[发明专利]一种基于网络化控制的风扇速度控制在线实验装置及方法

权利要求书

1.一种基于网络化控制的风扇速度控制在线实验装置，其特征在于，包括实验箱，设置在实验箱内的主控板、通过通讯模块与主控板连接和若干数码显示屏、给实验装置供电的电源组件、与主控板连接的若干风扇、交换机、若干摄像头以及信号转接板。

2.根据权利要求1所述的基于网络化控制的风扇速度控制在线实验装置，其特征在于，电源组件包括12V开关电源以及5V电源，所述5V电源用于风扇供电，所述12V开关电源用于除风扇外的其他器件供电；所述摄像头和数码显示屏分别通过继电器板与12V开关电源连接。

3.根据权利要求1所述的基于网络化控制的风扇速度控制在线实验装置，其特征在于，通讯模块采用RS485模块，数码显示屏通过RS485模块于与主控板连接。

4.一种基于网络化控制的风扇速度控制在线实验装置的实验方法，其特征在于，包括：

步骤1、实验室管理人员给所有实验装置上电，连接网络，并通过通讯模块给每个实验装置分配IP地址和端口号，确保运行控制算法的控制器能与实验箱正常通信；

步骤2、实验人员通过交换机登录网络实验平台，申请空闲风扇的控制权进行实验；平台接收到控制权申请请求后，会分配空闲风扇给实验人员，并向对应的风扇实验箱发送连接指令，主控板接收到命令后，就会立即驱动控制信号转接板上的继电器的常开触点闭合，连接对应风扇子系统的电源，允许实验人员开始进行实验；

步骤3、实验人员在通过交换机的网络实验平台设计控制算法，进行仿真，编译生成对应的控制器代码，并将之下载到对应的控制器中运行；控制器会按照预先制定的协议将算法计算得到的控制量传输到风扇实验装置；风扇实验装置中的主控板在接收到数据后首先进行校验，若校验正确，则根据控制量的值改变风扇两端的驱动电压，调节风扇转速，并采集当前时刻风扇的转速，将之打包成响应包返回给控制器，若校验不正确，则保持风扇两端的驱动电压不变，并返回对应的错误应答响应给控制器；同时控制器对接收到的响应包进行校验，若正确，则根据得到的转速反馈计算控制量，并发送给执行器终端，若错误，则；；；舍弃当前响应包，并重新接收新的响应包，循环往复；

步骤5、当实验结束后，释放实验人员的控制权，该风扇设备由忙碌状态转变为空闲状态，平台会向对应的风扇实验箱发送断开电源指令，主控板在接收到指令后，就会控制信号转接板上的继电器常开触点断开，即断开对应风扇子系统的电源，从而降低实验箱运行的平均功率，实现全流程无人管控。

5.根据权利要求4所述的一种基于网络化控制的风扇速度控制在线实验装置的实验方法，其特征在于，实验人员能够在网络实验平台建立对应的监控组态，通过每个风扇对应的摄像头和数码显示屏在线监测风扇的实时运行状态，观测到风扇的实时转速，并将风扇的实时转速显示在数码显示屏上。

6.根据权利要求4所述的一种基于网络化控制的风扇速度控制在线实验装置的实验方法，其特征在于，步骤3中，校验的具体方法是：

采用校验码的机制对数据帧进行校验，每一个数据帧都包括三部分，帧头，有效数据和帧尾，帧头采用固定的字节序列，有效数据段包括数据长度，时间戳，数据内容，帧尾即有效数据段的CRC校验码；每次校验都包括帧头校验，数据长度校验和帧尾的CRC校验三部分，只有三部分校验都通过，当前数据包才有效，并进行解析处理。

7.根据权利要求4所述的一种基于网络化控制的风扇速度控制在线实验装置的实验方法，其特征在于，步骤3中，根据得到的转速反馈计算控制量的具体方法是：

控制器根据风扇的实时转速和设定转速作差，得到风扇的实时转速差，乘以一定的比例系数后计算得到比例控制分量，对风扇的历史转速差进行累加求和，再乘以积分系数后可得到积分控制分量，将比例控制分量和积分控制分量相结合就得到了最后的控制量。