機(jī)械工程測試技術(shù)實驗臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種機(jī)械工程測試技術(shù)實驗臺，包括實訓(xùn)裝置、ARM處理器單元、485通訊模塊、MCGS觸摸屏以及電源模塊；實訓(xùn)裝置包括扭矩檢測單元、振動檢測單元、溫度檢測單元、應(yīng)變檢測單元等；扭矩檢測單元由扭矩傳感器及信號變送器組成；振動檢測單元由振動傳感器模塊和扁平振動馬達(dá)組成；應(yīng)變檢測單元由等強(qiáng)度梁、電阻式應(yīng)變片和彎曲傳感器模塊組成；壓力檢測單元包括電阻應(yīng)變式壓力傳感器和HX711模塊；位移檢測單元由超聲波測距傳感器模塊組成；轉(zhuǎn)速檢測單元主要由槽型光耦傳感器、碼盤、直流電機(jī)和直流電機(jī)調(diào)速器組成；本實用新型能夠讓學(xué)生通過進(jìn)行簡單的操作，對工程領(lǐng)域中常見物理量進(jìn)行檢測。
【專利說明】
機(jī)械工程測試技術(shù)實驗臺
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種機(jī)械工程測試技術(shù)實驗臺，屬于應(yīng)用于綜合教學(xué)的實驗裝置領(lǐng)域。【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)是信息化時代，測試控制技術(shù)與通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)一起構(gòu)成了信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。近年來，由于測試技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，我國許多高等院校和職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)均開設(shè)了機(jī)械工程測試技術(shù)課程，該課程是機(jī)械專業(yè)學(xué)生必修的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課，課程主要介紹機(jī)械工程、工業(yè)自動化等工程領(lǐng)域中常見物理量(如壓力、應(yīng)變、溫度、噪聲、振動等)的傳感器測量原理、測試方法和信號分析方法。與其他專業(yè)課相比，這門課程理論性強(qiáng)、公式推導(dǎo)復(fù)雜，思維從時域向頻域轉(zhuǎn)變，具體應(yīng)用過程抽象，只有通過大量、直觀的實驗才能達(dá)到最佳的學(xué)習(xí)效果。所以實驗教學(xué)環(huán)節(jié)對該課程至關(guān)重要，而過去實驗教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱，所開設(shè)實驗單一、獨(dú)立，不僅凌亂，而且很難形成整體的概念，并與實際應(yīng)用脫節(jié)。
[0003]這就使機(jī)械工程測試實驗系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)成為實驗教學(xué)急需解決的問題。學(xué)生可以自主設(shè)計和選擇實驗設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新實驗，通過創(chuàng)新實驗把理論知識與實際應(yīng)用結(jié)合起來，提高學(xué)生解決工程實際問題的能力，同時，方便學(xué)生形成對一個較為完整和系統(tǒng)的測控技術(shù)知識體系的理解?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0004]為了解決上述問題，本實用新型公開了機(jī)械工程測試技術(shù)實驗臺，目的在于提供一種應(yīng)用于機(jī)械工程測試技術(shù)實驗教學(xué)的實驗臺裝置。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型能夠讓學(xué)生通過進(jìn)行簡單的操作，對工程領(lǐng)域中常見物理量(如扭矩、振動、溫度、應(yīng)變、壓力、位移、轉(zhuǎn)速等)進(jìn)行檢測，然后通過MCGS觸摸屏于對實訓(xùn)裝置不同檢測單元采集的物理量數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀實時顯示并可以生成圖表，同時學(xué)生可以本地查看所使用傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)、特性，使得教學(xué)變得生動。
