本實用新型涉及一種溫控模擬實驗箱裝置，尤其是涉及一種基于物聯網的溫控模擬實驗箱裝置。

背景技術：

目前，物聯網的概念已經被提及多年，但一直沒有為大眾所熟悉，近兩年，移動互聯網與智能硬件的結合發展，慢慢地拉開了物聯網發展的序幕。作為國家倡導的新興戰略性產業，物聯網備受各界重視，并成為就業前景廣闊的熱門領域，使得物聯網成為各家高校爭相申請的一個新專業。教育部審批設置的高等學校戰略性新興產業本科專業中有“物聯網工程”、“傳感網技術”和“智能電網信息工程”三個與物聯網技術相關的專業，此三個專業從2011年才開始首次招生。我國物聯網發展的十年目標是把我國初步建成物聯網技術創新國家。教育部工信部授權理工科高校開設物聯網課程，為學生傳授物聯網相關課程，但凸顯劣勢的是，師資相對缺乏，教學設備也不夠齊全。

現今市場上的一些物聯網教學實驗箱，利用傳感器對環境信息進行監測時，只能夠讀取環境參數，而不能實現自動控制環境的變化情況。而且不能實現與智能終端如手機、電腦等連接，應用場景與范圍不夠廣泛。

技術實現要素：

本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于物聯網的溫控模擬實驗箱裝置。

本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于物聯網的溫控模擬實驗箱裝置，該裝置包括控制單元和分別與之連接的溫度檢測單元、溫度調節單元、顯示單元和數據傳輸單元，所述的數據傳輸單元包括用于與監控終端連接的RS485通信模塊以及與移動終端連接的無線通信模塊。

所述的溫度檢測單元包括溫度傳感器。

所述的溫度調節單元包括分別與控制單元連接的升溫模塊和降溫模塊。

升溫模塊包括24V開關電源、調壓電路和電熱板，所述的24V開關電源通過調壓電路連接電熱板。

所述的調壓電路包括數字控制可變電阻芯片AD8400、穩壓芯片LM2596和反饋網絡，可變電阻芯片AD8400輸入端連接控制單元，可變電阻芯片AD8400輸出端連接至反饋網絡，所述的穩壓芯片LM2596輸入端連接24V開關電源，穩壓芯片LM2596輸出端連接反饋網絡輸入端，反饋網絡輸出端連接穩壓芯片LM2596反饋端，進而形成反饋電路，穩壓芯片LM2596輸出端電壓V_OUT與可變電阻芯片AD8400輸出端電阻R_x至呈下述關系：

其中，V_REF為穩壓芯片LM2596內部參考電壓。

所述的降溫模塊包括電風扇和直流驅動電機，所述的控制單元通過直流驅動電機連接所述的電風扇。

所述的顯示單元包括LED顯示屏。

該裝置還包括用于報警的蜂鳴器，所述的蜂鳴器連接所述的控制單元。

所述的控制單元包括基于ARM的嵌入式處理器。

與現有技術相比，本實用新型具有如下優點：

(1)設置的溫度檢測單元、溫度調節單元和溫度控制單元不僅能夠實現溫度的檢測，同時還能進行溫度的智能控制，使得該模擬實驗箱裝置功能多樣；

(2)設置RS485通信模塊可以實現監控終端的實時聯網監控，設置的無線通信模塊能夠實現移動終端的查看，形式多樣，方便監控人員進行監控；

(3)通過調壓電路輸出不同電壓的值，從而通過調壓開關電源的輸出電壓不同來控制電熱板的發出的熱量，調節可靠。

附圖說明

圖1為本實用新型溫控模擬實驗箱裝置的結構框圖；

圖2為本實用新型數字可變電阻電路的電路原理圖；

圖3為本實用新型電源電路的電路原理圖；

圖4為本實用新型反饋網絡的電路原理圖。

圖中，1為控制單元，2為溫度傳感器，3為調壓電路，4為24V開關電源，5為電熱板，6為電風扇，7為直流驅動電機，8為LED顯示屏，9為無線通信模塊，10為移動終端，11為RS485通信模塊，12為監控終端。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。

實施例

如圖1所示，一種基于物聯網的溫控模擬實驗箱裝置，該裝置包括控制單元1和分別與之連接的溫度檢測單元、溫度調節單元、顯示單元和數據傳輸單元，數據傳輸單元包括用于與監控終端12連接的RS485通信模塊11以及與移動終端10連接的無線通信模塊9，控制單元1采用基于ARM的嵌入式處理器，本實施例中采用STM32F103ZET6，溫度檢測單元包括溫度傳感器2，該實施例中溫度傳感器2采用ds18B20，直接采集環境的溫度信息，顯示單元包括LED顯示屏8，STM32F103ZET6處理器控制LED屏顯示溫度傳感器2實時檢測到到的環境溫度值，無線通信模塊9采用WIFI模塊，具體采用ESP8266，可以通過移動終端10如手機、PAD等實現溫度的實時監控，另外采用RS485通信模塊11實現控制單元1和監控終端12的有線通信，監控終端12為PC機，在PC機上利用labview軟件設計上位機監測界面，從而實現溫度的有效監控，采用有線通信的方式能夠實現一臺監控終端12同時監控多個試驗箱裝置，從而對不同空間的環境溫度進行監控。

溫度調節單元包括分別與控制單元1連接的升溫模塊和降溫模塊，當控制單元1監控到溫度低于設定值時，通過升溫模塊進行升溫，當控制單元1監控到溫度高于設定值時，通過降溫模塊進行降溫。

