一种自动教学及考核验收机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种自动教学及考核验收机器人，包括硬件模块、控制模块和上位机；其中，硬件模块包括电源模块、信号源模块和示波器模块；控制模块包括硬件驱动控制单元和主控制单元；上位机包括串口通信测试模块，用于测试串口通信，学生登录模块，用于录入学生信息，实验考题模块，用于编写及发布实验题目，实验数据处理模块，用于处理实验数据，学生分数计算模块，用于评判实验结果；上位机与主控制单元通信，下发命令，控制电源模块给待测作品提供电源电压，信号源模块提供测试信号，并控制示波器模块对信息测量点进行信息采集，采集数据通过主控制单元上发给上位机，上位机对数据进行处理分析后，采用统一标准对学生作品进行评判并打分。

An automatic teaching and assessment robot

The invention discloses an automatic teaching and assessment and acceptance of the robot, including hardware module, control module and PC; the hardware module includes power module, signal source module and oscilloscope module; hardware control module includes a drive control unit and main control unit; the upper machine includes serial communication test module for testing serial communication. Student login module, for the entry of student information, experimental test module, used to write and publish the title of the experiment, the experimental data processing module, used in the treatment of experimental data, the student score calculation module, used to judge the results; communication between PC and the main control unit, under the command and control power supply module provides the measured work supply voltage. The signal source module provides a test signal, and control the oscilloscope module information collected on information measurement, collection number According to the main control unit, the upper computer is sent to the host computer, and the upper computer is used for processing and analyzing the data. The unified standard is adopted to judge and mark the students' works.

【技术实现步骤摘要】
一种自动教学及考核验收机器人
本专利技术属于电子类实验教学设备
，具体涉及一种自动教学及考核验收机器人。
技术介绍
目前各大高校的电子技术实验课程都是学生使用面包板搭建实验电路，自行测试完成后，申请实验老师现场验收。根据所做实验项目，向实验老师演示所完成的实验的内容，老师根据完成情况、测试指标来现场打分。整个验收过程平均需要5至10分钟，每次到验收高峰期，学生都需要排队申请验收。这样既耽误学生的时间，又使得老师在整个实验教学过程中将大部分宝贵的教学时间花费在实验验收环节上。教师需要对个体学生的实验作品实施一对一的验收，工作量极大导致难以细致验收。这导致验收工作粗放，学生认可度不高。除此之外，老师验收的主观性较强，没有一个明确的评判标准，难以做到客观公正。而且现有的实验室设备也大大限制了很多实验的验收，导致实验教学过程中实验设计的比较单一，不够灵活多变。所以为了解决上述问题，需要设计一个机器人，能够发出各种复杂的波形，能够自动检测多点信息，能够完成有效的模式识别，将教师智能表现出来，提高测试速度，将老师从繁重的实验验收工作中解放出来，使得老师可以将更多的课堂时间花费在对学生的教学与指导中，提高实验教学质量。