[0006]一種機(jī)械工程測試技術(shù)實驗臺，包括實訓(xùn)裝置、ARM處理器單元、485通訊模塊、 MCGS觸摸屏以及電源模塊；
[0007]所述實訓(xùn)裝置由扭矩檢測單元、振動檢測單元、溫度檢測單元、應(yīng)變檢測單元、壓力檢測單元、位移檢測單元和轉(zhuǎn)速檢測單元組成；
[0008]所述扭矩檢測單元由扭矩傳感器及信號變送器組成;所述扭矩傳感器根據(jù)電阻應(yīng)變原理把扭轉(zhuǎn)力矩的作用下應(yīng)變片產(chǎn)生的變形轉(zhuǎn)換成與其成線性關(guān)系的電信號，所述扭矩傳感器輸出的電信號通過信號線與信號變送器的輸入端連接;所述信號變送器將扭矩傳感器輸出信號進(jìn)行精密放大，將力學(xué)量轉(zhuǎn)換成〇?5V電壓信號輸出；所述信號變送器輸出信號與ARM處理器單元A/D采樣通道連接；
[0009]所述振動檢測單元由振動傳感器模塊和扁平振動馬達(dá)組成;所述扁平振動馬達(dá)用于產(chǎn)生振動源;所述振動傳感器模塊直接和被測物體剛性連接在一起。當(dāng)被測物體發(fā)生振動時，振動傳感器模塊和被測物體一起運(yùn)動，被測物體的振動強(qiáng)度越大，振動傳感器輸出的電壓越高，即輸出電壓與振動強(qiáng)度成正比;所述振動傳感器模塊輸出電壓信號與ARM處理器單元A/D采樣通道連接；
[0010]所述溫度檢測單元主要由鉑熱電阻PT1000和溫度變送器組成；所述鉑熱電阻 PT1000在0□度的時候其阻值為1000歐姆，而且其阻值會隨著溫度上升而成勻速增長;所述溫度變送器是利用鉑熱電阻的阻值隨溫度改變而改變的特性將溫度變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓?再將電壓信號經(jīng)過直流隔離變換，得到與溫度傳感器完全隔離的對應(yīng)于被測點(diǎn)溫度的的電壓信號;所述溫度變送器輸出電壓信號與ARM處理器單元A/D采樣通道連接；
[0011]所述應(yīng)變檢測單元由等強(qiáng)度梁、電阻式應(yīng)變片和彎曲傳感器模塊組成;所述等強(qiáng)度梁各橫截面上的最大正應(yīng)力都相等，并均達(dá)到材料的許用應(yīng)力;所述電阻式應(yīng)變片在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時，其電阻值相應(yīng)的發(fā)生變化，所述電阻式應(yīng)變片貼在等懸臂梁最大正應(yīng)變處;所述電阻式應(yīng)變片引出兩根引線(如果電阻式應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變，這兩個引線之間的電阻會發(fā)生變化)與彎曲傳感器模塊的輸入端連接;所述彎曲傳感器模塊將電阻式應(yīng)變片的彎曲變形轉(zhuǎn)換成0?5V的電壓模擬量;所述彎曲傳感器模塊輸出電壓信號與ARM 處理器單元A/D采樣通道連接；[〇〇12] 所述壓力檢測單元包括電阻應(yīng)變式壓力傳感器和HX711模塊;所述電阻應(yīng)變式壓力傳感器是由彈性體和電阻式應(yīng)變片組成，彈性體表面設(shè)有電阻式應(yīng)變片;所述彈性體在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在它表面的電阻式應(yīng)變片也隨同產(chǎn)生變形，電阻式應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生相應(yīng)變化;所述電阻應(yīng)變式壓力傳感器的輸出信號通過信號線與HX711模塊輸入端連接;所述HX711模塊將電阻應(yīng)變式壓力傳感器電阻的變化轉(zhuǎn)換為電信號，并將電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)字信號輸出；所述HX711模塊輸出的數(shù)字信號與ARM處理器單元的I/O引腳連接；
