本實用新型涉及過程控制儀表實驗設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于STM32測量模塊的過程控制儀表實驗裝置。

背景技術(shù)：

過程控制通常是指石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、核能等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定周期程序進(jìn)行的生產(chǎn)過程自動控制，它是自動化技術(shù)的重要組成部分。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程中，過程控制技術(shù)正在為實現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動生產(chǎn)率、改善勞動條件、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面起著重要的作用。對于大中專院校自動化專業(yè)學(xué)生來說，掌握過程控制儀表的基本原理和學(xué)會使用儀表，對進(jìn)行過程控制的研究至關(guān)重要，現(xiàn)有的過程控制實驗設(shè)備更側(cè)重整體系統(tǒng)的控制，對于個別的儀表的使用和研究的教學(xué)實驗裝置較少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種基于STM32測量模塊的過程控制儀表實驗裝置，該實驗裝置可通過設(shè)計實驗，提供更為直觀的實驗效果便于學(xué)生理解和使用溫度變送器和調(diào)節(jié)器。

本實用新型的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種基于STM32測量模塊的過程控制儀表實驗裝置，所述實驗裝置包括實驗操作面板和控制板電路，所述控制板電路包括主控MCU電路、LED數(shù)碼管驅(qū)動和按鍵輸入掃描電路、電壓測量電路、電流測量路、可變電阻電路、開關(guān)輸出電路。

所述主控MCU電路通過I/O口對所述電壓測量電路、所述電流測量電路、所述可變電阻電路的測量信號進(jìn)行采樣；所述主控MCU電路通過SPI接口與所述LED數(shù)碼管驅(qū)動和按鍵輸入掃描電路進(jìn)行通信；所述主控MCU電路通過I/O口的輸出電平對所述開關(guān)輸出電路進(jìn)行電源輸出控制；

同時所述控制板電路中的所述LED數(shù)碼管驅(qū)動和按鍵輸入掃描電路通過電線與安裝在操作面板上數(shù)碼管和按鍵連接。

進(jìn)一步地，所述實驗操作面板上設(shè)置有開關(guān)按鈕、保險絲、電源指示燈、啟停指示燈、兩線制溫度變送器、電壓顯示數(shù)碼管、電流顯示數(shù)碼管、第一可變電阻、第二可變電阻、第一可變電阻顯示數(shù)碼管、第二可變電阻顯示數(shù)碼管、PID調(diào)節(jié)器、若干按鍵和若干個接線端子。

進(jìn)一步地，所述實驗裝置還包括開關(guān)電源，所述開關(guān)電源與所述開關(guān)輸出電路連接，通過所述開關(guān)按鈕控制所述開關(guān)電源通斷，實現(xiàn)所述主控MCU電路中各組成電路的工作電壓供電。

進(jìn)一步地，所述主控MCU電路采用的是STM32F103ZET6芯片，采用3.3V供電。

進(jìn)一步地，所述LED數(shù)碼管驅(qū)動和按鍵輸入掃描電路采用電壓顯示數(shù)碼管，包括BC7277芯片，所述BC7277芯片通過SPI接口接收所述主控MCU電路傳送的顯示數(shù)據(jù)，通過其自帶的操作寄存器由芯片的位控制引腳和斷控制引腳對3位電壓顯示數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動顯示；同時，當(dāng)有按鍵按下，會產(chǎn)生相應(yīng)的鍵值返回給所述主控MCU電路。

進(jìn)一步地，所述電源指示燈在打開所述開關(guān)按后點亮，表示接通所述開關(guān)電源；所述啟停指示燈在啟動實驗后點亮，停止實驗時熄滅，用于顯示實驗進(jìn)行的狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述按鍵的數(shù)量為8個，分別為“電壓”、“電流”、“第一可變電阻”、“第二可變電阻”和4個選擇顯示按鍵，所述選擇顯示按鍵分別為用于控制實驗開始進(jìn)行和停止工作的按鍵“啟動”、“停止”以及用于修改操作的按鍵“右移”、“回車”。

本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：

本實用新型公開的一種基于STM32測量模塊的過程控制儀表實驗裝置將常用的儀器儀表通過簡單的電路連接以及直觀的顯示操控面板實現(xiàn)對相關(guān)儀器儀表的實驗和應(yīng)用，體積小，成本低，且相關(guān)元件在市面上較為常見，便于平時的維護(hù)。通過該實驗裝置，使學(xué)生能夠更為直觀地對儀器儀表進(jìn)行實驗，更快地掌握相關(guān)儀器儀表的特性和使用方法。

附圖說明

圖1是本實用新型公開的過程控制儀表實驗裝置的實驗操作面板示意圖；

圖2是本實用新型公開的過程控制儀表實驗裝置的控制板電路的結(jié)構(gòu)組成圖；

圖3是本實用新型的主控MCU電路原理圖；

圖4是本實用新型的電壓顯示數(shù)碼管和按鍵輸入掃描電路原理圖；

圖5是本實用新型的電壓測量電路原理圖；

圖6是本實用新型的電流測量電路原理圖；

圖7是本實用新型的可變電阻電路原理圖；

圖8是本實用新型的開關(guān)電路原理圖。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。

實施例

本實施例公開了一種基于STM32測量模塊的過程控制儀表實驗裝置，包括實驗操作面板和控制板電路。

其實驗操作面板如圖1所述，包括開關(guān)按鈕、保險絲、電源指示燈、啟停指示燈、兩線制溫度變送器、電壓顯示數(shù)碼管、電流顯示數(shù)碼管、第一可變電阻、第二可變電阻、第一可變電阻顯示數(shù)碼管、第二可變電阻顯示數(shù)碼管、PID調(diào)節(jié)器、8個按鍵和17個接線端子，不同組成部件之間可以通過外部電源線連接完成不同的實驗項目。