技术实现思路
本专利技术提供了一种自动教学及考核验收机器人，以解决在电子实验教学过程中，老师人工验收带来的问题。减少老师验收环节的工作量，做到客观公正的验收，同时减少现有实验室设备对部分实验验收的限制，提高实验教学过程中实验设计的灵活性。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种自动教学及考核验收机器人，包括硬件模块、控制模块和上位机；其中，硬件模块包括电源模块、信号源模块和示波器模块；控制模块包括硬件驱动控制单元和主控制单元；上位机包括串口通信测试模块，用于上位机与主控制单元之间的通信测试，学生登录模块，用于学生信息录入，实验考题模块，用于实验验收题目的编写以及发布，实验数据处理模块，用于对学生实验数据的收集及其处理分析，学生分数计算模块，用于对学生实验结果的评判以及分数计算；上位机与主控制单元通信，下发命令，控制电源模块给学生完成的作品提供指定的电源电压，信号源模块源提供测试信号，并控制示波器模块对学生作品的信息测量点进行信息采集，将采集的数据通过主控制单元上发给上位机，上位机对数据进行处理分析后，采用统一合理的评判标准对学生作品进行评判并打分。本专利技术进一步的改进在于，上位机与主控制单元通过串口通讯线通信，主控制单元与硬件模块中的电源模块、信号源模块和示波器模块通过CAN总线通信。本专利技术进一步的改进在于，电源模块提供固定电压源，模拟可变电压源和可变数字电压源。本专利技术进一步的改进在于，信号源模块包括复杂波形发生器和高质量正弦波信号源。本专利技术进一步的改进在于，复杂波形发生器通过单片机程序控制DAC输出各种类型的信号波形，包括正弦波、方波、三角波和短时脉冲以及这几种信号组合的复杂信号，并能够通过修改程序代码改变信号频率；高质量正弦波信号源包括DDS、幅度控制部分和电阻衰减网络。本专利技术进一步的改进在于，示波器模块包括低频高精度数据采集系统和高频数据采集系统。本专利技术进一步的改进在于，还包括机壳，硬件模块和控制模块均设置在机壳内。本专利技术具有如下的有益效果：在对学生实验作品进行验收时，老师或者学生通过操作上位机，下达验收命令，得到开始命令后，整个教学机器人自主进行验收过程，由上位机给主控制单元下发命令，进而控制电源模块给待测作品提供指定的电源电压，信号源模块提供测试信号，并控制示波器模块对待测作品的信息测量点进行信息采集，下层各个子模块在收到命令后进行相应的操作，并把确认命令或者数据上发给上位机，上位机对数据进行处理分析后，给出验收结果，整个过程中不需要实验老师的全程干预，也不需要老师操作各种仪器设备进行验收测量，都是由教学机器人自动完成，验收时间由人工验收的5至10分钟缩短至20秒左右，大大减轻了老师实验验收环节的压力，能让老师把更多的时间和精力投入到更能体现教师价值的方法讲解、故障排查和实验指导工作中去，也节省了学生等候验收的大量时间。同时，由于教学机器人各类性能指标的稳定统一，例如，电源模块给每位学生待测作品提供的电源电压，其幅值、纹波、负载能力等各项参数的误差都是在已知的范围内，信号源模块给待测作品提供的测试信号，其幅值、频率、直流偏置电压等参数都在确定的误差范围内，示波器模块采集条件相同，保证其采集数据的一致性，这些使得每次的验收过程中为待测作品提供的电源电压、测试信号等都能在一定误差内保持相同，教学机器人再根据同等条件下测量得到的数据，通过统一合理的评判标准，对学生作品进行评判并打分，在这种情况下，没有任何老师的主观因素以及验收条件的不同影响评判结果，可以在一定程度上做到客观公正，并且教学机器人可以为学生提供详细的验收数据，帮助其对自身作品进行细致的分析，相比于传统的人工验收方法，这也是一个比较明显的优势。