一种智能教学演示平台的制作方法

本实用新型涉及智能教学技术领域，尤其涉及一种智能教学演示平台。

背景技术：

在自动控制的教育过程中，发现学生在学习自动控制原理的前期碰到概念多、概念抽象等一系列问题，从而使其很难对自动控制的一些概念、框架能深入理解，这导致了部分学生失去了进一步认真学习自动控制原理的积极性。

目前，国内大多数自动化实验设备主要包括以下几种形式：

第一种采用MATLAB/Simulink计算机仿真平台进行控制系统设计与仿真，通过对某一控制对象进行数学微分方程建模，得到其传递函数，再进行时域分析、频域分析和根轨迹分析等。这一过程在控制理论层面研究抽象的传递函数，没有控制器与被控对象的明确概念，缺乏工程参考价值。

第二种采用硬件实验箱作为实验工具，使用电阻、电容、电感等模拟元器件构成增益、积分、微分、惯性等典型环节等作为实验对象。在实验过程中，用户依据给定的电路进行连接，通过模拟电路搭建实现控制系统的某一传递函数，工作量大，其频繁拔插的操作会缩短实验设备的使用寿命，在短时间内用户无法对控制系统有整体、深刻的认识。且硬件实验箱扩展性差，不利于综合设计型实验的开展。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型旨在提供一种智能教学演示平台，以解决自动控制原理在教学上过于抽象、难以理解且实验过程复杂等问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种智能教学演示平台，包括直流电机、从控制器、数据采集模块和具有MATLAB系统和本地数据库的主控制器，所述数据采集模块包括电压传感器、电流传感器、温度传感器和编码器，所述电压传感器、电流传感器、温度传感器和解码器分别采集所述直流电机的电压、电流、温度和转速后输送至从控制器，所述从控制器与主控制器进行通信连接。

进一步的，所述电压传感器为JLT9U电压传感器，电流传感器为JLK7电流传感器，温度传感器为LM75A温度传感器，编码器为霍尔编码器。

进一步的，所述从控制器为单片机。

进一步的，还包括云端服务器，所述云端服务器与主控制器通过无线方式进行连接。

进一步的，还包括具有云端服务器的数据接口和无线通信功能的远程终端，所述远程终端通过数据接口与云端数据库进行无线通信。

进一步的，所述具有云端服务器的数据接口为Web端、手机APP和微信端中的一种。

进一步的，所述从控制器与主控制器通过无线通信连接。

进一步的，还包括与从控制器电性连接的显示模块。

进一步的，还包括与从控制器电性连接的警报模块。

本实用新型采用如上技术方案，并具有有益效果：

本实用新型可以用于控制理论教学演示，有利于提高教学效果，并且产品体积小，属于便携型。相较于其他教学仪器，该产品投入的成本更低，由于单片机等控制器的控制技术和传感器的技术都相对成熟简单，研发成本与时间成本都较低，且该产品为模块化构建，因此维修成本也较低。

附图说明

图1为本实用新型具体实施例的结构示意图。

图2为本实用新型具体实施例的电路图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1和2所示，该实施例公开了一种智能教学演示平台，包括直流电机、从控制器、数据采集模块和具有MATLAB系统和本地数据库的主控制器，所述数据采集模块包括电压传感器、电流传感器、温度传感器和解码器，所述电压传感器、电流传感器、温度传感器和解码器分别采集所述直流电机的电压、电流、温度和转速后输送至从控制器，所述从控制器与主控制器进行通信连接。

所述从控制器可以为常用的可编程控制芯片，例如单片机、FPGA和ARM处理器等等，该实施例中，由于需要的功能比较简单，处理速度要求不高，因此优选选用价格便宜的单片机，具体采用的为合泰Ht66f70a型号的单片机。

所述数据采集模块需要对直流电机的转速、电压、电流和温度进行采集，因此所述数据采集模块包括编码器、电压传感器、电流传感器和温度传感器，对应的具体型号不受限制，可以实现转速、电压、电流和温度的数据采集功能即可，市场上常用的编码器和电压、电流和温度传感器均可以，该实施例中采用的型号分别为：霍尔编码器、JLT9U电压传感器、JLK7电流传感器和LM75A温度传感器。所述数据采集模块包括编码器、电压传感器、电流传感器和温度传感器分别与从控制器电性连接，用于将采集的数据传递给从控制器进行处理。

