本發(fā)明涉及實(shí)訓(xùn)教學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種機(jī)電系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)及其控制方法。

背景技術(shù)：

長久以來，機(jī)械系學(xué)生往往過于重視機(jī)械知識(shí)的學(xué)習(xí)，而忽視電子控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，主要原因除了開設(shè)課程限制以外，還有專門的機(jī)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的短缺，而課程又往往過于抽象。例如，對(duì)于機(jī)器人課程的學(xué)習(xí)是很多機(jī)械系學(xué)生已經(jīng)開設(shè)的課程，但是這門課程是很抽象的，涉及到諸多數(shù)學(xué)矩陣運(yùn)算等等純理論知識(shí)，學(xué)生學(xué)起來比較困難、枯燥。課堂上老師講解各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)以及自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)備的重要知識(shí)點(diǎn)時(shí)，只能通過課本和想象來學(xué)習(xí)，不能有一個(gè)直觀、快速的理解，容易理解不清晰。

盡管市場(chǎng)上已有一些經(jīng)商業(yè)化的機(jī)電控制模塊，例如樂高機(jī)器人的ev3控制平臺(tái)，但是這些控制模塊主要針對(duì)的對(duì)象都是小學(xué)生和中學(xué)生，僅有的德國慧魚平臺(tái)雖然針對(duì)大學(xué)生，但是由于是進(jìn)口品牌，其售價(jià)昂貴。綜上所述，對(duì)于機(jī)電控制教育平臺(tái)國內(nèi)的市場(chǎng)仍然基本處于空白狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，提供一種操作機(jī)電控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)的教學(xué)平臺(tái)實(shí)為必要。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的一個(gè)技術(shù)方案是：一種機(jī)電系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)，包括：

輸入模塊：連接被控設(shè)備與控制模塊，是所述被控設(shè)備信號(hào)進(jìn)入所述控制模塊的中間部件，用于向所述控制模塊傳輸信號(hào)；

控制模塊：運(yùn)行和處理應(yīng)用程序，進(jìn)行邏輯運(yùn)算，對(duì)所述輸入模塊傳輸來的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、處理，將處理后的信號(hào)傳輸至輸出模塊，可在線輸入、設(shè)定、選擇和調(diào)整相關(guān)參數(shù)，控制所述被控設(shè)備的相關(guān)操作；

輸出模塊：連接所述控制模塊與被控設(shè)備，用于將所述控制模塊的輸出信號(hào)傳送給被控設(shè)備，并驅(qū)動(dòng)所述被控設(shè)備執(zhí)行相關(guān)操作。

作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述控制模塊為一智能終端。

作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述控制模塊的硬件結(jié)構(gòu)包括處理器和存儲(chǔ)器，軟件結(jié)構(gòu)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。

作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述應(yīng)用軟件包括上層應(yīng)用程序、設(shè)備文件和底層驅(qū)動(dòng)程序。

作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述控制模塊的外觀結(jié)構(gòu)包括：外殼、設(shè)置在所述外殼上的鍵盤、lcd顯示屏、輸入接口、輸出接口、usb主設(shè)備口、usb從設(shè)備口和sd卡插口。

作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述輸入接口、輸出接口均設(shè)置至少四個(gè)，且所述輸入接口和輸出接口之間可通用互插。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的另一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種上述機(jī)電系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)的控制方法，其中，所述上層應(yīng)用程序通過打開所述設(shè)備文件的方式間接控制運(yùn)行在系統(tǒng)軟件內(nèi)核當(dāng)中的所述底層驅(qū)動(dòng)程序，所述底層驅(qū)動(dòng)程序再控制底層的所述被控設(shè)備。

作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述上層應(yīng)用程序控制所述底層驅(qū)動(dòng)程序是通過調(diào)用底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。