[0013]所述位移檢測單元主要是由超聲波測距傳感器模塊組成，其采用超聲波回波測距原理，運(yùn)用精確的時差測量技術(shù)，檢測超聲波測距傳感器模塊與目標(biāo)物之間的距離，所述超聲波測距傳感器模塊自動發(fā)送8個40kHz的方波，自動檢測是否有信號返回，有信號返回則輸出一個高電平，高電平的持續(xù)時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間，所述聲波測距傳感器模塊輸出端與ARM處理器單元的I/O引腳連接，用于計算高電平的持續(xù)時間，從而計算位移:位移=(高電平持續(xù)時間*聲速)/2;
[0014]所述轉(zhuǎn)速檢測單元主要由槽型光耦傳感器、碼盤、直流電機(jī)和直流電機(jī)調(diào)速器組成;所述槽型光耦傳感器窄槽中間無遮擋時，模塊輸出低電平，窄槽中間有遮擋時，模塊輸出高電平;所述碼盤均勻分成20個扇形區(qū)域，其中10個扇形區(qū)域透明，10個扇形區(qū)域擋光， 透明和擋光的扇形區(qū)域間隔設(shè)置;所述碼盤固定在直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，所述直流電機(jī)帶動碼盤在槽型光耦傳感器的窄槽中轉(zhuǎn)動，所述碼盤旋轉(zhuǎn)一周槽型光耦傳感器輸出10個高電平信號;所述槽型光耦傳感器的輸出信號與ARM處理器單元的I/O引腳連接，通過計算單位時間內(nèi)接受到高電平的次數(shù)來計算直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速;所述直流電機(jī)調(diào)速器其外置調(diào)速旋鈕， 其通過改變輸出方波的占空比使負(fù)載上的平均電流功率從0?100%變化，用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)速；
[0015]所述ARM處理器單元，其選擇STM32芯片作為主控MCU，用于對實訓(xùn)裝置傳送的模擬量通過A/D模塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字量并進(jìn)行數(shù)字濾波，通過485通訊模塊遵循“MODBUS”通訊協(xié)議與 MCGS觸摸屏進(jìn)行通訊；
[0016] 所述485通訊模塊由RS485通訊芯片及外圍電路組成，用于將主控M⑶產(chǎn)生的同分信號轉(zhuǎn)化為差分信號進(jìn)行傳輸；[〇〇17] 所述ARM處理器單元和485通訊模塊均焊接在一塊PCB電路板上；[〇〇18]所述觸摸屏為MCGS觸摸屏，觸摸屏中輸入通過MCGSE組態(tài)環(huán)境編制的機(jī)械工程測試應(yīng)用軟件，機(jī)械工程測試檢測軟件可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)編程，內(nèi)容包括通過實訓(xùn)裝置檢測得到的靜態(tài)扭矩、振動強(qiáng)度、溫度、應(yīng)變、壓力、位移和電機(jī)轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)和相應(yīng)圖表的實時顯示，同時可以本地查看所使用傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)、特性。
[0019]所述電源模塊由開關(guān)電源組成，用于將市電電源轉(zhuǎn)換成一路24V直流電壓和一路 5V的直流電壓，其中24V直流電壓用于為MCGS觸摸屏和直流電機(jī)調(diào)速器供電，5 V直流電壓用于給嵌入式微處理器和各種傳感器模塊供電。
[0020]本實用新型的優(yōu)點(diǎn):