除此之外，目前大多数高校电子实验课程只能为学生提供基本的信号源，其大部分只能发出几种单一类型的信号，例如正弦波信号、三角波信号、方波信号、直流信号等，而本专利技术中的信号源包含复杂波形发生器和高质量的正弦波信号源，复杂波形发生器除了可以为学生提供各种类型的信号外，还可以提供各种类型信号混合的复杂信号，例如，正弦波信号与方波信号的混合信号，正弦波信号与脉冲信号的混合信号，数字量信号等，高质量的正弦波信号源可以输出频率最小达到10Hz，最大达到10MHz，步进精度达到0.1Hz的高质量的正弦波信号，其最小幅度达到100μV，最大幅度达到1.25V，丰富的信号波形使得学生实验设计变得更为灵活。进一步，整个专利技术的实施过程划分为三个部分，共有两种通信方式。上位机与主控制单元通过串口通信线进行单点对单点的通信，使得上位机可以较简单的控制下层模块。硬件模块的各个子模块通过CAN总线与主控制单元通信，CAN总线系统结构简单，有极高的性价比，单条总线最多可接110个节点，并可方便的扩充节点数，而且多主结构和各节点的地位平等，使得区域组网变得更加方便，总线利用率较高。上面所述的CAN总线优点使得本专利技术拥有较高的可扩展性，在后续开发中可以通过增加挂载在CAN总线上的硬件子模块来继续丰富本专利技术的功能。进一步，本专利技术为用户提供了多种电压源，包括固定电压源，模拟可变电压源和可变数字电压源，极大的方便了用户的使用，基本可以满足普通用户对电压源的需求。进一步，本专利技术中信号源模块包括复杂波形发生器和高质量正弦波信号源。高质量正弦波信号源可以输出频率最小达到10Hz，最大达到10MHz，步进精度达到0.1Hz的高质量的正弦波信号，其最小幅度达到100μV，最大幅度达到1.25V；复杂波形发生器可以发出正弦波、方波、三角波和短时脉冲以及这几种信号组合的复杂信号。相对于大多数高校电子实验课程为学生提供的基本信号源，本专利技术中两种不同类型的信号源为用户提供了种类非常丰富的信号波形，使得学生实验设计变得更为灵活。进一步，本专利技术中示波器模块为用户提供了低频高精度数据采集系统和高频数据采集系统，既可以对低频信号进行高精度的数据采集，又能对高频信号进行数据采集。附图说明图1是实验教学机器人的机械结构示意图；图2是实验教学机器人总体框本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动教学及考核验收机器人，其特征在于，包括硬件模块、控制模块和上位机(1)；其中，硬件模块包括电源模块(8)、信号源模块(5)和示波器模块(10)；控制模块包括硬件驱动控制单元和主控制单元(4)；上位机(1)包括串口通信测试模块，用于上位机(1)与主控制单元(4)之间的通信测试，学生登录模块，用于学生信息录入，实验考题模块，用于实验验收题目的编写以及发布，实验数据处理模块，用于对学生实验数据的收集及其处理分析，学生分数计算模块，用于对学生实验结果的评判以及分数计算；上位机(1)与主控制单元(4)通信，下发命令，控制电源模块(8)给学生完成的作品提供指定的电源电压，信号源模块(5)源提供测试信号，并控制示波器模块(10)对学生作品的信息测量点进行信息采集，将采集的数据通过主控制单元(4)上发给上位机(1)，上位机(1)对数据进行处理分析后，采用统一合理的评判标准对学生作品进行评判并打分。

【技术特征摘要】
1.一种自动教学及考核验收机器人，其特征在于，包括硬件模块、控制模块和上位机(1)；其中，硬件模块包括电源模块(8)、信号源模块(5)和示波器模块(10)；控制模块包括硬件驱动控制单元和主控制单元(4)；上位机(1)包括串口通信测试模块，用于上位机(1)与主控制单元(4)之间的通信测试，学生登录模块，用于学生信息录入，实验考题模块，用于实验验收题目的编写以及发布，实验数据处理模块，用于对学生实验数据的收集及其处理分析，学生分数计算模块，用于对学生实验结果的评判以及分数计算；上位机(1)与主控制单元(4)通信，下发命令，控制电源模块(8)给学生完成的作品提供指定的电源电压，信号源模块(5)源提供测试信号，并控制示波器模块(10)对学生作品的信息测量点进行信息采集，将采集的数据通过主控制单元(4)上发给上位机(1)，上位机(1)对数据进行处理分析后，采用统一合理的评判标准对学生作品进行评判并打分。2.根据权利要求1所述的一种自动教学及考核验收机器人，其特征在于，上位机(1)与主控制单元(4)通过串口...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建国，周旺，张雪，谭超，江申，习斌，张青，李卓洋，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61