所述从控制器和主控制器的通信连接可以通过有线或无线的方式进行连接，当其通过有线的方式连接时可以通过串口或USB接口等有线数据传输模块进行连接，该实施例中为了方便远距离通信，使用无线的方式连接，因此，还包括一与所述从控制器电性连接的第一无线通信模块和一与所述主控制器电性连接的第二无线通信模块，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块的信号可以相同也可以不相同，该实施例中型号均为NRF24L01。

需要说明的是，该实施例中所述的电性连接均为通过有线方式电性连接，即通过导线或电路板进行连接。

所述主控制器包括MATLAB系统和本地数据库，可以为安装有MATLAB软件和数据库的计算机等常用的终端控制设备。所述MATLAB是一款高性能的控制分析软件，当主控制器接收到从控制器发送过来的数据后，其内的MATLAB系统对数据进行相应的处理，该实施例中具体为进行卡尔曼滤波和分析并且绘制转速图形，处理完成后将处理结果保存至本地数据库中。

所述从控制器

为了方便用户对测试进行远程监测和控制，该实施例中，所述智能教学演示平台还包括云端服务器，所述云端服务器与主控制器通过无线通信方式进行连接，所述MATLAB系统将处理结果同步上传至云端服务器中进行保存。所述云端服务器中保存有处理结果的历史数据，用户可以根据需要对其中的存储的数据进行实时监控。

进一步的，该实施例中，所述智能教学演示平台还包括具有云端服务器的数据接口和无线通信功能的远程终端。所述具有云端服务器的数据接口可以为Web端、手机APP或微信端等现有的常用数据接口，具体可以为：Web端中云端服务器对应的网页的内容，云端服务器对应的手机APP，云端服务器对应的微信公总号或小程序等等。具有无线通信功能可以为通过WIFI、2G或4G等常用网络进行无线通信。因此所述远程终端可以为计算机、手机和掌上电脑等等。该实施例中，用户可以通过远程终端的数据接口实时获取数据处理结果，即图表分析结果，可以方便快捷的对直流电机运行结果实现远程监控，同时，当需要对测试进行控制时，可以通过云端服务器对主控制器中的相关测试参数进行更改，以实现控制的目的。

通过云数据的平台建设，用户可通过多途径，多设备对产品进行控制和得到反馈，使使用者能够随时随地控制设备，得到数据反馈，实现前所未有的便捷化。与传统的监测、控制方式不同，用户可以通过web端、微信端，随时随地的对多个数据进行调控和监测，让使用者更加直观、全面的了解各类数据的关系。

所述直流电机、从控制器、数据采集模块构成从控制终端，所述从控制终端的各模块或元件之间的电性连接均为有线连接，为了给该从控制终端提供电源，还包括电源模块。

为了使所述智能教学演示平台的数据采集的结果可以直观的显示出来，所述智能教学演示平台还包括显示模块，所述显示模块与从控制器电性连接，从控制器将接收到的数据采集的结果传输至显示模块进行显示，所述显示模块可以为LCD显示和LED显示等常用的显示装置，该实施例中为了显示结果更清晰，优选选用LCD显示屏。

为了监测所述智能教学演示平台采集的数据是否异常，还包括与从控制器电性连接的警报模块，当从控制器判断采集的数据异常时，则发出控制信号给警报模块进行报警，并且控制直流电机停止工作，以供人员排查异常。

所述警报模块可以为声音警报，如蜂鸣器等，也可以为灯光警报，如LED警报灯等，也可以两种警报同时使用，该实施例中选用蜂鸣器。可以在所述从控制器中预设与预采集数据的范围阈值，当采集的数据在范围阈值内时，则不发出警报，否则发出警报。

该实施例的工作原理为：

1.所述电压传感器、电流传感器、温度传感器和解码器分别将采集到的电压、电流、温度和脉冲发送至从控制器，从控制器对脉冲进行相应处理，以达到预定的转速，所述相应处理包括转速转化和PID调节，该实施例中使用的算法为PWM调制方法和PID算法，上述算法均为本领域技术人员公知的常用算法。

2.从控制器将电压、电流、温度和对脉冲数据的处理结果发送至主控制器的MATLAB系统。

3.MATLAB根据接收到的电压、电流、温度和对脉冲数据的处理结果进行分析处理，得到一反馈数据，将该反馈数据发送回从控制器。

4.从控制器根据接收到的反馈数据对直流电机的输入电流进行控制。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。