本發明涉及實訓教學領域，具體涉及一種機電系統教學平臺及其控制方法。

背景技術：

長久以來，機械系學生往往過于重視機械知識的學習，而忽視電子控制系統的學習，主要原因除了開設課程限制以外，還有專門的機電系統實驗設備的短缺，而課程又往往過于抽象。例如，對于機器人課程的學習是很多機械系學生已經開設的課程，但是這門課程是很抽象的，涉及到諸多數學矩陣運算等等純理論知識，學生學起來比較困難、枯燥。課堂上老師講解各種傳動機構、控制系統以及自動生產線設備的重要知識點時，只能通過課本和想象來學習，不能有一個直觀、快速的理解，容易理解不清晰。

盡管市場上已有一些經商業化的機電控制模塊，例如樂高機器人的ev3控制平臺，但是這些控制模塊主要針對的對象都是小學生和中學生，僅有的德國慧魚平臺雖然針對大學生，但是由于是進口品牌，其售價昂貴。綜上所述，對于機電控制教育平臺國內的市場仍然基本處于空白狀態。

技術實現要素：

有鑒于此，提供一種操作機電控制系統實訓的教學平臺實為必要。

本發明解決技術問題所采用的一個技術方案是：一種機電系統教學平臺，包括：

輸入模塊：連接被控設備與控制模塊，是所述被控設備信號進入所述控制模塊的中間部件，用于向所述控制模塊傳輸信號；

控制模塊：運行和處理應用程序，進行邏輯運算，對所述輸入模塊傳輸來的信號進行轉換、處理，將處理后的信號傳輸至輸出模塊，可在線輸入、設定、選擇和調整相關參數，控制所述被控設備的相關操作；

輸出模塊：連接所述控制模塊與被控設備，用于將所述控制模塊的輸出信號傳送給被控設備，并驅動所述被控設備執行相關操作。

作為對上述技術方案的改進，所述控制模塊為一智能終端。

作為對上述技術方案的改進，所述控制模塊的硬件結構包括處理器和存儲器，軟件結構包括系統軟件和應用軟件。

作為對上述技術方案的改進，所述應用軟件包括上層應用程序、設備文件和底層驅動程序。

作為對上述技術方案的改進，所述控制模塊的外觀結構包括：外殼、設置在所述外殼上的鍵盤、lcd顯示屏、輸入接口、輸出接口、usb主設備口、usb從設備口和sd卡插口。

作為對上述技術方案的改進，所述輸入接口、輸出接口均設置至少四個，且所述輸入接口和輸出接口之間可通用互插。

本發明解決技術問題所采用的另一個技術方案是：提供一種上述機電系統教學平臺的控制方法，其中，所述上層應用程序通過打開所述設備文件的方式間接控制運行在系統軟件內核當中的所述底層驅動程序，所述底層驅動程序再控制底層的所述被控設備。

作為對上述技術方案的改進，所述上層應用程序控制所述底層驅動程序是通過調用底層驅動函數來實現的。

作為對上述技術方案的改進，所述底層驅動程序加載到所述系統軟件內核中的方法是：在編譯所述內核前將所述底層驅動程序嵌入到所述內核對應的文件夾當中，然后再隨著所述內核一起編譯。

作為對上述技術方案的改進，所述底層驅動程序加載到所述系統軟件內核中的方法是：將所述底層驅動程序編譯成一個獨立模塊，需要時手動加載至所述系統軟件內核中。

與現有技術相比，本發明提供的機電系統教學平臺，體積小巧、容易拆裝、易于攜帶和收藏，采用模塊化設計且模塊接口可通用互插，各模塊具有復用和重組功能，將原本生產車間、實驗室的大型、不易搬動的機械設備及生產線設備以可操作性模型的形式還原給學生，本發明提供的所述機電系統教學平臺的控制方法，可實現各控制參數的在線輸入、設定及調整，加深學生對機械設備和自動生產線工作過程中機電控制原理的理解，增加課堂、實驗等實訓教學的直觀性、可操作性和趣味性，提高機械系學生對專業課的興趣和創新性，另便于教師講解，打破機械系學生學習的枯燥性，進一步提高教學質量，打破機械學習的抽象性，使學生將理論學習和實際操作融為一體，提高學習質量。

