与接线端子连接在一起，接线端子与接线端子T2Xm+1通过导线、连接在一起，接线端子T2Xm+1通过继电器J2Xm的触点1、触点2与接线端子T2Xm+2连接在一起；m=l, 2，…，12，从而便实现了整个实验的正确连线；
步骤四，整个实验结束之后，按下键盘模块203，微处理器MCU的P12输出一个低电平，使得三极管Qi关断，i=l, 2，…，24 ;此时继电器线圈失去电流，触点连接状况恢复原样。
[0007]一旦某条连线发生错误时，亦即微处理器MCU检测到输入端口数据与预先设置数据不同，此时报警装置202发出报警信息，并且微处理器MCU的P12输出保持为低电平，此时三极管％不通，于是继电器Λ的线圈断开，继电器1的触点的吸合情况不发生任何改变，整个系统便保持断路状态，进而保护元器件，避免了元器件由于接线出错而烧毁的情况；所述 i=l，2，…，24。
[0008]本发明具有有益效果。本发明采用了三极管驱动继电器的方式，使得电路结构简单、元器件少，成本低，可自动检测端子的连接状况，有效地保护了元器件，可靠性高，实现了精确化控制；本发明采用智能检测装置，有效地降低了实验教师的工作量，一旦出现状况可由学生自主查找问题，有效地提高了学生自行解决问题的能力，确保了教学质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本发明的自动检测装置的结构图。
[0010]图2是本发明的自动检测装置的连线图。
[0011]图3是本发明的微处理器MCU输入输出口 PA、PBA、PC的电平值。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案作进一步详细说明。
[0013]一种电气类实验设备连接线自动检测方法与装置，包括微处理器MCU、8155芯片、24个继电器，即继电器Λ，继电器J2，…，继电器J24;24个续流二极管，即继电器Dp继电器D2，…，继电器D24;24个三极管，即三极管％，三极管Q2，…，三极管Q24;48个接线端子?\，接线端子Τ2，…，接线端子Τ48、24个限流电阻，即限流电阻凡，限流电阻R2，…，限流电阻R24 ;24个上拉电阻即上拉电阻R25，上拉电阻R26，…，上拉电阻R48、通信模块201、报警模块202、按键模块203。
[0014]所述微处理器MCU通过总线接口与8155芯片相连；其中，继电器Λ线圈与续流二极管Di并联，且一端与电源+12V连接，另一端与三极管Qi集电极相连；三极管Qi发射集接地，三级管Qi基极与限流电阻民相连，从而构成第i个回路，所有24个回路受微处理器MCU的P12端口控制；i=l,2,...，24 ；
其中，一继电器Λ的常闭触点一端与实验用接线端子连接，另一端与8155端口、以及上拉电阻R24+i —端相连，上拉电阻R24+i另一端与驱动电源VCC相连，继电器1常开触点1与另一个实验用接线端子T2Xi连接，亦即:VCC、Ji，接线端子、接线端子T2X1、上拉电阻R24+1、8155端口 PAO构成第i个输出电路，i=l, 2，...，24 ；以此类推，总共24路输出电路；
所述微处理器MCU通过总线设置8155芯片的PAO, PA1,...，PA7，PCO, PCI，PC2和PC3共12个端口作为输出口，8155芯片的PBO,...，PB7，PC4，…，PC7共12个端口作为输入口。
[0015]通信模块201用于写入“实验装置端子正确接线方式”程序；报警模块202用于接线错误指示；键盘模块203用于接受用户输入指令；
实验前，预先将“实验装置端子正确接线方式”以计算机程序形式，通过通信模块201下载到微处理器MCU中。
[0016]如图2所示，实验前，接线板101的接线端子Ρ」与自动检测装置的接线端子T4Xj_2连接；接线板102的接线端子V」，与自动检测装置的接线端子T4Xj连接；接线板101的接线端子Pp接线端子Tp接线端子Tm、接线端子IV2、接线端子IV3，以及接线板102的接线端子V」为一组，j=l，2，...12，以此类推，共有12组。
