一种自动控制教学仪器制造技术

本实用新型专利技术公开一种自动控制教学仪器，包括实验支架、万向节、摆杆、摆锤、控制器、电机、螺旋桨以及电子陀螺仪，所述实验支架呈三棱锥结构置于地面，所述万向节固定于实验支架顶点下方，所述摆杆上端部连接万向节，所述摆锤悬挂设置在摆杆下端，所述控制器固定在所述实验支架顶端，所述摆锤呈正方形结构，每个侧面中间沿同一水平面分别设置有电机。通过上述方式，本实用新型专利技术提供一种自动控制教学仪器，用于自动控制原理课程的实践教学环节，结构简单成本低廉，解决自动控制设备模型复杂、价格昂贵的问题，能够很好地让学生将理论知识与实践知识结合起来，提高实践技能。

An Automatic Control Instrument for Teaching

【技术实现步骤摘要】
一种自动控制教学仪器
本技术涉及自动控制领域，尤其涉及一种自动控制教学仪器。
技术介绍
大学《自动控制原理》课程的实践教学环节缺乏有效的教学仪器设备的支持，现有自动控制教学设备模型结构复杂、价格昂贵，无法有效实施推广。
技术实现思路
本技术主要解决的技术问题是提供一种自动控制教学仪器，用于自动控制原理课程的实践教学环节，结构简单成本低廉，解决自动控制设备模型复杂、价格昂贵的问题，能够很好地让学生将理论知识与实践知识结合起来，提高实践技能。为解决上述技术问题，本技术采用的一个技术方案是：提供一种自动控制教学仪器，包括实验支架、万向节、摆杆、摆锤、控制器、电机、螺旋桨以及电子陀螺仪，所述实验支架呈三棱锥结构置于地面，所述万向节固定于实验支架顶点下方，所述摆杆上端部连接万向节，所述摆锤悬挂设置在摆杆下端，所述控制器固定在所述实验支架顶端，所述摆锤呈正方体结构，所述摆锤的每个侧面中间位置沿同一水平面分别设置有电机，所述电机连接有螺旋桨，所述摆锤上表面设置有与水平面平行的电子陀螺仪，所述电子陀螺仪、所述电机均电性连接到控制器。在本技术一个较佳实施例中，所述控制器包含电源模块、单片机、显示屏、电机驱动模块、蜂鸣报警器模块以及键盘，所述电源模块电性连接单片机和电机驱动模块用于供电，所述单片机电性连接显示屏输出显示信号，所述单片机电性连接电机驱动模块输出控制信号，所述单片机电性连接电子陀螺仪采集传感数据，所述单片机电性连接蜂鸣报警器模块输出提示音，所述键盘电性连接单片机。在本技术一个较佳实施例中，所述电源模块包含第一降压模块和第二降压模块，所述第一降压模块提供6v电压连接到电机驱动模块进行供电，所述第二降压模块提供5v电压连接到电子陀螺仪、单片机和显示屏进行供电。在本技术一个较佳实施例中，所述键盘包含有参数加按键、参数减按键、确认按键以及功能选择按键。在本技术一个较佳实施例中，所述电机驱动模块共两个，每个电机驱动模块连接两个电机。在本技术一个较佳实施例中，所述摆锤底部设置有竖直面向地面的摆动轨迹绘图仪，所述摆动轨迹绘图仪设置为激光发生器。本技术的有益效果是：本技术提供的一种自动控制教学仪器，用于自动控制原理课程的实践教学环节，结构简单成本低廉，解决自动控制设备模型复杂、价格昂贵的问题，能够很好地让学生将理论知识与实践知识结合起来，提高实践技能。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：图1是本技术一种自动控制教学仪器的一较佳实施例的结构图。图2是摆锤与摆动轨迹绘图仪的结构示图。具体实施方式下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。如图1所示，本技术实施例包括：一种自动控制教学仪器，包括实验支架1、万向节2、摆杆3、摆锤4、控制器5、电机6、螺旋桨7以及电子陀螺仪8，所述实验支架1呈三棱锥结构置于地面，所述万向节2固定于实验支架1顶点下方，所述摆杆3上端部连接万向节2，所述摆锤4悬挂设置在摆杆3下端，所述控制器5固定在所述实验支架1顶端，所述摆锤4呈正方体结构，所述摆锤4的每个侧面中间位置沿同一水平面分别设置有电机6，所述电机6连接有螺旋桨7，所述摆锤4上表面设置有与水平面平行的电子陀螺仪8，所述电子陀螺仪8、所述电机6均电性连接到控制器5。其中，所述控制器5包含电源模块51、单片机52、显示屏53、电机驱动模块54、蜂鸣报警器模块56以及键盘55，所述电源模块51电性连接单片机52和电机驱动模块54用于供电，所述单片机52电性连接显示屏53输出显示信号，所述单片机52电性连接电机驱动模块54输出控制信号，所述单片机52电性连接电子陀螺仪8采集传感数据，所述单片机电性连接蜂鸣报警器模块56输出提示音，所述键盘55电性连接单片机52。所述控制器5上还设置有电源开关57，所述电源开关57电性连接电源模块51。进一步的，所述电源模块51包含第一降压模块511和第二降压模块512，所述第一降压模块511提供6v电压连接到电机驱动模块54进行供电，所述第二降压模块512提供5v电压连接到电子陀螺仪8、单片机52和显示屏53进行供电。进一步的，所述键盘55包含有参数加按键、参数减按键、确认按键以及功能选择按键。进一步的，所述电机驱动模块54共两个，每个电机驱动模块54连接两个电机6。进一步的，所述摆锤4底部设置有竖直面向地面的摆动轨迹绘图仪9，所述摆动轨迹绘图仪9设置为激光发生器。首先，本实施例的硬件选型如下：(1)电机6：选择了一款820空心杯电机6，配备75mm的A+B螺旋桨7，工作电压为3～5V，电流0.15A，在3V工作电压时转速为35000～37000r/min，在5V工作电压时转速为50000r/min。(2)电机驱动模块54：选用了TB6612FNG电机驱动模块54，该款驱动模块是一种双驱动，可以同时驱动两个电机6。该模块上的AIN1、AIN2、BIN1、BIN2用来控制正反转，可以通过其控制电机6工作在“停止、正转、反转”三种工作模式。当AIN1与AIN2电平为00或11时电机6工作停转状态；当AIN1与AIN2为电平为01或10时，电机6工作在正转或反转状态。驱动模块上PWMA为第一路电机6PWM控制端口，用于电机6调速使用，BIN1、BIN2与AIN1、AIN2类似。(3)电子陀螺仪8MPU6050本控制系统选用的角度传感器为六轴MPU6050，该传感器含有三轴陀螺仪和三轴加速度，工作电压范围为3～5V，采样通信速率高达400KHz的IIC通信协议，内置16位AD转换器，可以输出16位数字信号。其角速度测定范围：±250、±500、±1000、±20000/s，加速度范围：±2、±4、±8、±16g。(4)MCU本风力摆控制系统选用了IAPSTC15W58S4作为微控制器5。该款微控制器5具有8通道10位ADC模数转换通道，转换速度可达30万次/秒，还有6路PWM和6路DAC转换通道；以及具有6通道捕获/比较单元(CCP、PCA、PWM)，具有内部震荡电路，内部震荡电路时钟从5～35MHz可选(即60～420MHz)。其次，本实施例需配合相应软件系统进行：(1)主程序：首先需要完成IO口、串口、陀螺仪MPU6050初始化，以及对第一对电机6、第二对电机6初始化、以及第一对电机6和第二对电机6的PID参数和关于定时器T2的相关寄存器进行初始化。然后开始不断采集传感器MPU6050的X、Y、Z方向的角度和角加速度数据，最后控制电机6执行任务。(2)PID控制算法首先初始化P、I、D等参数，主要有：当前偏差、上一次偏差以及P、I、D常数和设定值以及累计误差。随后根据PID算法原理计算出角度偏差值和积分值，进行限幅后计算出当前微分值，最后计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动控制教学仪器，其特征在于，包括实验支架、万向节、摆杆、摆锤、控制器、电机、螺旋桨以及电子陀螺仪，所述实验支架呈三棱锥结构置于地面，所述万向节固定于实验支架顶点下方，所述摆杆上端部连接万向节，所述摆锤悬挂设置在摆杆下端，所述控制器固定在所述实验支架顶端，所述摆锤呈正方形结构，所述摆锤的每个侧面中间位置沿同一水平面分别设置有电机，所述电机连接有螺旋桨，所述摆锤上表面设置有与水平面平行的电子陀螺仪，所述电子陀螺仪、所述电机均电性连接到控制器。

