学生安全数控电源系统的制作方法
专利名称：学生安全数控电源系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种集中控制式学生安全数控电源系统
背景技术：
中学物理实验特别是电学实验时，需要使用可以精确控制输出并且拥有多种电压及电流输出类型的学生电源。同时，为了保证学生的人身安全及学校财产安全，学生电源系统应该具有过流保护、教师机控制各分立电源的功能。目前，实验室普遍配备的都是旋钮调压、指针指示电压的老式学生电源，这些学生电源存在电压输入不便捷、指示不直观、没有集中控制式管理功能等问题，在实验过程中容易引入人为误差且存在一定的安全隐患
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供ー种集中控制式学生安全数控电源系统。其中教师机电源和学生机电源可以分别独立提供交、直流电压输出并具有过流保护功能；同时可以通过教师机统ー控制学生机电压输出类型及电压值。本实用新型提供的技术方案是ー种集中控制式学生安全数控电源系统。其特征在于包括学生数控电源教师机与学生机，其中教师机具有过流保护、漏电保护、刷卡开机、教师机电源输出以及控制学生机电源输出等功能；学生机具有过流保护、独立电源输出以及受控电源输出等功能。ー套集中控制式学生安全数控电源系统由一台学生安全数控电源教师机和若干台学生机组成，教师机与学生机之间通过网线联接通信，教师机能够控制自身的电压及电流输出同时能够控制并锁定学生机的交直流电压输出。所述教师机由数控面板、电压输出主板及刷卡控制器组成，电压输出主板包括微控制器、电磁继电器、交流变压器、场效应管、电流传感器及直流稳压管等；所述学生机由数控面板和电压输出主板组成。按上述方案，所述数控面板采用按键式输入，LED数码管指示电压。按上述方案，所述教师机与学生机电压输出主板均采用交流变压器分4个绕组分别输送“2V”、“4V”、“8V”和“ 16V”四个不同的交流电压等级到4个独立的电磁继电器，通过微控制器控制与交流变压器绕组相连的电磁继电器导通与关闭，以输出合适的交流电压。通过控制不同的电压组合即可输出2-30V精确度为2V的交流电压；当输出类型为直流电压时，微控制器与场效应管相连的PWM管脚进入工作状态，通过PWM波的占空比控制场效应管的导通及截止时间比例，作为开关电源输出设定的直流电压值。并且直流电压输出端与微处理器的模数转换接ロ相连，微处理器通过转换后的数字电压值判断当前输出的准确性，并通过PID算法动态调整PWM波的占空比进而调整直流电压输出，形成闭环控制，使得输出直流电压快速精确的稳定到设置的电压值。按上述方案，所述的教师机与学生机电压输出主板上的交流变压器均备有ー个输
送“IV”电压的绕组，在低电压大电流输出时，通过电磁继电器控制其导通可以进行电压补m
\-ZX o按上述方案，所述教师机与学生机的输出端均装有电流传感器，能够准确检测当前工作电流。电流传感器通过模数转换接ロ与微控制器连接，当微控制器检测到电流的采样值超过相应输出的最大电流输出门限值后，微控制器会切断相应的输出，同时，主板微处理器会向面板微处理器发送复位输出指令，将面板当前的输出显示值复位，达到数字化检测的过流保护功能。本实用新型的有益效果为I.本实用新型采用按键式电压设置输入及LED数码管显示，电压设定值输入便捷，指示直观，采用电压数字控制模式避免了传统旋钮式调节学生电源可能导入的误差；2.本实用新型具有集中控制功能，教师机与各台学生机均可独立进行电压设置与输出，同时教师机可以远程设置并锁定学生机电压输出，实现对各分立学生机组的集中控制； 3.本实用新型教师机具有大电流输出功能，能提供最大40A的电流输出同时保持工作电压不变；4.本实用新型采用电流传感器进行电流检测，电流检测精度高，通过与微控制器配合使用，可以准确判断电压采样值是否超出当前输出状态下的最大电流输出门限，实现在不同输出级别下的智能过流保护功能。
图I学生安全数控电源教师机面板示意图图2学生安全数控电源学生机面板示意图图3学生安全数控电源教师机硬件示意图图4学生安全数控电源学生机硬件示意图图5学生安全数控电源教师机软件流程图图6学生安全数控电源学生机软件流程图
具体实施方式