開關(guān)按鈕和保險絲是整個實驗裝置的能源開關(guān)，打開開關(guān)才能由開關(guān)電源給測量電路以及變送器和PID調(diào)節(jié)器提供電源。電源指示燈在打開開關(guān)按鈕后亮，表示接通電源；啟停指示燈在啟動實驗后亮，停止實驗時熄滅，顯示實驗進(jìn)行的狀態(tài)。8個按鍵分別有“電壓”、“電流”、“第一可變電阻”、“第二可變電阻”和4個選擇顯示按鍵；其中，“啟動”、“停止”兩個控制實驗開始進(jìn)行和停止工作按鍵，“右移”、“回車”修改操作按鍵。接好線路后先按電源開關(guān)給測量電路和PID調(diào)節(jié)器供電，按下“啟動”按鍵，啟停指示燈亮，實驗開始進(jìn)行，數(shù)碼管顯示當(dāng)前測量的電壓、電流以及電位器的值，同時主控MCU也會開始計時，并且每隔一段時間記錄一次測量參數(shù)，實現(xiàn)參數(shù)采集。按“電壓”、“電流”、“第一可變電阻”、“第二可變電阻”4個選擇顯示按鍵分別選擇其中一個參數(shù)，再按“右移”選擇顯示精度，選擇完成后按“回車”確定修改。

其控制板電路如圖2所述，所述控制板電路包括主控MCU電路、LED數(shù)碼管驅(qū)動和按鍵輸入掃描電路、電壓測量電路、電流測量電路、可變電阻電路、開關(guān)輸出電路和開關(guān)電源。

所述主控MCU電路通過I/O口對所述電壓測量電路、所述電流測量電路、所述可變電阻電路的測量信號進(jìn)行采樣；所述主控MCU電路通過SPI接口與所述LED數(shù)碼管驅(qū)動和按鍵輸入掃描電路進(jìn)行通信；所述主控MCU電路通過I/O口的輸出電平對所述開關(guān)輸出電路進(jìn)行電源輸出控制。

如圖3所述，所述主控MCU電路采用的是STM32F103ZET6芯片，采用了3.3V供電。

LED數(shù)碼管驅(qū)動和按鍵輸入掃描電路包括電壓、電流、第一可變電阻和第二可變電阻的顯示數(shù)碼管驅(qū)動和操控按鍵輸入掃描電路，這里以電壓顯示數(shù)碼管和按鍵輸入掃描電路為例，如圖4所述，電壓顯示數(shù)碼管和按鍵輸入掃描電路由BC7277芯片、電容C5、電阻R2—R13、按鈕KEY1—KEY4及三位共陰極數(shù)碼管共同電氣連接構(gòu)成。

BC7277芯片通過SPI接口接收主控MCU電路傳送的顯示數(shù)據(jù)，通過其自帶的操作寄存器由芯片的位控制引腳和斷控制引腳對3位電壓顯示數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動顯示；同時，當(dāng)有按鍵按下，會產(chǎn)生相應(yīng)的鍵值返回給主控MCU電路。

如圖5中電壓測量電路原理圖所述，所述電壓測量電路由軌對軌放大器OPA4188、電感L1、二極管D1—D2、電容C6、電阻R16—R17共同電氣連接組成。放大器OP4188構(gòu)成的電壓跟隨器利用放大器高阻態(tài)的輸入特性，使得電壓測量電路對測量電壓的影響可忽略不計，然后對測量電壓通過分壓電阻R16和R17進(jìn)行串聯(lián)分壓，分壓比為1:1，分壓后通過放大器OP4188構(gòu)成的電壓跟隨器輸出給主控MCU電路進(jìn)行ADC采樣。

如圖6所述，所述電流測量電路由軌對軌放大器OPA4188、電阻R18—R25共同電氣連接組成。

如圖6中電流測量電路原理圖所述，通過流過測量電阻R18和R19的電流產(chǎn)生的測量電壓進(jìn)行放大分壓，放大倍數(shù)為10，然后通過電阻R24和R25串聯(lián)分壓，分壓后通過放大器OP4188構(gòu)成的電壓跟隨器輸出給主控MCU電路進(jìn)行ADC采樣。

如圖7所述，所述可變電阻電路由可變電阻R26、軌對軌放大器OPA4188、電感L2、二極管D3—D4、電容C7、電阻R27—R36共同電氣連接組成。

如圖8所述，所述開關(guān)輸出電路由電感L3、電容C8—C9、壓敏電阻RV1、電阻R37—R39、二極管D5、功率達(dá)林頓晶體管Q1—Q2和三極管Q3—Q5共同電氣連接組成。

所述的基于STM32測量模塊的過程控制儀表實驗裝置，其中所述兩線制溫度變送器為通用兩線制溫度變送器；所述PID調(diào)節(jié)器為上海萬訊818調(diào)節(jié)器；所述開關(guān)電源為明緯開關(guān)電源NED-100D。

上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。