專利名稱：學(xué)生安全數(shù)控電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種集中控制式學(xué)生安全數(shù)控電源系統(tǒng)
背景技術(shù)：
中學(xué)物理實驗特別是電學(xué)實驗時，需要使用可以精確控制輸出并且擁有多種電壓及電流輸出類型的學(xué)生電源。同時，為了保證學(xué)生的人身安全及學(xué)校財產(chǎn)安全，學(xué)生電源系統(tǒng)應(yīng)該具有過流保護、教師機控制各分立電源的功能。目前，實驗室普遍配備的都是旋鈕調(diào)壓、指針指示電壓的老式學(xué)生電源，這些學(xué)生電源存在電壓輸入不便捷、指示不直觀、沒有集中控制式管理功能等問題，在實驗過程中容易引入人為誤差且存在一定的安全隱患
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供ー種集中控制式學(xué)生安全數(shù)控電源系統(tǒng)。其中教師機電源和學(xué)生機電源可以分別獨立提供交、直流電壓輸出并具有過流保護功能；同時可以通過教師機統(tǒng)ー控制學(xué)生機電壓輸出類型及電壓值。本實用新型提供的技術(shù)方案是ー種集中控制式學(xué)生安全數(shù)控電源系統(tǒng)。其特征在于包括學(xué)生數(shù)控電源教師機與學(xué)生機，其中教師機具有過流保護、漏電保護、刷卡開機、教師機電源輸出以及控制學(xué)生機電源輸出等功能；學(xué)生機具有過流保護、獨立電源輸出以及受控電源輸出等功能。ー套集中控制式學(xué)生安全數(shù)控電源系統(tǒng)由一臺學(xué)生安全數(shù)控電源教師機和若干臺學(xué)生機組成，教師機與學(xué)生機之間通過網(wǎng)線聯(lián)接通信，教師機能夠控制自身的電壓及電流輸出同時能夠控制并鎖定學(xué)生機的交直流電壓輸出。所述教師機由數(shù)控面板、電壓輸出主板及刷卡控制器組成，電壓輸出主板包括微控制器、電磁繼電器、交流變壓器、場效應(yīng)管、電流傳感器及直流穩(wěn)壓管等；所述學(xué)生機由數(shù)控面板和電壓輸出主板組成。按上述方案，所述數(shù)控面板采用按鍵式輸入，LED數(shù)碼管指示電壓。按上述方案，所述教師機與學(xué)生機電壓輸出主板均采用交流變壓器分4個繞組分別輸送“2V”、“4V”、“8V”和“ 16V”四個不同的交流電壓等級到4個獨立的電磁繼電器，通過微控制器控制與交流變壓器繞組相連的電磁繼電器導(dǎo)通與關(guān)閉，以輸出合適的交流電壓。通過控制不同的電壓組合即可輸出2-30V精確度為2V的交流電壓；當(dāng)輸出類型為直流電壓時，微控制器與場效應(yīng)管相連的PWM管腳進入工作狀態(tài)，通過PWM波的占空比控制場效應(yīng)管的導(dǎo)通及截止時間比例，作為開關(guān)電源輸出設(shè)定的直流電壓值。并且直流電壓輸出端與微處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換接ロ相連，微處理器通過轉(zhuǎn)換后的數(shù)字電壓值判斷當(dāng)前輸出的準確性，并通過PID算法動態(tài)調(diào)整PWM波的占空比進而調(diào)整直流電壓輸出，形成閉環(huán)控制，使得輸出直流電壓快速精確的穩(wěn)定到設(shè)置的電壓值。按上述方案，所述的教師機與學(xué)生機電壓輸出主板上的交流變壓器均備有ー個輸
送“IV”電壓的繞組，在低電壓大電流輸出時，通過電磁繼電器控制其導(dǎo)通可以進行電壓補m