其中，升溫模塊包括24V開關電源4、調壓電路3和電熱板5，所述的24V開關電源4通過調壓電路3連接電熱板5。

調壓電路3包括數字控制可變電阻芯片AD8400、穩壓芯片LM2596和反饋網絡，數字控制可變電阻芯片AD8400組成數字可變電阻電路，具體如圖2所示，可變電阻芯片AD8400輸入端連接控制單元1，即圖中可變電阻芯片AD8400的3腳、4腳和5腳分別連接PB12、PB11和PB10，PB12、PB11和PB10連接至STM32處理器的IO口，用于輸出0～255之間的二級制數字信號，可變電阻芯片AD8400的7腳和8腳用于輸出與輸入端數字信號對應的電阻，其中7腳記作W1端，8腳記作A1端，W1端和A1端的電阻記作R_x，通過輸入端輸入的數字信號的變化來調節輸出端輸出電阻的變化，可變電阻芯片AD8400輸出端連接至反饋網絡，穩壓芯片LM2596輸入端連接24V開關電源4，穩壓芯片LM2596輸出端連接反饋網絡輸入端，反饋網絡輸出端連接穩壓芯片LM2596反饋端，進而形成反饋電路。

LM2596組成電源電路，具體如圖3所示，LM2596的1號腳分別通過電容C1和電容C2接地，LM2596的2號腳和3號腳均接地，LM2596的1號腳和3號腳連段并聯連接24V開關電源4，LM2596的4號腳連接二極管D1陽極，二極管D1陰極接地，LM2596的4號腳還通過電感L1一端，電感L1另一端即為電壓輸出端，圖中用OUT表示，電壓輸出端分別通過電容C3和C4接地，LM2596的5號腳通過電阻R1接地，且LM2596的5號腳連接返回網絡輸出端，記作FB，其中電容C1為100uF，電容C2為0.1uF，二極管D1為1N5824，電容C3為100uF，電容C2為0.1uF，

如圖4所示，反饋網絡為由4級運算放大器組成的反饋網絡，通過兩個LM358實現，穩壓芯片LM2596的OUT端通過電阻R41連接至第一LM358的3號腳，第一LM358的3號腳還通過電阻R40接地，第一LM358的1號腳和2號腳相互連接并通過電阻R42連接至第一LM358的6號腳，第一LM358的6號腳還通過電阻R43連接第一LM358的7號腳，第一LM358的5號腳接地，第一LM358采用±5V雙電源供電，第二LM358也采用±5V雙電源供電，第二LM358的6號腳通過電阻R44連接第一LM358的7號腳，第二LM358的6號腳通過電阻R45連接可變電阻芯片AD8400的A1端，第二LM358的7號腳連接可變電阻芯片AD8400的W1端，第二LM358的5號腳接地，第二LM358的7號腳還連接至第二LM358的3號腳，第二LM358的2號腳通過電阻R51接地，第二LM358的1號腳通過電阻R50連接第二LM358的2號腳，第二LM358的1號腳記作FB，FB連接至LM2596的FB端。其中，電阻R40阻值為1K，電阻R41阻值為10K，電阻R42阻值為10K，電阻R43阻值為10K，電阻R44阻值為5K，電阻R50阻值為30K，電阻R51阻值為10K。穩壓芯片LM2596輸出端電壓V_OUT與可變電阻芯片AD8400輸出端電阻R_x至呈下述關系：

其中，V_REF為穩壓芯片LM2596內部參考電壓。

首先STM32F103ZET6處理器通過IO口PB10、PB11、PB12控制可變電阻芯片AD8400的A1端與W1端之間的電阻R_x的大小，然后反饋網絡將輸出端OUT反饋到穩壓芯片LM2596的FB端，FB端電壓與內部參考電壓V_REF比較，就可以改變調壓輸出端的電壓。通過采集不同的STM32F103ZET6處理器發出的信號與輸出電壓值，得到它們的函數關系，就可以實現準確的電壓可調。通過實驗得到STM32F103ZET6處理器發出的數字信號0～255與對應的穩壓芯片LM2596輸出端電壓V_OUT的對應值，通過曲線擬合，可以得出：

y＝0.0009x⁵-0.071x⁴+2.0767x³-29.908x²+218.87x-460.78；

其中x為STM32F103ZET6處理器輸出的數字信號，y為穩壓芯片LM2596輸出端電壓V_OUT的值。

利用調壓電路3來調節電壓的輸出值，來實現調節電熱板5的發熱量，而STM32F103ZET6處理器通過溫度傳感器2采集到環境的溫度信息，將采集到的溫度信息作為反饋量，將設定的溫度值作為輸入量，實現閉環控制，利用PID控制算法，計算出輸出量，來設定調壓電路3的輸出量，從而實現溫度自動控制系統。

降溫模塊包括電風扇6和直流驅動電機7，控制單元1通過直流驅動電機7連接電風扇6，當溫度高于設定的值時，通過控制單元1控制直流驅動電機7，進而直流驅動電機7驅動風扇轉動，實現降溫效果。

另外，該裝置還包括用于報警的蜂鳴器，蜂鳴器連接控制單元1，當溫度傳感器2檢測到的環境溫度值超過控制單元1設定的溫度的上下限，控制單元1就會控制蜂鳴器和LED顯示屏8工作，實現警報的功能。