專利名稱：數(shù)字調節(jié)器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子電路技術領域，尤其涉及一種數(shù)字調節(jié)器。
技術背景 現(xiàn)代科技的發(fā)展，促進了計算機技術在軟件和硬件上的飛速發(fā)展，一些院校在單片機教學建設中，以仿真軟件Proteus和單片機軟件調試環(huán)境為核心，整合構建單片機虛擬實驗平臺。在這個虛擬實驗平臺上可以將單片機芯片和外圍電路按實驗要求和設計原理，虛擬出一個與現(xiàn)實相同的實驗系統(tǒng)，進而在這個系統(tǒng)上完成整個實驗。與傳統(tǒng)實驗模式相比，虛擬實驗具有比較明顯的優(yōu)勢。例如，涉及的實驗內容全面，硬件投入少，學生可隨時隨地自行實驗，實驗過程中損耗小。但是，仿真軟件Proteus的仿真功能十分強大，組件很多，指令繁雜，學生在短時間內不容易入門。而且這樣的虛擬軟件實驗平臺不適合于高職教學，因為這種虛擬的實踐環(huán)境與實際工程畢竟存在不小的差距，不容易積累解決實際工程問題的經驗，往往不符合高職教學中“以職業(yè)行為獲得知識”的認知規(guī)律。純虛擬仿真平臺不容易積累解決實際工程問題的經驗，不符合高職教學中“以職業(yè)行為獲得知識”的認知規(guī)律，缺少一種包含大部分單片機內容，適合做大型基于工作過程教學的裝置。

實用新型內容本實用新型的目的在于提出一種數(shù)字調節(jié)器，“智能數(shù)字調節(jié)器”為大型項目教學裝置，該裝置有機地融合了單片機的主要技術。單片機課程內容可以該智能數(shù)字調節(jié)器的設計制作為主線進行系統(tǒng)化，實現(xiàn)基于工作過程的教學。為達此目的，本實用新型采用以下技術方案一種數(shù)字調節(jié)器，包括AVR M16單片機，輸入轉換單元，輸出轉換單元，按鍵控制單元，參數(shù)顯示單元，狀態(tài)指示單元，繼電器輸出單元，環(huán)溫檢測單元以及開關電源；所述輸入轉換單元用于將外部輸入信號轉換為0-5V電壓信號并輸入至AVR M16單片機的模數(shù)轉換器，所述輸出轉換單兀用于將AVR M16單片機輸出電壓信號轉換為電流信號輸出，所述按鍵控制單元通過輸入按鍵信號進行數(shù)字調節(jié)器的參數(shù)設置，所述參數(shù)顯示單元與狀態(tài)指示單元用于顯示調節(jié)參數(shù)的數(shù)值以及調節(jié)器工作狀態(tài)；AVR M16單片機輸出的控制信號控制所述繼電器輸出單元的觸點吸合并與外部電路連通；環(huán)溫檢測單元將溫度檢測信號輸入AVRM16單片機；開關電源用于為上述功能單元提供土 12V和+5V電源。所述按鍵控制單元、參數(shù)顯示單元和狀態(tài)指示單元位于所述數(shù)字調節(jié)器的前面板，所述AVR M16單片機、輸入轉換單元，輸出轉換單元，繼電器輸出單元和環(huán)溫檢測單元位于主控板。所述輸入轉換單元包括將4_20mA電流信號轉換為0_5V電壓信號的第一輸入轉換電路、將0-50mV電壓信號放大為0-5V電壓信號的第二輸入轉換電路，以及將溫度傳感信號變換為0-5V電壓信號的第三輸入轉換電路。[0009]所述輸出轉換單元為將0-5V電壓信號轉換為4_20mA電流信號的輸出轉換電路。所述參數(shù)顯示單元包括液晶顯示模塊和數(shù)碼管顯示模塊,所述狀態(tài)指示單元為發(fā)
光二極管。所述AVR M16單片機通過SPI總線連接數(shù)碼管顯示模塊中的數(shù)碼管驅動芯片，所述數(shù)碼管驅動芯片通過SPI總線連接數(shù)碼管控制輸入端。采用本實用新型的技術方案，有機地融合了單片機的主要技術，單片機課程內容以該智能數(shù)字調節(jié)器的設計制作為主線進行系統(tǒng)化，實現(xiàn)基于工作過程的教學。

