智能集成化学实验教具制造技术

本实用新型专利技术智能集成化学实验教具，包括控制器以及与所述控制器连接的传感组件及执行机构；其中所述执行机构包括：驱动电路，所述驱动电路与所述控制器连接；自动摇摆单元，所述自动摇摆单元通过开关元件与所述驱动电路连接。与现有技术相比，本实用新型专利技术具有如下优势：1)本实用新型专利技术利用数字技术、声光电一体化和智能化技术，精确测定化学试剂的PH值；2)本实用新型专利技术利用数字技术与自动控制技术，对试管内反应试剂摇匀、加热并精确控温；3)本实用新型专利技术改善了现有的化学实验方式和教学环境，减少化学实验的危险性，更利于教学的实施。

Intelligent integrated chemical experiment teaching aids

The utility model is an intelligent integrated chemical experiment teaching instrument, including a controller and a sensing component and an actuating mechanism connected with the controller. The actuating mechanism includes a driving circuit, a drive circuit connected with the controller, an automatic swing unit, and the automatic swing unit through a switch element and the driving device. Circuit connection. Compared with the existing technology, the utility model has the following advantages: 1) the utility model uses digital technology, acoustic optoelectronic integration and intelligent technology to accurately determine the pH value of chemical reagents; 2) the utility model uses digital technology and automatic control technology to shake and heat the reaction reagents in the test tube, heat and control the temperature accurately; 3) the utility model is practical. The new method improves the existing chemical experiment methods and teaching environment, reduces the danger of chemical experiments, and is more conducive to the implementation of teaching.