[0021]本實用新型的實訓(xùn)裝置實現(xiàn)了對工程領(lǐng)域中常見物理量(如壓力、應(yīng)變、溫度、轉(zhuǎn)速、振動等)的集中檢測，其操作簡單，制作成本低廉，具有體積小，可靠性高等特點(diǎn)；[〇〇22]本實用新型可以通過MCGS觸摸屏于對實訓(xùn)裝置不同檢測單元采集物理量數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀實時顯示并可以生成圖表，同時學(xué)生可以本地查看所使用傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)、 特性，使得教學(xué)生動；
[0023]本實用新型不僅有助于提高“機(jī)械工程測試技術(shù)”課程的教學(xué)效果，加深學(xué)生對該課程知識點(diǎn)的理解，并有助于學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性的提高和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。【附圖說明】
[0024]圖1是機(jī)械工程測試技術(shù)實驗裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖2是本實用新型實訓(xùn)裝置結(jié)構(gòu)圖；[〇〇26] 1、電阻式應(yīng)變片，2、等懸臂梁，3、超聲波測距傳感器，4、托盤，5、振動傳感器，6、扁平振動馬達(dá)，7、扭矩傳感器，8、懸臂梁，9、托盤，10、實驗臺，11、MCGS觸摸屏，12、槽型測速傳感器，13、鉑熱電阻PT1000,14、碼盤，15、壓力傳感器，16、直流電機(jī)?！揪唧w實施方式】
[0027]本發(fā)明如無特殊說明均為可市購得到或采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。[〇〇28]實施例1:參照圖1和圖2。機(jī)械工程測試技術(shù)實驗臺，包括實訓(xùn)裝置、ARM處理器單元、485通訊模塊、觸摸屏以及電源模塊；
[0029]所述實訓(xùn)裝置由扭矩檢測單元、振動檢測單元、溫度檢測單元、應(yīng)變檢測單元、壓力檢測單元、位移檢測單元、轉(zhuǎn)速檢測單元組成；
[0030]所述扭矩檢測單元由扭矩傳感器JNNT-11、信號變送器BSQ-JN、懸臂梁和托盤組成;扭矩傳感器固定在不誘鋼試驗臺側(cè)面，其根據(jù)電阻應(yīng)變原理把扭轉(zhuǎn)力矩的作用下應(yīng)變片產(chǎn)生的變形轉(zhuǎn)換成與其成線性關(guān)系的電信號;扭矩傳感器輸出的電信號通過信號線與信號變送器的輸入端連接;信號變送器將扭矩傳感器輸出信號進(jìn)行精密放大，將力學(xué)量轉(zhuǎn)換成0?5V電壓信號輸出；信號變送器輸出信號與ARM處理器單元A/D采樣通道連接;懸臂梁與地面呈水平狀態(tài)，懸臂梁一端固定在扭矩傳感器上，另一端懸掛一個托盤，試驗時向托盤里放置不同規(guī)格的砝碼，通過觸摸屏觀察扭矩的變化；
[0031]所述振動檢測單元由龍戈電子振動傳感器模塊1PCS和扁平振動馬達(dá)1027組成;扁平振動馬達(dá)用于產(chǎn)生振動源;振動傳感器模塊直接和被測物體剛性連接在一起，當(dāng)被測物體發(fā)生振動時，振動傳感器模塊和被測物體一起運(yùn)動，被測物體的振動強(qiáng)度越快，振動傳感器模塊輸出的電壓越高，即輸出電壓與振動強(qiáng)度成正比；振動傳感器模塊輸出電壓信號與 ARM處理器單元A/D采樣通道連接;通過觸摸屏可以觀察振動強(qiáng)度的大?。籟〇〇32] 所述溫度檢測單元主要由鉑熱電阻PT1000和溫度變送器SBWZ-2860組成；鉑熱電阻PT1000在0□時其阻值為1000歐姆，其阻值會隨著溫度上升而成勻速增長;溫度變送器是利用鉑電阻的阻值隨溫度改變的特性將溫度變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓?，再?jīng)直流隔離變換，得到與溫度傳感器完全隔離的對應(yīng)于被測點(diǎn)溫度的的電壓信號;溫度變送器輸出電壓信號與 ARM處理器單元A/D采樣通道連接；鉑熱電阻PT1000采用高溫鍍銀三芯鐵氟龍線封裝，將其放置到不同溫度的液體中，通過觸摸屏來觀察溫度的變化。