圖I是本實用新型具體實施方式
提供的數(shù)字調節(jié)器的硬件結構示意圖?！0014]圖2是本實用新型具體實施方式
提供的數(shù)字調節(jié)器的前面板示意圖。圖3是本實用新型具體實施方式
提供的數(shù)字調節(jié)器的前面板尺寸示意圖。圖4是本實用新型具體實施方式
提供的數(shù)字調節(jié)器的后面板的結構及尺寸示意圖。圖5是本實用新型具體實施方式
提供的數(shù)字調節(jié)器的后支架的結構及尺寸示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖并通過具體實施方式
來進一步說明本實用新型的技術方案。圖I是本實用新型具體實施方式
提供的數(shù)字調節(jié)器的硬件結構示意圖。如圖I中的AVR M16單片機，左側為輸入端，右側為輸出端。輸入端A2-A4 口連接輸入轉換單元，所述輸入轉換單元包括三種輸入轉換電路，分別為將4-20mA電流信號轉換為0-5V電壓信號的第一輸入轉換電路,將0_50mV電壓信號放大為0-5V電壓信號的第二輸入轉換電路，以及將溫度傳感信號變換為0-5V電壓信號的第三輸入轉換電路，將轉換后的電壓信號輸入至AVR M16單片機的A2-A4 (ADC2-ADC4) 口(模數(shù)轉換器)。上述三種輸入轉換電路中均包含雙運算放大器TL082。輸入端B0-B3以及D2連接按鍵控制單元，其中BO為XCK/TO (T/C0外部計數(shù)器和USART時鐘輸入)，BI為Tl (T/C1外部計數(shù)器輸入)，B2為INT2/AIN0 (外部中斷2輸入和模擬比較正輸入)，B3為0C0/AINUT/C0輸出比較匹配輸出和模擬比較負輸入)，D2為INTO(外部中斷O輸入)。輸入端A7連接環(huán)溫檢測單元，A7為ADC7 (模數(shù)轉換器)，所述環(huán)溫檢測單元包括數(shù)字溫度傳感器DS18B20。輸入端B5通過SPI總線連接數(shù)碼管顯示模塊中的數(shù)碼管驅動芯片7219A，B5為M0SKSPI總線的主機輸出從機輸入)。所述數(shù)碼管驅動芯片7219A通過SPI總線連接數(shù)碼管控制輸入端。此處B5亦可作為其他下載口的輸入引腳。所述開關電源連接將交流220V轉換為直流±12V電壓，+12V電壓通過穩(wěn)壓芯片7805變換為+5V直流輸出至所述AVR M16單片機。輸出端C0-C2、C4-C7連接液晶顯示模塊，其中CO為SCL (IIC總線串行時鐘)，Cl為SDA (IIC總線串行數(shù)據(jù))，C2為TCK (JTAG測試時鐘輸入)，C4為TDO (JTAG測試數(shù)據(jù)輸出)，C5為TDI (JTAG測試數(shù)據(jù)輸入)，C6為TOSCl (定時振蕩器I)，C7為T0SC2 (定時振蕩器2)。輸出端B4、B6、B7通過SPI總線連接數(shù)碼管顯示模塊中的數(shù)碼管驅動芯片7219A，其中B4為SS (SPI從機選擇)，B6為MISO (SPI總線的主機輸入從機輸出)，B7為SCK (SPI總線的串行時鐘)。輸出端00、01、04、06、07、03連接狀態(tài)指示單元，其中00為1 0 (USART輸入)，Dl為TXD (USART輸出)，D4為OClB (T/C1輸出比較B匹配輸出)，D6為ICP (T/C1輸入捕捉)，D7為0C2 (T/C2輸出比較匹配輸出)，C3為TSM (JTAG測試模式選擇)。輸出端A0、Al與繼電器輸出單元中的驅動電路連接，所述驅動電路采用三極管9013為驅動元件，控制K1、K2的吸合。