[实用新型]一种基于单片机的机电系统PID自动控制实验教学平台

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种机电系统PID自动控制教学用具，具体涉及一种基于单片机的机电系统PID自动控制实验教学平台。

背景技术

机电系统在国民经济和军事系统方面有着广泛的应用前景，机电系统通常包括机械本体部分、动力驱动部分、测试传感部分、控制及信息处理部分、执行机构部分。而在控制及信息处理部分通常采用单片机技术。近年来，单片机技术迅猛发展，在机械电子工程、自动控制技术、计算机信息技术、传感器检测技术等领域得到广泛的应用。在模拟控制系统中，PID控制规律是最常用的控制规律，而PID控制的各个环节对控制系统的动态性能和稳定性能具有不同的影响。

单片机技术发展非常迅速，新型单片机及外围器件日新月异。目前市场上常见的单片机开发板针对性不强，也没有将单片机技术、机械电子工程、自动控制技术、传感检测技术、电子电路技术等在系统工程的基础上加以综合应用，无法满足课程教学和实践应用的需要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于单片机的机电系统PID自动控制实验教学平台。

为达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案。

该实验教学平台包括下位机，所述下位机包括电机、单片机、电机驱动模块、电机测速模块、LED灯指示模块、数码管显示模块、脉冲整形模块、串口通信模块和按键扫描模块，电机驱动模块、LED灯指示模块、数码管显示模块、脉冲整形模块、串口通信模块以及按键扫描模块分别与单片机相连，电机测速模块与脉冲整形模块相连，电机与电机驱动模块相连。

所述实验教学平台还包括与串口通信模块相连的上位机。

所述上位机为PC机。

所述单片机可选多种型号，如51系列、AVR系列或PLC系列，本平台采用ATMEGA8芯片。

所述电机驱动模块主要采用ULN2803芯片。

所述电机测速模块包括NPN型对射式光电传感器，NPN型对射式光电传感器的光发射器以及接收器分别设置于电机扇叶两侧。

所述LED灯指示模块包括4个发光二极管。

所述数码管显示模块包括共阴极四位一体数码管以及两片用于控制共阴极四位一体数码管进行动态显示的74HC573锁存器芯片。

所述脉冲整形模块主要采用74HC14芯片。

本实用新型的有益效果为：本实用新型所述实验教学平台采用模块化思想，结构简单，设计合理，原理清晰，能够使机电工程、自动控制工程、计算机嵌入式等学科的学生了解并掌握机电控制系统的工作全过程，将单片机技术、机械电子工程、自动控制技术、计算机信息技术、传感检测技术以及电子电路技术等在系统工程的基础上加以综合应用，可以满足课程教学和实践应用的需求。

本实用新型所述实验教学平台可以进行在线编程，进行LED灯指示、数码管显示、串口通讯、电机驱动、电机测速、电机调速、PID算法设计、数据曲线生成等实验，从而使学生更好的了解并掌握机电控制系统的工作全过程。

本实用新型所述实验教学平台可采用多种单片机芯片进行教学，不仅包括日常教学多采用的51系列单片机芯片，而且包括实际工业应用中使用的AVR系列、PLC系列等单片机芯片，通用性强，缩短了学校教学和社会应用中的差距，让学生更好的掌握单片机技术原理及开发应用流程，能够更深层次的提高学生的动手动脑能力。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的工作流程图；

图中：1为上位机，2为串口软件、3为数据曲线绘图软件、4为单片机、5为电机、6为电机驱动模块、7为电机测速模块、8为LED灯指示模块、9为数码管显示模块、10为脉冲整形模块、11为串口通信模块、12为按键扫描模块；F0为烧录上位机下载的电机控制程序；F1为上位机下发的电机额定转速设定指令；F2为接收按键扫描信息确定PID控制参数；F3为输出控制信息给电机驱动模块进行电机驱动；F4为接收电机测速模块传送的电机实时转速数据；F5为输出显示信息给LED灯指示模块进行显示；F6为输出电机实时转速给数码管显示模块进行显示；F7为输出电机实时转速给上位机进行显示；F8为将电机控制程序下载给单片机进行烧录；F9为将电机额定转速设定指令下发给单片机；F10为接收下位机上传的电机实时转速数据进行显示；F11为将实时转速数据绘制成速度-时间关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。