图I为本实用新型教师机硬件示意图，教师机由数控面板、电压输出主板及刷卡控制器三部分组成，具有精度为2V的2-30V交流电压输出、精度为0. IV的I. 5-30V直流电压输出、40A大电流输出、学生机电压输出远程设置、学生机电压输出锁定、过流保护及刷卡开机等功能。其中数控面板由数字键盘、LED数字显示及微控制器组成。数字键盘与微控制器的IO管脚连接，微控制器对IO管脚进行扫描，确定面板上有键按下并判断按键键值。微控制器将输入的键值转化为实际的输出电压类型及电压值显示在LED数码管上，同吋，将电压输出类型及输出电压值通过异步串行通信接ロ发送给电压输出主板的微控制器，以控制电压输出或者控制学生机输出。电压输出主板由微控制器、电磁继电器、交流变压器、场效应管、电流传感器及直流稳压管组成。主板微控制器与面板微控制器通过异步串行接ロ相连接。主板微控制器接收面板微控制器发出的电压控制命令，首先判断命令是控制教师机电压输出还是远程设置学生机电压输出。当电压设置命令是远程设置学生机电压输出，教师机则通过另ー异步串行通信接ロ将远程设置的学生机电压类型及电压值发送给特定的学生机组。当电压设置命令是控制教师机自身输出，则判断教师机输出类型井根据设置命令输出相应电压。当教师机需要进行低电压大电流输出时，微控制器通过IO ロ控制电磁继电器导通交流变压器的大电流输入端，输出低电压大电流，同时导通备用的“ IV”交流变压器绕组，进行电压补偿从而保证输出总电压稳定。电源输出端均与微控制器的一个模数转化接ロ相连，微控制器通过检测该模数转换接ロ的采样值是否超过相应输出的最大电流输出门限值，当输出电流超出门限值后，微控制器会切断相应的输出，达到数字化检测的过流保护功能。同时，过流保护后，主板微处理器会向面板微处理器发送复位输出指令，将面板当前的输出显示值复位。刷卡控制由微处理器、LED数码管显示、电磁继电器及RFID读卡模块组成。微控制器通过IO管脚与LED数码管相连接，通过异步串行接ロ与RFID读卡模块相连接。当没有RFID卡刷卡开机时，微控制器控制LED数码管重复闪烁“000”以提示使用者刷卡开机。当写有授权及合法运行时间的RFID卡刷卡吋，RFID读卡模块会读取授权信息进行身份核实，核实通过后读取合法的运行时间。当合法运行时间读取完后，微控制器控制LED数码管显示剰余可运行时间，同时微控制器会控制电磁继电器导通教师机220V供电，授权教师机通
电开机。当剰余可运行时间倒数完毕后，微控制器会自动切断教师机220V供电。图2为本实用新型学生机硬件示意图，学生机由数控面板和电压输出主板组成。具有精度为2V的2-30V交流电压输出、精度为0. IV的I. 5-30V直流电压输出、过流保护及受控输出等功能。学生机能够独立控制输出，也能够接受教师机命令受控输出，教师机设置命令为高权限指令，当学生机接收到教师机设置命令后会自动切换为受控输出状态，当教师机解除控制锁定后又能恢复独立控制输出。
权利要求1.学生安全数控电源系统，其特征在于包括学生安全数控电源教师机与学生机，所述教师机由数控面板、电压输出主板及刷卡控制器组成，所述学生机由数控面板和电压输出主板组成；电压输出主板包括微控制器、电磁继电器、交流变压器、场效应管、电流传感器及直流稳压管；教师机与学生机的输出端均装有电流传感器，电流传感器通过模数转换接ロ与微控制器连接。
2.根据权利要求I所述的学生安全数控电源系统，其特征在于教师机与学生机电压输出主板上的交流变压器均备有ー个输送“IV”电压的绕组。
专利摘要本实用新型涉及一套集中控制式学生安全数控电源系统。本实用新型包括学生安全数控电源教师机和学生安全数控电源学生机。其中学生安全数控电源教师机具有过流保护、刷卡开机、教师机电源输出以及控制学生机电源输出等功能；学生安全数控电源学生机具有过流保护、独立电源输出以及受控电源输出等功能。一套集中控制式学生安全数控电源系统由一台学生安全数控电源教师机和若干台学生机组成，教师机与学生机之间通过网线联接通信，教师机能够控制自身的电压及电流输出同时能够控制并锁定学生机的交直流电压输出。
文档编号G09B23/18GK202404805SQ20112022026
公开日2012年8月29日 申请日期2011年6月27日 优先权日2011年6月27日
发明者刘传斌, 唐卫华, 孟稚平, 张楚广, 王浩 申请人:武汉科贝科技有限公司