作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述底層驅(qū)動(dòng)程序加載到所述系統(tǒng)軟件內(nèi)核中的方法是：在編譯所述內(nèi)核前將所述底層驅(qū)動(dòng)程序嵌入到所述內(nèi)核對(duì)應(yīng)的文件夾當(dāng)中，然后再隨著所述內(nèi)核一起編譯。

作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述底層驅(qū)動(dòng)程序加載到所述系統(tǒng)軟件內(nèi)核中的方法是：將所述底層驅(qū)動(dòng)程序編譯成一個(gè)獨(dú)立模塊，需要時(shí)手動(dòng)加載至所述系統(tǒng)軟件內(nèi)核中。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的機(jī)電系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)，體積小巧、容易拆裝、易于攜帶和收藏，采用模塊化設(shè)計(jì)且模塊接口可通用互插，各模塊具有復(fù)用和重組功能，將原本生產(chǎn)車間、實(shí)驗(yàn)室的大型、不易搬動(dòng)的機(jī)械設(shè)備及生產(chǎn)線設(shè)備以可操作性模型的形式還原給學(xué)生，本發(fā)明提供的所述機(jī)電系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)的控制方法，可實(shí)現(xiàn)各控制參數(shù)的在線輸入、設(shè)定及調(diào)整，加深學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線工作過程中機(jī)電控制原理的理解，增加課堂、實(shí)驗(yàn)等實(shí)訓(xùn)教學(xué)的直觀性、可操作性和趣味性，提高機(jī)械系學(xué)生對(duì)專業(yè)課的興趣和創(chuàng)新性，另便于教師講解，打破機(jī)械系學(xué)生學(xué)習(xí)的枯燥性，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，打破機(jī)械學(xué)習(xí)的抽象性，使學(xué)生將理論學(xué)習(xí)和實(shí)際操作融為一體，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中機(jī)電系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中機(jī)電系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)的外觀結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中機(jī)電系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)的控制狀態(tài)示意圖。

如下具體實(shí)施方式將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)及流程，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

請(qǐng)參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種機(jī)電系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)，包括：

(1)輸入模塊101：連接被控設(shè)備200與控制模塊102，是所述被控設(shè)備200的信號(hào)進(jìn)入所述控制模塊102的中間部件，用于向所述控制模塊102傳輸信號(hào)，在一個(gè)實(shí)施例中，所述輸入模塊101包括但并不限于：圖像傳感器、電子羅盤、超聲波傳感器、陀螺儀傳感器等各種傳感器，其作用是將來自所述被控設(shè)備200的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再傳輸給所述控制模塊102；

(2)控制模塊102：是該機(jī)電系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)的主體，負(fù)責(zé)運(yùn)行和處理應(yīng)用程序，進(jìn)行邏輯運(yùn)算，對(duì)所述輸入模塊101傳輸來的電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、處理，將處理后的信號(hào)傳輸至輸出模塊103，可在線輸入、設(shè)定、選擇和調(diào)整相關(guān)參數(shù)，控制所述被控設(shè)備200的相關(guān)操作；

(3)輸出模塊103：連接所述控制模塊102與被控設(shè)備200，用于將所述控制模塊102的輸出信號(hào)傳送給被控設(shè)備200，并驅(qū)動(dòng)所述被控設(shè)備200執(zhí)行相關(guān)操作。在一個(gè)實(shí)施例中，所述輸出模塊103包括但并不限于：驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊、舵機(jī)模塊等執(zhí)行元件模塊。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述被控設(shè)備200包括但并不限于：機(jī)械模型、機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)線設(shè)備等機(jī)械系實(shí)訓(xùn)設(shè)備。其中，一個(gè)所述被控設(shè)備200對(duì)應(yīng)一個(gè)所述應(yīng)用程序。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制模塊102為一智能終端，所述控制模塊102的硬件結(jié)構(gòu)包括處理器和存儲(chǔ)器，軟件結(jié)構(gòu)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。其中，所述處理器為arm9處理器，處理器包括控制器和運(yùn)算器，所述控制器是所述控制模塊102的核心，至少有四輸入四輸出控制功能，可以在線調(diào)試實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并兼容ros開源軟件；所述系統(tǒng)軟件為嵌入式linux操作系統(tǒng)，其支持多用戶、多任務(wù)，各個(gè)用戶對(duì)于自己的文件設(shè)備有自己特殊的權(quán)利，保證了各用戶之間互不影響，并可以使多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)并獨(dú)立地運(yùn)行；所述應(yīng)用軟件提供供用戶直接使用的功能，滿足用戶需求。

