一種基于STM32測量模塊的過程控制儀表實驗裝置的制作方法

本實用新型涉及過程控制儀表實驗設備的技術領域，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：

過程控制通常是指石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、核能等工業生產中連續的或按一定周期程序進行的生產過程自動控制，它是自動化技術的重要組成部分。在現代化工業生產過程中，過程控制技術正在為實現各種最優的技術經濟指標、提高經濟效益和勞動生產率、改善勞動條件、保護生態環境等方面起著重要的作用。對于大中專院校自動化專業學生來說，掌握過程控制儀表的基本原理和學會使用儀表，對進行過程控制的研究至關重要，現有的過程控制實驗設備更側重整體系統的控制，對于個別的儀表的使用和研究的教學實驗裝置較少。

技術實現要素：

本實用新型的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，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計實驗，提供更為直觀的實驗效果便于學生理解和使用溫度變送器和調節器。

本實用新型的目的可以通過采取如下技術方案達到：

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數碼管驅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行采樣；所述主控MCU電路通過SPI接口與所述LED數碼管驅動和按鍵輸入掃描電路進行通信；所述主控MCU電路通過I/O口的輸出電平對所述開關輸出電路進行電源輸出控制；

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

進一步地，所述實驗操作面板上設置有開關按鈕、保險絲、電源指示燈、啟停指示燈、兩線制溫度變送器、電壓顯示數碼管、電流顯示數碼管、第一可變電阻、第二可變電阻、第一可變電阻顯示數碼管、第二可變電阻顯示數碼管、PID調節器、若干按鍵和若干個接線端子。

進一步地，所述實驗裝置還包括開關電源，所述開關電源與所述開關輸出電路連接，通過所述開關按鈕控制所述開關電源通斷，實現所述主控MCU電路中各組成電路的工作電壓供電。

進一步地，所述主控MCU電路采用的是STM32F103ZET6芯片，采用3.3V供電。

進一步地，所述LED數碼管驅動和按鍵輸入掃描電路采用電壓顯示數碼管，包括BC7277芯片，所述BC7277芯片通過SPI接口接收所述主控MCU電路傳送的顯示數據，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位電壓顯示數碼管進行驅動顯示；同時，當有按鍵按下，會產生相應的鍵值返回給所述主控MCU電路。

進一步地，所述電源指示燈在打開所述開關按后點亮，表示接通所述開關電源；所述啟停指示燈在啟動實驗后點亮，停止實驗時熄滅，用于顯示實驗進行的狀態。

進一步地，所述按鍵的數量為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有技術具有如下的優點及效果：

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對相關儀器儀表的實驗和應用，體積小，成本低，且相關元件在市面上較為常見，便于平時的維護。通過該實驗裝置，使學生能夠更為直觀地對儀器儀表進行實驗，更快地掌握相關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構組成圖；

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、技術方案和優點更加清楚，下面將結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方案進行清楚、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，本領域普通技術人員在沒有作出創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、電壓顯示數碼管、電流顯示數碼管、第一可變電阻、第二可變電阻、第一可變電阻顯示數碼管、第二可變電阻顯示數碼管、PID調節器、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。

開關按鈕和保險絲是整個實驗裝置的能源開關，打開開關才能由開關電源給測量電路以及變送器和PID調節器提供電源。電源指示燈在打開開關按鈕后亮，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，顯示實驗進行的狀態。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給測量電路和PID調節器供電，按下“啟動”按鍵，啟停指示燈亮，實驗開始進行，數碼管顯示當前測量的電壓、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，實現參數采集。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，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數碼管驅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、開關輸出電路和開關電源。

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行采樣；所述主控MCU電路通過SPI接口與所述LED數碼管驅動和按鍵輸入掃描電路進行通信；所述主控MCU電路通過I/O口的輸出電平對所述開關輸出電路進行電源輸出控制。

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數碼管驅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碼管驅動和操控按鍵輸入掃描電路，這里以電壓顯示數碼管和按鍵輸入掃描電路為例，如圖4所述，電壓顯示數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及三位共陰極數碼管共同電氣連接構成。

BC7277芯片通過SPI接口接收主控MCU電路傳送的顯示數據，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位電壓顯示數碼管進行驅動顯示；同時，當有按鍵按下，會產生相應的鍵值返回給主控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構成的電壓跟隨器利用放大器高阻態的輸入特性，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進行串聯分壓，分壓比為1:1，分壓后通過放大器OP4188構成的電壓跟隨器輸出給主控MCU電路進行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的電流產生的測量電壓進行放大分壓，放大倍數為10，然后通過電阻R24和R25串聯分壓，分壓后通過放大器OP4188構成的電壓跟隨器輸出給主控MCU電路進行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調節器為上海萬訊818調節器；所述開關電源為明緯開關電源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與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。