【技术特征摘要】
1.一种自动控制教学仪器，其特征在于，包括实验支架、万向节、摆杆、摆锤、控制器、电机、螺旋桨以及电子陀螺仪，所述实验支架呈三棱锥结构置于地面，所述万向节固定于实验支架顶点下方，所述摆杆上端部连接万向节，所述摆锤悬挂设置在摆杆下端，所述控制器固定在所述实验支架顶端，所述摆锤呈正方形结构，所述摆锤的每个侧面中间位置沿同一水平面分别设置有电机，所述电机连接有螺旋桨，所述摆锤上表面设置有与水平面平行的电子陀螺仪，所述电子陀螺仪、所述电机均电性连接到控制器。2.根据权利要求1所述的自动控制教学仪器，其特征在于，所述控制器包含电源模块、单片机、显示屏、电机驱动模块、蜂鸣报警器模块以及键盘，所述电源模块电性连接单片机和电机驱动模块用于供电，所述单片机电性连接显示屏输出显示信号，所述单片机电性连接电机驱动模块输出控制信号，所述单片机...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐涢基，龚明，毛启宁，罗昭洪，顾晓东，黄聪，王宇航，谭超强，贺嘉乐，杨思危，陈梦涛，
申请(专利权)人：华东交通大学理工学院，
类型：新型
国别省市：江西,36