其中，所述應(yīng)用軟件包括上層應(yīng)用程序1021、設(shè)備文件1022和底層驅(qū)動(dòng)程序1023。所述上層的應(yīng)用程序1021肩負(fù)著控制所述被控設(shè)備200與所述控制模塊102交互的任務(wù)，用戶都是在所述應(yīng)用程序1021的對(duì)話窗口上進(jìn)行操作所述被控設(shè)備200的。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制模塊102使用由qtopia開發(fā)的圖形化人機(jī)交互軟件實(shí)現(xiàn)該機(jī)電系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)的顯示功能。

請(qǐng)一并參見圖2，在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制模塊102的外觀結(jié)構(gòu)包括：

外殼10：對(duì)所述控制模塊102的各部件起支撐和容納作用，其上設(shè)置有：

鍵盤11：為矩陣鍵盤，以便于所述控制模塊102在線輸入、設(shè)定、選擇和調(diào)整相關(guān)參數(shù)；

lcd顯示屏12：實(shí)現(xiàn)linux嵌入式系統(tǒng)配合qtopia圖形化界面的顯示效果，可直觀的將所述被控設(shè)備200的控制過程顯示出來；

輸入接口13：用于插接所述輸入模塊101，本實(shí)施例中，所述輸入接口13設(shè)置為四個(gè)，即可同時(shí)向所述控制模塊102輸入四種不同的信號(hào)；

輸出接口14：用于插接所述輸出模塊103，本實(shí)施例中，所述輸出接口14設(shè)置為四個(gè)，即所述控制模塊102可同時(shí)向所述被控設(shè)備200傳輸四種不同的口令或分別向四個(gè)不同的被控設(shè)備200傳輸口令；

usb主設(shè)備口15：用于實(shí)現(xiàn)所述控制模塊102與電腦的互聯(lián)，使用usb主設(shè)備口連接時(shí)，所述控制模塊102作為下位機(jī)，可以由電腦作為上位機(jī)向其中寫入程序；

usb從設(shè)備口16：使用usb從設(shè)備口時(shí)，所述控制模塊102作為上位機(jī)，可以將usb攝像頭等所述控制模塊102驅(qū)動(dòng)支持的外部usb設(shè)備插入其中使用；

sd卡插口17：可以插入普通sd存儲(chǔ)卡，實(shí)現(xiàn)外部存儲(chǔ)介質(zhì)的接入，擴(kuò)展存儲(chǔ)空間，同時(shí)寫好的程序也可由sd卡帶入到所述控制模塊102中執(zhí)行。

本實(shí)施例中，所述輸入接口13、輸出接口14可通用互插，故，可根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行合理調(diào)整，以提升所述控制模塊102的適配性和靈活性?？梢岳斫獾模诒景l(fā)明的其他實(shí)施例中，所述輸入接口、輸出接口可以設(shè)置為多于四個(gè)。

綜上所述，本發(fā)明技術(shù)方案的機(jī)電系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)，體積小巧、容易拆裝、易于攜帶和收藏，采用模塊化設(shè)計(jì)且模塊接口可通用互插，各模塊具有復(fù)用和重組功能，將原本生產(chǎn)車間、實(shí)驗(yàn)室的大型、不易搬動(dòng)的機(jī)械設(shè)備及生產(chǎn)線設(shè)備以可操作性模型的形式還原給學(xué)生，為機(jī)械系學(xué)生提供強(qiáng)大的機(jī)電控制綜合實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)平臺(tái)。

