WIFI网络电子电路装置设计论文
1系统结构设计
系统由教师机和学生机利用WIFI网络通讯组成。教师机负责向从机训练装置发送故障指令,故障装置接受到设置故障点指令为相应的电路板设置故障。
2系统功能
(1)模式一是固定模式,设有一定数量的固定故障,所以学者可以选择针对某一故障训练,有针对性的熟练某一知识点。(2)模式二是随机模式,设有一定数量的随机提供的故障点,难度相对提高,要对各个单元电路原理熟悉,以及熟练掌握故障检修方法。(3)模式三是考核模式,此模式作为考核鉴定,是教师端通过WIFI网络集中控制的,有电源管理、故障设置管理以及成绩统计管理等功能。
3系统硬件设计
从机故障检修装置由无线模块、MCU控制模块、触摸屏HMI模块、继电器控制模块和单元电路板等模块组成。
3.1 MCU控制模块
MCU控制模块主要包括单片机、WIFI接口、触摸屏接口、ISP下载接口、扩展接口及时钟单元,具体如图3所示。其中单片机选用AVR系列ATmega128L型,REST键为复位按键,采用低电平复位,电容C7与电阻R5组成上电复位电路;为了提高串行通信波特率的准确度,时钟电路采用11.0592MHz石英晶体与瓷片电容C8和C9组成时钟振荡电路;JP1为WIFI模块接口,JP2为触摸屏就扣,都与单片机UART接口直接相连,JP3为程序下载接口,支持ISP在线下载,JP4为扩展接口,与扩展接口相连。
3.2 继电器控制模块
I/O拓展采用串入并出的一般数字芯片,输出的5951_A和B信号经过光电隔离器供大电流负载芯片ULN2803驱动继电器线圈。继电器的常闭触点接入单元电路板的支路中,正常情况下该路接通。当继电器线圈得电时触点断开,单元电路板出现开路故障,方便学生练习。
3.3 HMI模块
迪文触摸屏(简要介绍下产品)通过RS-232串口接口和单片机连接,将3管脚和4管脚接到ATmega128L的串口1上,如图3所示。当用户点击触摸屏时,触摸屏将触碰信息通过串行接口发送给单片机。
3.4 模块电路
晶体管电子时间继电器电路主要由整流电路、滤波及稳压电路、指示电路和延时触发电路组成,如图5所示。教师通过客户端软件电路图5进行设置故障以及监控学员训练情况。客户端点击对应的“星”号可以完成设故,然后选择训练模式,软件后台会自动同步触摸屏与客户端数据,以保持数据的同步。在电路故障点连接继电器的触点采用台阶插孔代替了永久焊盘(图中黑点部分);所有继电器结构部分如下图中文字(电磁继电器),一个线圈驱动一个常闭点,没有插接的时候电路是断开的,其他所有“星”号的'结构和此相同,当需要了解排查的状况时,只需要点击客户端或者触摸屏,控制器就会回传数据到客户端和触摸屏,完成统一考评和单个考评。
4系统软件设计
4.1 触摸屏设计
故障检修装置的触摸屏的画面结构如图6所示,包括用户登陆、训练模式选择和帮助模式三级页面。屏幕用户信息发送给单片机,经WIFI网络发送到上位机中。当用户信息输入完成后,系统进入选择模式的画面,共有固定训练、随机训练和考核三种模式。
4.2 程序流程设计
系统启动开始上电复位,对各个模块进行初始化设置。控制器向串口发送握手数据帧,确定触摸屏和WIFI连接正常,进入等待指令状态。当指令到达时,进行指令校验,校验正确系统将进行判别指令类型。针对不同的指令类型,系统可以进行设置故障、和故障状态检测;在设置故障环节,将故障信息串行发送到I/0拓展模块74LS595中,经过驱动模块吸合对应的继电器,达到设置故障点的效果;在每一次故障设置或者状态检测完毕后,客户端与触摸屏会进行数据交换,以保证数据同步更新。
4.3 系统通讯协仪
由于被控对象的唯一性与主控端的多样性。系统拟定了用于排故障系统的通讯协议,所有协议的数据校验格式:以两个字节的帧开头、以CRC校验的方式结尾、记录数据长度、数据类型和主机编号等。CRC校验作为一种经典的数据校验格式。为大多数系统通讯协议所采纳,这也就意味着可以更好的兼容其他通信格式。为以后更好的二次开发提供了有理条件。
5结束语
通过系统联机调试,故障检修装置实现了具有的功能,达到预期的控制效果。文章提出了以Atmega128单片机作为主控制器的硬件总体设计方案,对整体设计起到了相当重要的作用。此外,本设计还对学校使用的排故训练系统和课程进行相关研究,多方面改进设计方案,从而提高故障检修装置的稳定性、实用性和创新性。
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