技术领域：
本实用新型涉及ー种集中控制式学生安全数控电源系统
背景技术：
中学物理实验特别是电学实验时，需要使用可以精确控制输出并且拥有多种电压及电流输出类型的学生电源。同时，为了保证学生的人身安全及学校财产安全，学生电源系统应该具有过流保护、教师机控制各分立电源的功能。目前，实验室普遍配备的都是旋钮调压、指针指示电压的老式学生电源，这些学生电源存在电压输入不便捷、指示不直观、没有集中控制式管理功能等问题，在实验过程中容易引入人为误差且存在一定的安全隐患
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供ー种集中控制式学生安全数控电源系统。其中教师机电源和学生机电源可以分别独立提供交、直流电压输出并具有过流保护功能；同时可以通过教师机统ー控制学生机电压输出类型及电压值。本实用新型提供的技术方案是ー种集中控制式学生安全数控电源系统。其特征在于包括学生数控电源教师机与学生机，其中教师机具有过流保护、漏电保护、刷卡开机、教师机电源输出以及控制学生机电源输出等功能；学生机具有过流保护、独立电源输出以及受控电源输出等功能。ー套集中控制式学生安全数控电源系统由一台学生安全数控电源教师机和若干台学生机组成，教师机与学生机之间通过网线联接通信，教师机能够控制自身的电压及电流输出同时能够控制并锁定学生机的交直流电压输出。所述教师机由数控面板、电压输出主板及刷卡控制器组成，电压输出主板包括微控制器、电磁继电器、交流变压器、场效应管、电流传感器及直流稳压管等；所述学生机由数控面板和电压输出主板组成。按上述方案，所述数控面板采用按键式输入，LED数码管指示电压。按上述方案，所述教师机与学生机电压输出主板均采用交流变压器分4个绕组分别输送“2V”、“4V”、“8V”和“ 16V”四个不同的交流电压等级到4个独立的电磁继电器，通过微控制器控制与交流变压器绕组相连的电磁继电器导通与关闭，以输出合适的交流电压。通过控制不同的电压组合即可输出2-30V精确度为2V的交流电压；当输出类型为直流电压时，微控制器与场效应管相连的PWM管脚进入工作状态，通过PWM波的占空比控制场效应管的导通及截止时间比例，作为开关电源输出设定的直流电压值。并且直流电压输出端与微处理器的模数转换接ロ相连，微处理器通过转换后的数字电压值判断当前输出的准确性，并通过PID算法动态调整PWM波的占空比进而调整直流电压输出，形成闭环控制，使得输出直流电压快速精确的稳定到设置的电压值。按上述方案，所述的教师机与学生机电压输出主板上的交流变压器均备有ー个输
送“IV”电压的绕组，在低电压大电流输出时，通过电磁继电器控制其导通可以进行电压补m
\-ZX o按上述方案，所述教师机与学生机的输出端均装有电流传感器，能够准确检测当前工作电流。电流传感器通过模数转换接ロ与微控制器连接，当微控制器检测到电流的采样值超过相应输出的最大电流输出门限值后，微控制器会切断相应的输出，同时，主板微处理器会向面板微处理器发送复位输出指令，将面板当前的输出显示值复位，达到数字化检测的过流保护功能。本实用新型的有益效果为I.本实用新型采用按键式电压设置输入及LED数码管显示，电压设定值输入便捷，指示直观，采用电压数字控制模式避免了传统旋钮式调节学生电源可能导入的误差；2.本实用新型具有集中控制功能，教师机与各台学生机均可独立进行电压设置与输出，同时教师机可以远程设置并锁定学生机电压输出，实现对各分立学生机组的集中控制； 3.本实用新型教师机具有大电流输出功能，能提供最大40A的电流输出同时保持工作电压不变；4.本实用新型采用电流传感器进行电流检测，电流检测精度高，通过与微控制器配合使用，可以准确判断电压采样值是否超出当前输出状态下的最大电流输出门限，实现在不同输出级别下的智能过流保护功能。
图I学生安全数控电源教师机面板示意图图2学生安全数控电源学生机面板示意图图3学生安全数控电源教师机硬件示意图图4学生安全数控电源学生机硬件示意图图5学生安全数控电源教师机软件流程图图6学生安全数控电源学生机软件流程图
具体实施方式