請(qǐng)一并參見圖3，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種所述機(jī)電系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)的控制方法，在所述控制方法中，所述上層應(yīng)用程序1021通過打開所述設(shè)備文件1022的方式間接控制運(yùn)行在系統(tǒng)軟件內(nèi)核當(dāng)中的所述底層驅(qū)動(dòng)程序1023，所述底層驅(qū)動(dòng)程序1023再控制底層的所述被控設(shè)備200。所述設(shè)備文件1022存放在根文件系統(tǒng)的dev文件夾中，每個(gè)所述被控設(shè)備200都對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的所述設(shè)備文件1022，實(shí)際上，所述設(shè)備文件1022在所述應(yīng)用程序1021與所述驅(qū)動(dòng)程序1023的控制溝通當(dāng)中起一個(gè)橋梁的作用。

其中，所述上層應(yīng)用程序1021控制所述底層驅(qū)動(dòng)程序1023是通過調(diào)用底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)所述應(yīng)用程序1021對(duì)底層被控設(shè)備200的訪問與控制，所述底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)為fileoperations表當(dāng)中所列出的函數(shù)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述底層驅(qū)動(dòng)程序1023加載到所述系統(tǒng)軟件內(nèi)核中的方法是：在編譯所述內(nèi)核前將所述底層驅(qū)動(dòng)程序1023嵌入到所述內(nèi)核對(duì)應(yīng)的文件夾當(dāng)中，然后再隨著所述內(nèi)核一起編譯，當(dāng)然，所述底層驅(qū)動(dòng)程序1023的編寫需要符合linux驅(qū)動(dòng)的編寫格式規(guī)則。這種方式加載的所述底層驅(qū)動(dòng)程序1023會(huì)在所述內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)隨著所述內(nèi)核一起啟動(dòng)，在整個(gè)linux系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)就占用系統(tǒng)的內(nèi)存空間。

在另一個(gè)實(shí)施例中，所述底層驅(qū)動(dòng)程序1023加載到所述系統(tǒng)軟件內(nèi)核中的方法是：將所述底層驅(qū)動(dòng)程序1023編譯成一個(gè)獨(dú)立模塊，需要時(shí)手動(dòng)加載至所述系統(tǒng)軟件內(nèi)核中，同樣，所述底層驅(qū)動(dòng)程序1023的編寫需要符合linux驅(qū)動(dòng)的編寫格式規(guī)則。該種方式中，所述底層驅(qū)動(dòng)程序1023不在內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)隨內(nèi)核一起啟動(dòng)，而在需要時(shí)在手動(dòng)加載。這種方式的好處是系統(tǒng)啟動(dòng)加載的驅(qū)動(dòng)數(shù)量少，啟動(dòng)快，可以不啟動(dòng)不需要使用的驅(qū)動(dòng)。對(duì)于手動(dòng)加載所述底層驅(qū)動(dòng)程序1023的方式，一般只用在調(diào)試驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序調(diào)試完成以后，即采用自動(dòng)加載方式。

綜上所述，本發(fā)明技術(shù)方案的機(jī)電系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)結(jié)合其控制方法，可實(shí)現(xiàn)各控制參數(shù)的在線設(shè)定及調(diào)整，加深學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線工作過程中機(jī)電控制原理的理解，增加課堂、實(shí)驗(yàn)等實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的直觀性、可操作性和趣味性，提高機(jī)械系學(xué)生對(duì)專業(yè)課的興趣和創(chuàng)新性，另便于教師講解，打破機(jī)械系學(xué)生學(xué)習(xí)的枯燥性，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，打破機(jī)械學(xué)習(xí)的抽象性，使學(xué)生將理論學(xué)習(xí)和實(shí)際操作融為一體，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。