附圖說明

圖1是本發明一個實施例中機電系統教學平臺的模塊結構示意圖；

圖2是本發明一個實施例中機電系統教學平臺的外觀結構示意圖；

圖3是本發明一個實施例中機電系統教學平臺的控制狀態示意圖。

如下具體實施方式將結合上述附圖進一步說明本發明。

具體實施方式

現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構及流程，因此其僅顯示與本發明有關的構成。

請參見圖1，本發明實施例提供了一種機電系統教學平臺，包括：

(1)輸入模塊101：連接被控設備200與控制模塊102，是所述被控設備200的信號進入所述控制模塊102的中間部件，用于向所述控制模塊102傳輸信號，在一個實施例中，所述輸入模塊101包括但并不限于：圖像傳感器、電子羅盤、超聲波傳感器、陀螺儀傳感器等各種傳感器，其作用是將來自所述被控設備200的各種信號轉換成電信號，再傳輸給所述控制模塊102；

(2)控制模塊102：是該機電系統教學平臺的主體，負責運行和處理應用程序，進行邏輯運算，對所述輸入模塊101傳輸來的電信號進行轉換、處理，將處理后的信號傳輸至輸出模塊103，可在線輸入、設定、選擇和調整相關參數，控制所述被控設備200的相關操作；

(3)輸出模塊103：連接所述控制模塊102與被控設備200，用于將所述控制模塊102的輸出信號傳送給被控設備200，并驅動所述被控設備200執行相關操作。在一個實施例中，所述輸出模塊103包括但并不限于：驅動電機模塊、舵機模塊等執行元件模塊。

在一個實施例中，所述被控設備200包括但并不限于：機械模型、機械設備或生產線設備等機械系實訓設備。其中，一個所述被控設備200對應一個所述應用程序。

在一個實施例中，所述控制模塊102為一智能終端，所述控制模塊102的硬件結構包括處理器和存儲器，軟件結構包括系統軟件和應用軟件。其中，所述處理器為arm9處理器，處理器包括控制器和運算器，所述控制器是所述控制模塊102的核心，至少有四輸入四輸出控制功能，可以在線調試實驗參數，并兼容ros開源軟件；所述系統軟件為嵌入式linux操作系統，其支持多用戶、多任務，各個用戶對于自己的文件設備有自己特殊的權利，保證了各用戶之間互不影響，并可以使多個應用程序同時并獨立地運行；所述應用軟件提供供用戶直接使用的功能，滿足用戶需求。

其中，所述應用軟件包括上層應用程序1021、設備文件1022和底層驅動程序1023。所述上層的應用程序1021肩負著控制所述被控設備200與所述控制模塊102交互的任務，用戶都是在所述應用程序1021的對話窗口上進行操作所述被控設備200的。

在一個實施例中，所述控制模塊102使用由qtopia開發的圖形化人機交互軟件實現該機電系統教學平臺的顯示功能。

請一并參見圖2，在一個實施例中，所述控制模塊102的外觀結構包括：

外殼10：對所述控制模塊102的各部件起支撐和容納作用，其上設置有：

鍵盤11：為矩陣鍵盤，以便于所述控制模塊102在線輸入、設定、選擇和調整相關參數；

lcd顯示屏12：實現linux嵌入式系統配合qtopia圖形化界面的顯示效果，可直觀的將所述被控設備200的控制過程顯示出來；

輸入接口13：用于插接所述輸入模塊101，本實施例中，所述輸入接口13設置為四個，即可同時向所述控制模塊102輸入四種不同的信號；

輸出接口14：用于插接所述輸出模塊103，本實施例中，所述輸出接口14設置為四個，即所述控制模塊102可同時向所述被控設備200傳輸四種不同的口令或分別向四個不同的被控設備200傳輸口令；

