[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

说明书

本发明涉及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，属于控制科学与工程领域。该装置包括：主控板、开关电源、信号转接板、交换机、风扇、摄像头和数码管。本装置支持即插即用，可以通过计算机或者其他支持网络化通信的设备进行控制，且支持每个风扇单独控制和四个风扇协同控制，可用于验证不同的控制算法。每一个风扇子系统的电源都是可控的，可在无人使用时自动关闭，有人使用时自动开启，以便进行大规模部署。与此同时，该实验装置还提供实时的音频流和视频流来监控风扇的运行状态，实验人员可以通过网页直观地看到风扇动作的全过程，便于增强对控制过程的理解。

技术领域

本发明涉及一种实验装置，具体为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。

背景技术

在工程专业教育中，动手实验是不可缺少的一环，然而，由于缺乏足够的实验器材和装置以及场地的限制，很多学生只能在规定的时间内进行专业实验，大部分时间只能借助仿真软件进行仿真验证。

针对以上问题，本发明的目的是通过设计一种新的控制实验装置，支持多人同时在线实验，实现大规模的网络在线实验，满足大量相关专业学生的实验需求，弥补自动化专业教育中较为薄弱的实验一环，从而加深自动化等相关专业学生对控制理论的理解，提高学生的专业素养和动手实验能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于网络化控制的风扇速度控制在线实验装置，可进行大规模部署，供相关专业的学生和研究人员同时在线使用。

本发明采用如下技术方案:

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。

在上述的基于网络化控制的风扇速度控制在线实验装置，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。

在上述的基于网络化控制的风扇速度控制在线实验装置，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。

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。