\-ZX o按上述方案，所述教師機與學(xué)生機的輸出端均裝有電流傳感器，能夠準確檢測當(dāng)前工作電流。電流傳感器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換接ロ與微控制器連接，當(dāng)微控制器檢測到電流的采樣值超過相應(yīng)輸出的最大電流輸出門限值后，微控制器會切斷相應(yīng)的輸出，同時，主板微處理器會向面板微處理器發(fā)送復(fù)位輸出指令，將面板當(dāng)前的輸出顯示值復(fù)位，達到數(shù)字化檢測的過流保護功能。本實用新型的有益效果為I.本實用新型采用按鍵式電壓設(shè)置輸入及LED數(shù)碼管顯示，電壓設(shè)定值輸入便捷，指示直觀，采用電壓數(shù)字控制模式避免了傳統(tǒng)旋鈕式調(diào)節(jié)學(xué)生電源可能導(dǎo)入的誤差；2.本實用新型具有集中控制功能，教師機與各臺學(xué)生機均可獨立進行電壓設(shè)置與輸出，同時教師機可以遠程設(shè)置并鎖定學(xué)生機電壓輸出，實現(xiàn)對各分立學(xué)生機組的集中控制； 3.本實用新型教師機具有大電流輸出功能，能提供最大40A的電流輸出同時保持工作電壓不變；4.本實用新型采用電流傳感器進行電流檢測，電流檢測精度高，通過與微控制器配合使用，可以準確判斷電壓采樣值是否超出當(dāng)前輸出狀態(tài)下的最大電流輸出門限，實現(xiàn)在不同輸出級別下的智能過流保護功能。
圖I學(xué)生安全數(shù)控電源教師機面板示意圖圖2學(xué)生安全數(shù)控電源學(xué)生機面板示意圖圖3學(xué)生安全數(shù)控電源教師機硬件示意圖圖4學(xué)生安全數(shù)控電源學(xué)生機硬件示意圖圖5學(xué)生安全數(shù)控電源教師機軟件流程圖圖6學(xué)生安全數(shù)控電源學(xué)生機軟件流程圖
具體實施方式
圖I為本實用新型教師機硬件示意圖，教師機由數(shù)控面板、電壓輸出主板及刷卡控制器三部分組成，具有精度為2V的2-30V交流電壓輸出、精度為0. IV的I. 5-30V直流電壓輸出、40A大電流輸出、學(xué)生機電壓輸出遠程設(shè)置、學(xué)生機電壓輸出鎖定、過流保護及刷卡開機等功能。其中數(shù)控面板由數(shù)字鍵盤、LED數(shù)字顯示及微控制器組成。數(shù)字鍵盤與微控制器的IO管腳連接，微控制器對IO管腳進行掃描，確定面板上有鍵按下并判斷按鍵鍵值。微控制器將輸入的鍵值轉(zhuǎn)化為實際的輸出電壓類型及電壓值顯示在LED數(shù)碼管上，同吋，將電壓輸出類型及輸出電壓值通過異步串行通信接ロ發(fā)送給電壓輸出主板的微控制器，以控制電壓輸出或者控制學(xué)生機輸出。電壓輸出主板由微控制器、電磁繼電器、交流變壓器、場效應(yīng)管、電流傳感器及直流穩(wěn)壓管組成。主板微控制器與面板微控制器通過異步串行接ロ相連接。主板微控制器接收面板微控制器發(fā)出的電壓控制命令，首先判斷命令是控制教師機電壓輸出還是遠程設(shè)置學(xué)生機電壓輸出。當(dāng)電壓設(shè)置命令是遠程設(shè)置學(xué)生機電壓輸出，教師機則通過另ー異步串行通信接ロ將遠程設(shè)置的學(xué)生機電壓類型及電壓值發(fā)送給特定的學(xué)生機組。當(dāng)電壓設(shè)置命令是控制教師機自身輸出，則判斷教師機輸出類型井根據(jù)設(shè)置命令輸出相應(yīng)電壓。當(dāng)教師機需要進行低電壓大電流輸出時，微控制器通過IO ロ控制電磁繼電器導(dǎo)通交流變壓器的大電流輸入端，輸出低電壓大電流，同時導(dǎo)通備用的“ IV”交流變壓器繞組，進行電壓補償從而保證輸出總電壓穩(wěn)定。電源輸出端均與微控制器的一個模數(shù)轉(zhuǎn)化接ロ相連，微控制器通過檢測該模數(shù)轉(zhuǎn)換接ロ的采樣值是否超過相應(yīng)輸出的最大電流輸出門限值，當(dāng)輸出電流超出門限值后，微控制器會切斷相應(yīng)的輸出，達到數(shù)字化檢測的過流保護功能。