[〇〇33] 所述應(yīng)變檢測單元由等強(qiáng)度梁、電阻式應(yīng)變片BF350-3AA、彎曲傳感器模塊BF350-3AA/1.5AA和托盤組成;等強(qiáng)度梁各橫截面上的最大正應(yīng)力都相等，并均達(dá)到材料的許用應(yīng)力；電阻式應(yīng)變片在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時，其電阻值相應(yīng)的發(fā)生變化;電阻式應(yīng)變片貼在等懸臂梁最大正應(yīng)變處，電阻式應(yīng)變片引出兩根引線與彎曲傳感器模塊的輸入端連接;彎曲傳感器模塊將應(yīng)變片的彎曲變形轉(zhuǎn)換成〇?5V的電壓模擬量;彎曲傳感器模塊輸出電壓信號與ARM處理器單元A/D采樣通道連接;托盤懸掛在等懸臂梁的一端，試驗時向托盤里放置不同規(guī)格的砝碼，通過觸摸屏觀察應(yīng)變的變化；[〇〇34]所述壓力檢測單元主要由10kg電阻應(yīng)變式壓力傳感器CZL-A和HX711模塊組成；電阻應(yīng)變式壓力傳感器是由彈性體和電阻式應(yīng)變片(型號:BF1K-3AA)組成;彈性體在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在它表面的電阻式應(yīng)變片也隨同產(chǎn)生變形，電阻式應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生相應(yīng)變化;電阻應(yīng)變式壓力傳感器的輸出信號通過信號線與HX711模塊輸入端連接;所述HX711模塊將電阻應(yīng)變式壓力傳感器電阻的變化轉(zhuǎn)換為電信號，并將電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)字信號輸出;HX711模塊輸出的數(shù)字信號與ARM處理器單元的I/O引腳連接； 試驗時在電阻應(yīng)變式壓力傳感器上面放置不同規(guī)格的砝碼，通過觸摸屏來觀察壓力的變化；[〇〇35]所述位移檢測單元主要是由超聲波測距傳感器模塊HC-SR04組成，其采用超聲波回波測距原理，運(yùn)用精確的時差測量技術(shù)，檢測超聲波測距傳感器模塊與目標(biāo)物之間的距離，所述超聲波測距傳感器模塊自動發(fā)送8個40kHz的方波，自動檢測是否有信號返回，有信號返回則輸出一個高電平，高電平的持續(xù)時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間；聲波測距傳感器模塊輸出端與ARM處理器單元的I/O引腳連接，用于計算高電平的持續(xù)時間，并計算位移，測試位移=(高電平時間*聲速)/2 (聲速=340m/秒，聲速也叫音速，空氣中的音速在1 個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和15°C的條件下約為340m/秒)；學(xué)生可以通過擋板遮擋超聲波測距傳感器并水平移動擋板，通過觸摸屏來觀察位移的變化；[〇〇36] 所述轉(zhuǎn)速檢測單元主要由槽型光耦傳感器ITR9608、碼盤、直流電機(jī)和直流電機(jī)調(diào)速器CCMHCW組成;槽型光耦傳感器窄槽中間無遮擋時，接收管導(dǎo)通，槽型光耦傳感器輸出低電平，窄槽中間有遮擋時，槽型光親傳感器輸出高電平;碼盤均勾分成20個扇形區(qū)域，其中10個扇形區(qū)域透明，10個扇形區(qū)域擋光，透明和擋光扇形區(qū)域間隔設(shè)置;碼盤固定在直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上;直流電機(jī)帶動碼盤在槽型光耦傳感器的窄槽中轉(zhuǎn)動;碼盤旋轉(zhuǎn)1周槽型光耦傳感器輸出10個高電平信號;槽型光耦傳感器的輸出信號與ARM處理器單元的I/O引腳連接， 通過計算單位時間內(nèi)接受到高電平的次數(shù)來計算直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速;直流電機(jī)調(diào)速器其外置調(diào)速旋鈕，其通過改變輸出方波的占空比使負(fù)載上的平均電流功率從〇?1 〇〇 %變化，用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)速;試驗時旋轉(zhuǎn)調(diào)速旋鈕來改變直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過觸摸屏來觀察轉(zhuǎn)速的變化；[〇〇37] 