[發明專利]便攜式課堂教學演示模型

有效

• 申請號: 201210133840.6
• 申請日: 2012-05-03
• 公開（公告）號: CN102708749A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 周奇才;熊肖磊;陶元;郭牧南;王立
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 上海天協和誠知識產權代理事務所 31216
• 代理人: 葉鳳

1.一種便攜式《自動控制原理》課堂教學演示模型，其特征在于，該模型包括被控運動裝置、單片機數據采集與控制裝置、操作界面與顯示軟件模塊三個部分，該模型整體封裝在一個便攜式的手提箱中，其中：

所述被控運動裝置是整個教學模型的基礎部分，它包括支座及殼體、被控運動裝置、反饋裝置和轉動慣量調節裝置；

所述支座可穩定置于演示臺面，支架上固定有殼體；

所述被控運動裝置包括直流電機、第一聯軸器、第一齒輪、轉盤軸、轉盤、刻度直尺和標記物，所述直流電機位于所述殼體壁外，直流電機輸出軸通過第一聯軸器與轉盤軸連接，所述轉盤通過軸承安裝于殼體另一壁外，所述第一齒輪固定于轉盤軸上，所述轉盤也固定于轉盤軸上且轉盤與殼體壁之間保持一定間隙；所述轉盤與殼體壁之間間隙處的轉盤軸上固定下垂一繩索，繩索另一端懸掛固定一標記物，該標記物為一重量塊，所述刻度直尺豎向置于所述轉盤與殼體壁之間間隙處，并與下垂的繩索豎直平行；

所述反饋裝置包括旋轉編碼器、第二聯軸器、第二齒輪、第二軸，所述旋轉編碼器與所述直流電機同側也位于所述殼體壁外，旋轉編碼器輸出軸通過第二聯軸器與第二軸連接，所述第二齒輪固定于第二軸上，所述第二齒輪和第一齒輪嚙合；

所述轉動慣量調節裝置包括兩質量塊，質量塊開設通孔，所述轉盤上開設相互呈中心對稱的兩個腰形槽，所述兩質量塊通過螺栓螺母分別固定在轉盤的腰形槽內，調節設置質量塊在腰形槽內不同位置以調節系統的轉動慣量；

所述單片機數據采集與控制裝置包括單片機、電源模塊、USB串行通信模塊和PWM電機調速驅動模塊，

所述電源模塊分別與單片機、USB串行通信模塊、PWM電機調速驅動模塊連接，從而將外接的直流電源轉換為不同的電壓幅值為各模塊提供所需電壓，

所述單片機上的程序存儲器中寫入軟件模塊，反饋旋轉編碼器和指令旋轉編碼器的A、B相引腳與單片機的RA0～RA3連接，單片機的PWM引腳與PWM電機調速驅動模塊的PWM引腳連接，USB串行通信模塊與單片機連接，

上位機發出的控制指令通過USB串行通信模塊傳給單片機，單片機通過其軟件模塊運算出相應的PWM信號，控制PWM電機調速驅動模塊，從而通過直流電機控制機械系統的運動；同時反饋用的旋轉編碼器實時采集直流電機實際轉速信息，單片機接收到旋轉編碼器傳來的脈沖信號通過軟件模塊運算處理得到機械系統的運動狀態信息并經USB串行通信模塊傳給上位機，由上位機軟件顯示；

所述的操作界面與顯示軟件模塊包括用戶接口模塊、處理模塊和通訊模塊，

所述用戶接口模塊即為操作與顯示界面，主要用于向用戶提供友好的圖形化界面，負責接收用戶輸入操作，將其轉化為后臺程序可以識別的信息，以完成相應的操作；用戶可通過上位機界面指定不同的控制模式及控制參數，系統自動調用相應的處理模塊和通訊模塊后向單片機發送控制信息，控制機械裝置的運動；并接收單片機回傳數據，顯示輸入輸出數據、系統誤差、系統時間響應及頻率響應的圖形信息；

所述處理模塊根據用戶接口模塊輸入的指令及數據，做出相應的運行處理，并將指令及處理后的數據提供給予通訊模塊；同時接受通訊模塊從下位單片機傳來的反饋數據，進行處理后返回給用戶接口模塊進行圖面展示；

所述通訊模塊將處理模塊所得指令及數據，通過USB口將數據傳入下位的單片機，并將單片機傳來的數據傳回給處理模塊。

2.如權利要求1所述的便攜式《自動控制原理》課堂教學演示模型，其特征在于，所述轉盤設計呈分級臺階狀，包括圓盤本體和凸臺，兩者為一體結構，在凸臺徑向開孔，通過螺栓擰入孔內加緊轉盤與轉盤軸之間的接觸，實現對轉盤在軸向的固定限位。

3.如權利要求1所述的便攜式《自動控制原理》課堂教學演示模型，其特征在于，所述刻度直尺其結構設計帶有矩形凹槽，采用該矩形凹槽可視為標記物重量塊上升下降運動的導軌，防止標記物運動時水平晃動。

4.如權利要求1所述的便攜式《自動控制原理》課堂教學演示模型，其特征在于，所述質量塊備有成對的尺寸完全相同但密度不同的質量塊。