usb主設備口15：用于實現所述控制模塊102與電腦的互聯，使用usb主設備口連接時，所述控制模塊102作為下位機，可以由電腦作為上位機向其中寫入程序；

usb從設備口16：使用usb從設備口時，所述控制模塊102作為上位機，可以將usb攝像頭等所述控制模塊102驅動支持的外部usb設備插入其中使用；

sd卡插口17：可以插入普通sd存儲卡，實現外部存儲介質的接入，擴展存儲空間，同時寫好的程序也可由sd卡帶入到所述控制模塊102中執行。

本實施例中，所述輸入接口13、輸出接口14可通用互插，故，可根據實際使用情況進行合理調整，以提升所述控制模塊102的適配性和靈活性?？梢岳斫獾?，在本發明的其他實施例中，所述輸入接口、輸出接口可以設置為多于四個。

綜上所述，本發明技術方案的機電系統教學平臺，體積小巧、容易拆裝、易于攜帶和收藏，采用模塊化設計且模塊接口可通用互插，各模塊具有復用和重組功能，將原本生產車間、實驗室的大型、不易搬動的機械設備及生產線設備以可操作性模型的形式還原給學生，為機械系學生提供強大的機電控制綜合實訓學習平臺。

請一并參見圖3，本發明實施例還提供了一種所述機電系統教學平臺的控制方法，在所述控制方法中，所述上層應用程序1021通過打開所述設備文件1022的方式間接控制運行在系統軟件內核當中的所述底層驅動程序1023，所述底層驅動程序1023再控制底層的所述被控設備200。所述設備文件1022存放在根文件系統的dev文件夾中，每個所述被控設備200都對應一個獨立的所述設備文件1022，實際上，所述設備文件1022在所述應用程序1021與所述驅動程序1023的控制溝通當中起一個橋梁的作用。

其中，所述上層應用程序1021控制所述底層驅動程序1023是通過調用底層驅動函數來實現的，進而實現所述應用程序1021對底層被控設備200的訪問與控制，所述底層驅動函數為fileoperations表當中所列出的函數。

在一個實施例中，所述底層驅動程序1023加載到所述系統軟件內核中的方法是：在編譯所述內核前將所述底層驅動程序1023嵌入到所述內核對應的文件夾當中，然后再隨著所述內核一起編譯，當然，所述底層驅動程序1023的編寫需要符合linux驅動的編寫格式規則。這種方式加載的所述底層驅動程序1023會在所述內核啟動時隨著所述內核一起啟動，在整個linux系統啟動時就占用系統的內存空間。

在另一個實施例中，所述底層驅動程序1023加載到所述系統軟件內核中的方法是：將所述底層驅動程序1023編譯成一個獨立模塊，需要時手動加載至所述系統軟件內核中，同樣，所述底層驅動程序1023的編寫需要符合linux驅動的編寫格式規則。該種方式中，所述底層驅動程序1023不在內核啟動時隨內核一起啟動，而在需要時在手動加載。這種方式的好處是系統啟動加載的驅動數量少，啟動快，可以不啟動不需要使用的驅動。對于手動加載所述底層驅動程序1023的方式，一般只用在調試驅動程序時，當驅動程序調試完成以后，即采用自動加載方式。

綜上所述，本發明技術方案的機電系統教學平臺結合其控制方法，可實現各控制參數的在線設定及調整，加深學生對機械設備和自動生產線工作過程中機電控制原理的理解，增加課堂、實驗等實訓內容的直觀性、可操作性和趣味性，提高機械系學生對專業課的興趣和創新性，另便于教師講解，打破機械系學生學習的枯燥性，進一步提高教學質量，打破機械學習的抽象性，使學生將理論學習和實際操作融為一體，提高學習質量。

以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。