[0017]如图2所示，自动检测装置虚线方框内，黑实心的接线端子为学生实验时，需要接线的端子，i=l，2，...24。
[0018]如图1所示，按实验要求接线，接线端子T2i_i通过导线与接线端子T2i+1,i=l, 2，…，23 ;按下键盘模块203，此时微处理器MCU根据预先写入的程序发送指令，如图3所示，按顺序设置8155芯片的PAO,...，PA7，PCO,…，PC3总共12个输出端口的某一输出口为低电平0，其余输出口为高电平1 ;然后依次读取ΡΒ0，…，PB7，PC4，…，PC7总共12个输入端口的电平信号，若对应的输入口为低电平0，则接线正确，否则接线错误。
[0019]若对应的输入口，输出口的电平完全对应，亦即接线正确，微处理器MCU的P12则输出一个高电平，使得三极管Qi至Q24导通，继电器Λ至继电器J24导通，对应的继电器Λ至继电器J24的常闭触点2、常闭触点3断开，常开触点1、常开触点2点吸合，从而接线端子τ2通过Λ的触点1、触点2与黑实心接线端子?\连接在一起，黑实心接线端子?\、黑实心接线端子Τ3通过导线L1连接在一起，黑实心接线端子Τ3通过继电器J2的触点1、触点2与接线端子T4连接在一起；其余11组电路电气的连线情况与如上所述相同，从而便实现了整个实验的正确连线。
[0020]整个实验结束之后，通过按键模块203使得整个系统断开，此时继电器线圈失去电流，触点连接状况恢复原样。
[0021]一旦某条连线发生错误时，亦即微处理器MCU检测到的输入端口数据与预先设置数据不同，此时报警装置202发出报警信息，并且微处理器MCU的Ρ12输出保持为低电平，此时三极管Qi至三极管Q24不通，于是继电器Λ至继电器J24的线圈断开，继电器Λ至继电器J24的触点的吸合情况不发生任何改变，整个系统便保持断路状态，进而保护元器件，避免了元器件由于接线出错而烧毁的情况。
[0022]本发明的工作过程如下:
1、软件写入:实验教师根据实验过程中的接线情况，通过PC机，利用自动检测接线情况装置的通信模块201，向微处理器MCU中写入正确的接线情况数据，如图3所示的输出值。
[0023]2、连线:实验前中，教师预先将自动检测接线情况装置的外侧接线端子连好线，如图2所示。学生在实验过程中负责连接自动检测装置的内侧接线端子，如图2所示虚线框内的接线端子。
[0024]3、自动检测:接线完成后，按下键盘模块203，微处理器MCU通过总线控制8155芯片的输出口 ΡΑ0至PA7及PC0至PC3依次改变电平变化，如图3所示。微处理器MCU通过总线检测8155芯片的输入口 ΡΒ0至PB7及PC4至PC7输入的电平变化，并将其与如图3所示的输入口的数据进行比较。当接线无误时，二者数据完全相同，此时微处理器MCU的P12口将输出高电平，使得三极管Qi至三极管Q24导通，从而继电器Λ至继电器J24的线圈通电，继电器Λ至继电器J24的触点由原来的触点2、触点3相连转变为触点1、触点2相连，进而自动检测接线情况的装置的虚线框内的黑实心接线端子与其外侧的接线端子连接在一起，例如图2中的接线端子T2Xp接线端子Τ2Χη连接在一起，再通过导线又与接线端子T2Xj+1、接线端子T2Xp2连接在一起，而101装置的接线端子Ρ]又与接线端子Τ2&_连在一起，102装置的接线端子 ' 与接线端子Τ2Χρ2连接在一起，进而使得左侧的接线端子Ρ]与右侧的接线端子'连接在一起，此处j=l，2，…，12，从而实现了正确的连线。如果接线有误，微处理器MCU检测到8155芯片的输入端ΡΒ0至PB7及PC4至PC7的电平变化与其预先写入的电平变化有区别，于是保持微处理器MCU的P12端输出为低电平，于是使得继电器Λ至继电器J24线圈不通电，从而使得左侧的接线端子Ρ」与右侧的接线端子V」断开，j=l, 2，…12，有效地保护了电路，避免了元器件的损坏。`