其中AO、Al為ADCO和ADCl (模數(shù)轉換器)。輸出端D5連接輸出轉換單元，所述輸出轉換單元為0-5V電壓信號轉換為4_20mA電流信號的輸出轉換電路，所述輸出轉換電路包含雙運算放大器TL082。D5為OClA (T/C1輸出比較A匹配輸出)。AVRM16 單片機的 A5 (ADC5)、A6 (ADC6)以及 D3 (INT1)用來進行 I/O 口的擴展，用于保證單片機與外設的速度匹配、輸出數(shù)據(jù)鎖存以及輸入數(shù)據(jù)緩沖。所述按鍵控制單元、參數(shù)顯示單元和狀態(tài)指示單元位于所述數(shù)字調節(jié)器的前面板，如圖2所示，從上至下依次為液晶顯示模塊，狀態(tài)指示單元，數(shù)碼管顯示模塊和按鍵控制單兀。所述參數(shù)顯示單元包括液晶顯示模塊與數(shù)碼管顯示模塊，數(shù)碼管顯示模塊又進一步分為PV窗口和SV窗口兩部分。在自動調節(jié)時，在PV窗口顯示被測量的值；在SV窗口顯示設定值；在液晶顯示器顯示相應的信息和單位等；在切為手動調節(jié)時，PV窗口依然顯示被測量的值；在SV窗口顯示手動輸出值；在液晶顯示器顯示相應的信息等；在設置調節(jié)器參數(shù)時，在PV窗口顯示設置的參數(shù)名，例SL0,在SV窗口顯示具體的參數(shù)值；在液晶顯示器顯示此參數(shù)的具體信息及設置范圍等。所述狀態(tài)指示單元,包括六個發(fā)光二極管，當手/自動變量am=l時,手/自動狀態(tài)燈A/Μ亮；當變量字節(jié)變量SlO=O時，熱電偶指示燈K亮；當字節(jié)變量SlO=I時，電流指示燈V/I亮；字節(jié)變量sl0=2時，熱電阻指示燈PT100亮；當PV的測量值小于低限閾值al時，低限報警指示燈ALl亮；當變量PV大于高限閾值ah時，高限報警指示燈AL2亮。將變量CLK設置為設定參數(shù)禁鎖，其設定值與對應說明如下表所示。在調節(jié)器運行狀態(tài)下，當CLK設為“O”時，將SET鍵和〈鍵一起按下后進入一級參數(shù)設置，依次按SET鍵進行各參數(shù)和參數(shù)值的循環(huán)顯示；按〈鍵移動小數(shù)點位置；Λ、▽鍵可修改參數(shù)值。若將CLK改為“132”，然后將SET鍵和〈鍵一起按下，即可進入二級參數(shù)設置菜單，依次按SET鍵進行各參數(shù)和參數(shù)值的循環(huán)顯示；按〈鍵移動小數(shù)點位置、▽鍵可修改參數(shù)值。若將CLK改為“1”，然后將SET鍵和〈鍵一起按下，可直接退出參數(shù)設置狀態(tài)。若將CLK改為“12”，然后將SET鍵和〈鍵一起按下，即可進入時間設置狀態(tài)，按Λ、▽鍵可修改時間變量“小時”和“分鐘”的數(shù)值。若CLK為其它值時，調節(jié)器處于禁鎖狀態(tài)，所有參數(shù)不可修改。若超過I分鐘無按鍵動作的話，則調節(jié)器自動回到測量狀態(tài)。符號名稱設定范圍說明出廠預定值
CLK 設定參數(shù)禁CLK=OO按SET可修改一級參數(shù)
鎖CLK=Ol按SET+〈退出
CLK= 12按SET+<可修改時間00
CLK=132按SET+<修改二級參數(shù)
CLK=其它禁鎖(參數(shù)不可修改)所述AVR M16單片機、輸入轉換單元，輸出轉換單元，繼電器輸出單元和環(huán)溫檢測單元位于主控板,所述主控板為PCB電路板。開關電源為另一塊獨立的PCB電路板通過電·源總線與主控板電路電連接,主控電路板與開關電源電路板共同位于主板中。本實用新型具體實施方式