所述ARM處理器單元，其選擇STM32F103C8T6芯片作為主控MCU，用于對實訓(xùn)裝置傳送的模擬量通過A/D模塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字量并進(jìn)行數(shù)字濾波，通過485通訊模塊遵循“MODBUS”通訊協(xié)議與MCGS觸摸屏進(jìn)行通訊；[〇〇38] 所述485通訊模塊由RS485通訊芯片SP3485EN及外圍電路組成，用于將主控M⑶產(chǎn)生的同分信號轉(zhuǎn)化為差分信號進(jìn)行傳輸；[〇〇39] 所述光電隔離單元、ARM處理器單元和485通訊模塊均焊接在一塊PCB電路板上。 [〇〇4〇] 所述觸摸屏為MCGS觸摸屏，型號是TPC7062TX，觸摸屏中輸入通過MCGSE組態(tài)環(huán)境編制的機(jī)械工程測試應(yīng)用軟件，機(jī)械工程測試檢測軟件可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)編程，內(nèi)容包括通過實訓(xùn)裝置檢測得到的靜態(tài)扭矩、振動強(qiáng)度、溫度、應(yīng)變、壓力、位移和電機(jī)轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)和相應(yīng)圖表的實時顯示，同時可以本地查看所使用傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)、特性；
[0041]所述電源模塊由開關(guān)電源組成，永遠(yuǎn)將市電電源穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換成一路24V直流電壓和一路5V的直流電壓，其中24V直流電壓用于為MCGS觸摸屏和直流電機(jī)調(diào)速器供電，5V直流電業(yè)用于嵌入式微處理器和各種傳感器模塊供電。
【主權(quán)項】
1.一種機(jī)械工程測試技術(shù)實驗臺，其特征在于包括實訓(xùn)裝置、ARM處理器單元、485通訊 模塊、MCGS觸摸屏以及電源模塊；所述實訓(xùn)裝置包括扭矩檢測單元、振動檢測單元、溫度檢測單元、應(yīng)變檢測單元、壓力 檢測單元、位移檢測單元和轉(zhuǎn)速檢測單元；所述扭矩檢測單元包括扭矩傳感器和信號變送器;所述扭矩傳感器根據(jù)電阻應(yīng)變原理 把扭轉(zhuǎn)力矩的作用下應(yīng)變片產(chǎn)生的變形轉(zhuǎn)換成與其成線性關(guān)系的電信號，所述扭矩傳感器 輸出的電信號通過信號線與信號變送器的輸入端連接;所述信號變送器將扭矩傳感器輸出 信號進(jìn)行精密放大，將力學(xué)量轉(zhuǎn)換成〇?5V電壓信號輸出；所述信號變送器輸出信號與ARM 處理器單元A/D采樣通道連接；所述振動檢測單元由包括振動傳感器模塊和扁平振動馬達(dá);所述扁平振動馬達(dá)用于產(chǎn) 生振動源;所述振動傳感器模塊直接和被測物體剛性連接在一起。當(dāng)被測物體發(fā)生振動時， 振動傳感器模塊和被測物體一起運(yùn)動，被測物體的振動強(qiáng)度越大，振動傳感器輸出的電壓 越高，即輸出電壓與振動強(qiáng)度成正比；所述振動傳感器模塊輸出電壓信號與ARM處理器單元 A/D采樣通道連接；所述溫度檢測單元包括鉑熱電阻PT1000和溫度變送器;所述溫度變送器利用鉑熱電阻 的阻值隨溫度改變的特性將溫度變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓?，再將電壓信號?jīng)過直流隔離變換， 得到與溫度傳感器完全隔離的對應(yīng)于被測點(diǎn)溫度的的電壓信號;所述溫度變送器輸出電壓 信號與ARM處理器單元A/D采樣通道連接；所述應(yīng)變檢測單元包括等強(qiáng)度梁、電阻式應(yīng)變片和彎曲傳感器模塊;所述電阻式應(yīng)變 片貼在等強(qiáng)度梁最大正應(yīng)變處，電阻式應(yīng)變片在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時，其電阻 值相應(yīng)的發(fā)生變化;所述電阻式應(yīng)變片引出兩根引線與彎曲傳感器模塊的輸入端連接;所 