【权利要求】
1.一种电气类实验设备连接线自动检测装置，其特征在于包括:微处理器MCU、8155芯片、继电器Λ、续流二极管Dp三极管Qp48个接线端子即接线端子TM、限流电阻民、上拉电阻R24+1、用于写入“实验装置端子正确接线方式”程序的通信模块201、用于接线错误指示的报警模块202、用于接受用户输入指令的键盘模块203 ；i=l,2, - ,24 ；M=1, 2,...，48 ；所述微处理器MCU通过总线接口与8155芯片相连；继电器Λ线圈与续流二极管Di并联，且一端与电源+12V连接，另一端与三极管Qi集电极相连；三极管Qi发射集接地，三级管Qi基极与限流电阻民相连，从而构成第i个回路，i=l, 2，…，24，共24个回路；所述24个回路受微处理器MCU的P12端口控制；继电器Λ的常闭触点一端与实验用接线端子连接，另一端与8155端口、以及上拉电阻R24+i —端相连，上拉电阻R24+i另一端与驱动电源VCC相连，继电器Λ常开触点1与另一个实验用接线端子T2Xi连接，亦即:VCC、Ji;接线端子、接线端子T2X1、上拉电阻R24+1、8155端口 ΡΑ0构成第i个输出电路，i=l, 2，...，24 ；以此类推，总共24路输出电路；所述微处理器MCU通过总线设置8155芯片的PAO, PA1,...，PA7，PCO, PCI，PC2和PC3共12个端口作为输出口，8155芯片的PBO，...，PB7，PC4，…，PC7共12个端口作为输入口。
2.根据权利要求1所述的一种电气类实验设备连接线自动检测装置的方法，其特征在于包括以下步骤:步骤一，将“实验装置端子正确接线方式”以计算机程序形式，通过通信模块201下载到微处理器MCU中； 接线板101的12个接线端子P分别与自动检测装置的12个接线端子T连接；接线板102的12个接线端子V分别与自动检测装置的另外12个接线端子T连接；步骤二，按实验要求，将需要接线的接线端子接好线之后，按下键盘模块203，此时微处理器MCU根据预先写入的程序发送检查指令，按顺序设置8155芯片的12个输出端口的某一输出口为低电平0，其余输出口为高电平1 ;然后依次读取12个输入端口的电平信号，若对应的输入口为低电平0，则接线正确，否则接线错误；若所有的输入口与输出口的电平完全对应，亦即接线正确；步骤三，当接线正确时，微处理器MCU的P12则输出一个高电平，使得三极管Qi导通，1=1,2,…，24 ;继电器Λ线圈通电，i=l,2,…，24 ;对应的继电器Λ的常闭触点2、常闭触点3断开，常开触点1、常开触点2点吸合，从而接线端子T2Xm通过接线端子Jay的触点1、触点2与接线端子连接在一起，接线端子与接线端子T2Xm+1通过导线、连接在一起，接线端子T2Xm+1通过继电器J2Xm的触点1、触点2与接线端子T2Xm+2连接在一起；m=l, 2，…，12，从而便实现了整个实验的正确连线；步骤四，整个实验结束之后，按下键盘模块203，微处理器MCU的P12输出一个低电平，使得三极管Qi关断，i=l, 2，…，24 ;此时继电器线圈失去电流，触点连接状况恢复原样。
3.根据权利要求2所述的一种电气类实验设备连接线自动检测装置的方法，其特征在于:一旦某条连线发生错误时，亦即微处理器MCU检测到输入端口数据与预先设置数据不同，此时报警装置202发出报警信息，并且微处理器MCU的P12输出保持为低电平，此时三极管Qi不通，于是继电器Λ的线圈断开，继电器Λ的触点的吸合情况不发生任何改变，整个系统便保持断路状态，进而保护元器件，避免了元器件由于接线出错而烧毁的情况；所述i=l, 2，…，24。
【文档编号】G09B23/18GK103680274SQ201310729729
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】潘天红, 谢华, 盛占石 申请人:江苏大学