所述的數(shù)字調節(jié)器，包括前面板以及貼膜，后面板，后支架，主板，焊接支架以及外殼，所述數(shù)字調節(jié)器前面板、后面板，后支架的尺寸如圖3至圖5所示。可通過上述數(shù)字調節(jié)器的制作過程，將單片機的主要技術以及單片機課程內容系統(tǒng)化，實現(xiàn)基于工作過程的教學。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本實用新型所揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求1.一種數(shù)字調節(jié)器，其特征在于，包括AVR M16單片機，輸入轉換單元，輸出轉換單元，按鍵控制單元，參數(shù)顯示單元，狀態(tài)指示單元，繼電器輸出單元，環(huán)溫檢測單元以及開關電源；所述輸入轉換單兀用于將外部輸入信號轉換為0-5V電壓信號并輸入至AVR M16單片機的模數(shù)轉換器，所述輸出轉換單元用于將AVR M16單片機輸出電壓信號轉換為電流信號輸出，所述按鍵控制單元通過輸入按鍵信號進行數(shù)字調節(jié)器的參數(shù)設置，所述參數(shù)顯示單元與狀態(tài)指示單元用于顯示調節(jié)參數(shù)的數(shù)值以及調節(jié)器工作狀態(tài)；AVR M16單片機輸出的控制信號控制所述繼電器輸出單元的觸點吸合并與外部電路連通；環(huán)溫檢測單元將溫度檢測信號輸入AVR M16單片機；開關電源用于為上述功能單兀提供土 12V和+5V電源。
2.根據(jù)權利要求I所述的數(shù)字調節(jié)器，其特征在于，所述按鍵控制單元、參數(shù)顯示單元和狀態(tài)指示單元位于所述數(shù)字調節(jié)器的前面板，所述AVR M16單片機、輸入轉換單元，輸出轉換單元，繼電器輸出單元和環(huán)溫檢測單元位于主控板。
3.根據(jù)權利要求I所述的數(shù)字調節(jié)器，其特征在于，所述輸入轉換單元包括將4-20mA電流信號轉換為0-5V電壓信號的第一輸入轉換電路、將0-50mV電壓信號放大為0-5V電壓信號的第二輸入轉換電路，以及將溫度傳感信號變換為0-5V電壓信號的第三輸入轉換電路。
4.根據(jù)權利要求I所述的數(shù)字調節(jié)器，其特征在于，所述輸出轉換單元為將0-5V電壓信號轉換為4-20mA電流信號的輸出轉換電路。
5.根據(jù)權利要求I所述的數(shù)字調節(jié)器，其特征在于，所述參數(shù)顯示單元包括液晶顯示模塊和數(shù)碼管顯示模塊，所述狀態(tài)指示單元為發(fā)光二極管。
6.根據(jù)權利要求5所述的數(shù)字調節(jié)器，其特征在于，所述AVRM16單片機通過SPI總線連接數(shù)碼管顯示模塊中的數(shù)碼管驅動芯片，所述數(shù)碼管驅動芯片通過SPI總線連接數(shù)碼管控制輸入端。
專利摘要本實用新型公開了一種數(shù)字調節(jié)器，包括AVR M16單片機，輸入轉換單元，輸出轉換單元，按鍵控制單元，參數(shù)顯示單元，狀態(tài)指示單元，繼電器輸出單元，環(huán)溫檢測單元以及開關電源；通過所述數(shù)字調節(jié)器的各功能單元，將單片機的主要技術以及單片機課程以所述智能數(shù)字調節(jié)器的設計制作為主線進行系統(tǒng)化，實現(xiàn)基于工作過程的教學。
文檔編號G09B23/18GK202736358SQ20122027508
公開日2013年2月13日 申請日期2012年6月11日 優(yōu)先權日2012年6月11日
發(fā)明者許紅兵, 曲衛(wèi)冬, 王亞青, 徐學勤 申請人:冀北電力有限公司