述彎曲傳感器模塊將電阻式應(yīng)變片的彎曲變形轉(zhuǎn)換成0?5V的電壓模擬量;所述彎曲傳感 器模塊輸出電壓信號與ARM處理器單元A/D采樣通道連接；所述壓力檢測單元包括電阻應(yīng)變式壓力傳感器和HX711模塊;所述電阻應(yīng)變式壓力傳 感器包括彈性體和電阻式應(yīng)變片;彈性體表面設(shè)有電阻式應(yīng)變片;所述彈性體在外力作用 下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在它表面的電阻式應(yīng)變片也隨同產(chǎn)生變形，電阻式應(yīng)變片變形后， 它的阻值將發(fā)生相應(yīng)變化;所述電阻應(yīng)變式壓力傳感器的輸出信號通過信號線與HX711模 塊輸入端連接;所述HX711模塊將電阻應(yīng)變式壓力傳感器電阻的變化轉(zhuǎn)換為電信號，并將電 信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)字信號輸出；所述HX711模塊輸出的數(shù)字信號與ARM處理器單元的I/O引 腳連接；所述位移檢測單元由超聲波測距傳感器模塊組成;超聲波測距傳感器模塊采用超聲波 回波測距原理，檢測超聲波測距傳感器模塊與目標(biāo)物之間的距離;所述超聲波測距傳感器 模塊自動發(fā)送8個40kHz的方波，自動檢測是否有信號返回，有信號返回則輸出一個高電平， 高電平的持續(xù)時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間，所述聲波測距傳感器模塊輸出端與 ARM處理器單元的I/O引腳連接，用于計算高電平的持續(xù)時間，從而計算位移；所述轉(zhuǎn)速檢測單元包括槽型光耦傳感器、碼盤、直流電機(jī)和直流電機(jī)調(diào)速器;所述槽型 光耦傳感器窄槽中間無遮擋時，模塊輸出低電平，窄槽中間有遮擋時，模塊輸出高電平;所 述碼盤均勻分成20個扇形區(qū)域，其中10個扇形區(qū)域透明，10個扇形區(qū)域擋光，透明和擋光的 扇形區(qū)域間隔設(shè)置;所述碼盤固定在直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上;所述直流電機(jī)帶動碼盤在槽型光耦傳感器的窄槽中轉(zhuǎn)動;所述碼盤旋轉(zhuǎn)一周槽型光耦傳感器輸出10個高電平信號;所述槽 型光耦傳感器的輸出信號與ARM處理器單元的I/O引腳連接，通過計算單位時間內(nèi)接受到高 電平的次數(shù)來計算直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速;所述直流電機(jī)調(diào)速器其外置調(diào)速旋鈕，其通過改變輸 出方波的占空比使負(fù)載上的平均電流功率從〇?100%變化，用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)速；所述ARM處理器單元，其選擇STM32芯片作為主控MCU，用于對實訓(xùn)裝置傳送的模擬量通 過A/D模塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字量并進(jìn)行數(shù)字濾波，通過485通訊模塊遵循“MODBUS”通訊協(xié)議與MCGS 觸摸屏進(jìn)行通訊；所述485通訊模塊由RS485通訊芯片及外圍電路組成，用于將主控MCU產(chǎn)生的同分信號 轉(zhuǎn)化為差分信號進(jìn)行傳輸；所述ARM處理器單元和485通訊模塊均焊接在一塊PCB電路板上；所述觸摸屏為MCGS觸摸屏；所述電源模塊由開關(guān)電源組成，用于將市電電源轉(zhuǎn)換成一路24V直流電壓和一路5V的 直流電壓，其中24V直流電壓用于為MCGS觸摸屏和直流電機(jī)調(diào)速器供電，5V直流電壓用于給 嵌入式微處理器和各種傳感器模塊供電。
【文檔編號】G09B5/02GK205609045SQ201620226188
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】閆銀發(fā), 王少剛, 宋占華, 李法德, 孟德興, 周盛祥
【申請人】山東農(nóng)業(yè)大學(xué)