同時，過流保護后，主板微處理器會向面板微處理器發(fā)送復(fù)位輸出指令，將面板當(dāng)前的輸出顯示值復(fù)位。刷卡控制由微處理器、LED數(shù)碼管顯示、電磁繼電器及RFID讀卡模塊組成。微控制器通過IO管腳與LED數(shù)碼管相連接，通過異步串行接ロ與RFID讀卡模塊相連接。當(dāng)沒有RFID卡刷卡開機時，微控制器控制LED數(shù)碼管重復(fù)閃爍“000”以提示使用者刷卡開機。當(dāng)寫有授權(quán)及合法運行時間的RFID卡刷卡吋，RFID讀卡模塊會讀取授權(quán)信息進行身份核實，核實通過后讀取合法的運行時間。當(dāng)合法運行時間讀取完后，微控制器控制LED數(shù)碼管顯示剰余可運行時間，同時微控制器會控制電磁繼電器導(dǎo)通教師機220V供電，授權(quán)教師機通
電開機。當(dāng)剰余可運行時間倒數(shù)完畢后，微控制器會自動切斷教師機220V供電。圖2為本實用新型學(xué)生機硬件示意圖，學(xué)生機由數(shù)控面板和電壓輸出主板組成。具有精度為2V的2-30V交流電壓輸出、精度為0. IV的I. 5-30V直流電壓輸出、過流保護及受控輸出等功能。學(xué)生機能夠獨立控制輸出，也能夠接受教師機命令受控輸出，教師機設(shè)置命令為高權(quán)限指令，當(dāng)學(xué)生機接收到教師機設(shè)置命令后會自動切換為受控輸出狀態(tài)，當(dāng)教師機解除控制鎖定后又能恢復(fù)獨立控制輸出。
權(quán)利要求1.學(xué)生安全數(shù)控電源系統(tǒng)，其特征在于包括學(xué)生安全數(shù)控電源教師機與學(xué)生機，所述教師機由數(shù)控面板、電壓輸出主板及刷卡控制器組成，所述學(xué)生機由數(shù)控面板和電壓輸出主板組成；電壓輸出主板包括微控制器、電磁繼電器、交流變壓器、場效應(yīng)管、電流傳感器及直流穩(wěn)壓管；教師機與學(xué)生機的輸出端均裝有電流傳感器，電流傳感器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換接ロ與微控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的學(xué)生安全數(shù)控電源系統(tǒng)，其特征在于教師機與學(xué)生機電壓輸出主板上的交流變壓器均備有ー個輸送“IV”電壓的繞組。
專利摘要本實用新型涉及一套集中控制式學(xué)生安全數(shù)控電源系統(tǒng)。本實用新型包括學(xué)生安全數(shù)控電源教師機和學(xué)生安全數(shù)控電源學(xué)生機。其中學(xué)生安全數(shù)控電源教師機具有過流保護、刷卡開機、教師機電源輸出以及控制學(xué)生機電源輸出等功能；學(xué)生安全數(shù)控電源學(xué)生機具有過流保護、獨立電源輸出以及受控電源輸出等功能。一套集中控制式學(xué)生安全數(shù)控電源系統(tǒng)由一臺學(xué)生安全數(shù)控電源教師機和若干臺學(xué)生機組成，教師機與學(xué)生機之間通過網(wǎng)線聯(lián)接通信，教師機能夠控制自身的電壓及電流輸出同時能夠控制并鎖定學(xué)生機的交直流電壓輸出。
文檔編號G09B23/18GK202404805SQ20112022026
公開日2012年8月29日 申請日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者劉傳斌, 唐衛(wèi)華, 孟稚平, 張楚廣, 王浩 申請人:武漢科貝科技有限公司