图I为本实用新型教师机硬件示意图，教师机由数控面板、电压输出主板及刷卡控制器三部分组成，具有精度为2V的2-30V交流电压输出、精度为0. IV的I. 5-30V直流电压输出、40A大电流输出、学生机电压输出远程设置、学生机电压输出锁定、过流保护及刷卡开机等功能。其中数控面板由数字键盘、LED数字显示及微控制器组成。数字键盘与微控制器的IO管脚连接，微控制器对IO管脚进行扫描，确定面板上有键按下并判断按键键值。微控制器将输入的键值转化为实际的输出电压类型及电压值显示在LED数码管上，同吋，将电压输出类型及输出电压值通过异步串行通信接ロ发送给电压输出主板的微控制器，以控制电压输出或者控制学生机输出。电压输出主板由微控制器、电磁继电器、交流变压器、场效应管、电流传感器及直流稳压管组成。主板微控制器与面板微控制器通过异步串行接ロ相连接。主板微控制器接收面板微控制器发出的电压控制命令，首先判断命令是控制教师机电压输出还是远程设置学生机电压输出。当电压设置命令是远程设置学生机电压输出，教师机则通过另ー异步串行通信接ロ将远程设置的学生机电压类型及电压值发送给特定的学生机组。当电压设置命令是控制教师机自身输出，则判断教师机输出类型井根据设置命令输出相应电压。当教师机需要进行低电压大电流输出时，微控制器通过IO ロ控制电磁继电器导通交流变压器的大电流输入端，输出低电压大电流，同时导通备用的“ IV”交流变压器绕组，进行电压补偿从而保证输出总电压稳定。电源输出端均与微控制器的一个模数转化接ロ相连，微控制器通过检测该模数转换接ロ的采样值是否超过相应输出的最大电流输出门限值，当输出电流超出门限值后，微控制器会切断相应的输出，达到数字化检测的过流保护功能。同时，过流保护后，主板微处理器会向面板微处理器发送复位输出指令，将面板当前的输出显示值复位。刷卡控制由微处理器、LED数码管显示、电磁继电器及RFID读卡模块组成。微控制器通过IO管脚与LED数码管相连接，通过异步串行接ロ与RFID读卡模块相连接。当没有RFID卡刷卡开机时，微控制器控制LED数码管重复闪烁“000”以提示使用者刷卡开机。当写有授权及合法运行时间的RFID卡刷卡吋，RFID读卡模块会读取授权信息进行身份核实，核实通过后读取合法的运行时间。当合法运行时间读取完后，微控制器控制LED数码管显示剰余可运行时间，同时微控制器会控制电磁继电器导通教师机220V供电，授权教师机通
电开机。当剰余可运行时间倒数完毕后，微控制器会自动切断教师机220V供电。图2为本实用新型学生机硬件示意图，学生机由数控面板和电压输出主板组成。具有精度为2V的2-30V交流电压输出、精度为0. IV的I. 5-30V直流电压输出、过流保护及受控输出等功能。学生机能够独立控制输出，也能够接受教师机命令受控输出，教师机设置命令为高权限指令，当学生机接收到教师机设置命令后会自动切换为受控输出状态，当教师机解除控制锁定后又能恢复独立控制输出。
权利要求1.学生安全数控电源系统，其特征在于包括学生安全数控电源教师机与学生机，所述教师机由数控面板、电压输出主板及刷卡控制器组成，所述学生机由数控面板和电压输出主板组成；电压输出主板包括微控制器、电磁继电器、交流变压器、场效应管、电流传感器及直流稳压管；教师机与学生机的输出端均装有电流传感器，电流传感器通过模数转换接ロ与微控制器连接。
2.根据权利要求I所述的学生安全数控电源系统，其特征在于教师机与学生机电压输出主板上的交流变压器均备有ー个输送“IV”电压的绕组。
专利摘要本实用新型涉及一套集中控制式学生安全数控电源系统。本实用新型包括学生安全数控电源教师机和学生安全数控电源学生机。其中学生安全数控电源教师机具有过流保护、刷卡开机、教师机电源输出以及控制学生机电源输出等功能；学生安全数控电源学生机具有过流保护、独立电源输出以及受控电源输出等功能。一套集中控制式学生安全数控电源系统由一台学生安全数控电源教师机和若干台学生机组成，教师机与学生机之间通过网线联接通信，教师机能够控制自身的电压及电流输出同时能够控制并锁定学生机的交直流电压输出。
文档编号G09B23/18GK202404805SQ20112022026
公开日2012年8月29日 申请日期2011年6月27日 优先权日2011年6月27日
发明者刘传斌, 唐卫华, 孟稚平, 张楚广, 王浩 申请人:武汉科贝科技有限公司
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