【技术实现步骤摘要】
智能集成化学实验教具
本技术设计一种基于单片机的智能教具，属于智能控制
，应用于化学教学与实验，特别是一种智能集成化学实验教具。
技术介绍
2003年，中华人民共和国教育部颁布《高中物理课程标准(实验稿)》中提出：“重视将信息技术应用到物理实验室，加快中学物理实验软件的开发和应用，诸如通过计算机实时测量、处理实验数据，分析实验结果等”。目前，现代实验手段在物理教学与实验方面已得到应用，而在化学教学上，依然使用酒精灯、试管架等传统的化学实验器材，需要手动摇匀试剂，以PH试纸大致判定PH值。不仅实验流程操作复杂、具有一定程度的危险性，而且化学试剂的加热温度不可控。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种控制方式简单可靠、对化学试剂自动加热与控温的智能集成化学实验教具。为解决上述技术问题，本技术智能集成化学实验教具，包括控制器以及与所述控制器连接的传感组件及执行机构；其中所述执行机构包括：驱动电路，所述驱动电路与所述控制器连接；自动摇摆单元，所述自动摇摆单元通过开关元件与所述驱动电路连接。优选地，所述自动摇摆单元包括：电机，所述电机通过所述开关元件与所述驱动电路连接；摇臂，所述摇臂通过连接轴套与所述电机连接，在所述摇臂内设有置物的空腔，用以放置试管；加热件，所述加热件设置在所述空腔的底部。优选地，在所述试管与所述加热件之间设有导热体。优选地，所述加热件为加热膜。优选地，所述传感组件包含热电偶及红外测温器；其中所述热电偶设置在所述导热体内，所述红外测温器设置在所述摇臂上。优选地，所述开关元件由机械开关和整流管并联构成。优选地，所述机械开关为电子驱动式电磁开关。优选地，所述电子驱动式电磁开关采用继电器或交流接触器。优选地，所述驱动电路为电子驱动电路。优选地，所述控制器包含单片机及外围电路。与现有技术相比，本技术具有如下优势：1)本技术利用数字技术、声光电一体化和智能化技术，精确测定化学试剂的PH值；2)本技术利用数字技术与自动控制技术，对试管内反应试剂摇匀、加热并精确控温；3)本技术改善了现有的化学实验方式和教学环境，减少化学实验的危险性，更利于教学的实施。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征目的和优点将会变得更明显。图1为本技术智能集成化学实验教具原理图；图2为本技术智能集成化学实验教具控制原理图一；图3为本技术智能集成化学实验教具控制原理图二；图4为本技术智能集成化学实验教具自动摇摆单元结构示意图。图中：1-电机2-摇臂3-试管4-加热膜5-导热体6-热电偶7-红外测温器8-机械开关9-整流管10-连接轴套具体实施方式下面对本技术做进一步的详细说明，所述是对本技术的解释而不是限定。以下结合附图对本技术做出进一步的说明。如图1～图4所示，本技术智能集成化学实验教具按系统组成划分，包括传感组件(数据信息采集系统)、控制器(控制与存储系统)和执行机构三个部分。控制器根据RFID射频指令或手动指令驱动低速直流电机1正反向运行以摆动摇臂2，并根据红外传感器对摇臂2进行精确定位。电加热膜4、导热体5和温度传感器构成加热控制系统，并在异常情况下发出报警信号。传感组件(数据信息采集系统)主要对PH值、压强、温度等非电信号进行采集，通过高阻抗运算放大器调理输出形成模拟电压信号，再通过AD转换器形成数字量进行加工处理。自动摇摆单元的摇臂2以直流低速电机1经由连接轴套10驱动，通过两个直流继电器进行正反向驱动，同时可采取调整PWM占空比的方式对电机进行速度控制，实现试管3的加热、温控、摇摆、PH值检测、压强检测等功能。系统根据三个红外传感器进行精确定位以控制电机1转向，通过停止延时再换向运转的柔性控制以减轻瞬态反向力矩的影响。当摇臂2现出非预期状况时，接收到红外传感器的反馈信号后，控制器发出指令停机，防止摇臂2失控发生试管倒置的危险。如果红外传感器发生故障，系统将会根据最大摇摆时间进行报警并作出处理。热电偶6用于检测试管3内试剂的加热温度，在加热膜4和试管3之间填充导热体5，热电偶6置于导热体5中并贴近试管3，导热体5用于均匀扩散温度，以实现电加热试管3的目的，摇臂2内层贴有绝缘耐热材料(图中未示出)，红外测温器7监测试剂实时温度。加热时，首先接通功率继电器启动加热回路，底层加热膜4温度开始上升，直到阈值+回差后关闭加热器，在下降到阈值-回差后重新启动加热，试管加热温度在控制上下限之间波动，方式简单，可满足化学教学实验所需。加热与摇摆动作完成后，可测量液体PH值和压强等数据，PH电极和压强传感器按照使用规范流程进行操作即可。本技术可通过手动，RFID射频或通信等方式形成输入，以驱动摇臂机构运行。控制电路、机械开关驱动电路和开关元件之间的相互作用，机械开关驱动电路和开关元件构成执行机构。控制电路用于控制执行机构。控制器以单片机为核心控制元件，按设定的程序对采样信号与设定的阈值进行比较，采样信号不小于设定的阈值时则向机械开关驱动电路发出处理信号；开关元件由机械开关8和整流管9并联构成，机械开关8采用公知的电子驱动式电磁开关，可以是继电器或交流接触器；机械开关驱动电路采用公知的电子驱动电路，用于控制机械开关8的闭合或分断。机械开关8闭合状态的电压降很小，因此，设定的阈值通常为几毫伏至几十毫伏。系统需要投入电容时，控制电路接收到系统的投切指令，从开关元件进行采样，获得采样信号，采样信号通常为电压信号。控制电路对采样信号进行比较，整流管9正向偏压时则输出处理信号，该处理信号可以是电压信号和/或电流信号。机械开关驱动电路接收到来自控制电路的处理信号，转换为驱动信号，该驱动信号通常为电流信号。开关元件从机械开关驱动电路接收驱动信号，机械开关8闭合。机械开关驱动电路持续输出驱动信号，机械开关8保持接通状态。因整流管处于正向偏压而导通，机械开关8闭合时，其触点间电压不超过1.5V，不会产生电弧。系统需要切除电容时，控制电路接收到系统的投切指令，控制电路对整流管9的两端电压进行采样，该采样信号是机械开关8的接触压降，整流管9呈现正向偏压时则输出处理信号，该处理信号可以是电压信号和/或电流信号。机械开关驱动电路接收到来自控制电路的处理信号，断开驱动信号，机械开关8分断。因整流管处于正向偏压，机械开关8分断时，整流管导通，使机械开关8触点间电压不超过1.5V，不会产生电弧。机械开关8和整流管9之间的电连接采用并联关系。机械开关8可以是继电器或交流接触器。以上对本技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本技术的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能集成化学实验教具，其特征在于，包括控制器以及与所述控制器连接的传感组件及执行机构；其中所述执行机构包括：驱动电路，所述驱动电路与所述控制器连接；自动摇摆单元，所述自动摇摆单元通过开关元件与所述驱动电路连接。

【技术特征摘要】
1.一种智能集成化学实验教具，其特征在于，包括控制器以及与所述控制器连接的传感组件及执行机构；其中所述执行机构包括：驱动电路，所述驱动电路与所述控制器连接；自动摇摆单元，所述自动摇摆单元通过开关元件与所述驱动电路连接。2.根据权利要求1所述的智能集成化学实验教具，其特征在于，所述自动摇摆单元包括：电机，所述电机通过所述开关元件与所述驱动电路连接；摇臂，所述摇臂通过连接轴套与所述电机连接，在所述摇臂内设有置物的空腔，用以放置试管；加热件，所述加热件设置在所述空腔的底部。3.根据权利要求2所述的智能集成化学实验教具，其特征在于，在所述试管与所述加热件之间设有导热体。4.根据权利要求2所述的智能集成化学实验教具，其特征在于，所述加热件为加...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋瑞昕，单畅，张辰钰，闫寒松，于颖，
申请(专利权)人：宋瑞昕，单畅，张辰钰，闫寒松，于颖，
类型：新型
国别省市：上海,31