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(lián)網(wǎng)的溫控模擬實驗箱裝置。

背景技術(shù)：

目前，物聯(lián)網(wǎng)的概念已經(jīng)被提及多年，但一直沒有為大眾所熟悉，近兩年，移動互聯(lián)網(wǎng)與智能硬件的結(jié)合發(fā)展，慢慢地拉開了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的序幕。作為國家倡導(dǎo)的新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)備受各界重視，并成為就業(yè)前景廣闊的熱門領(lǐng)域，使得物聯(lián)網(wǎng)成為各家高校爭相申請的一個新專業(yè)。教育部審批設(shè)置的高等學(xué)校戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)本科專業(yè)中有“物聯(lián)網(wǎng)工程”、“傳感網(wǎng)技術(shù)”和“智能電網(wǎng)信息工程”三個與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)的專業(yè)，此三個專業(yè)從2011年才開始首次招生。我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的十年目標(biāo)是把我國初步建成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新國家。教育部工信部授權(quán)理工科高校開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)課程，為學(xué)生傳授物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程，但凸顯劣勢的是，師資相對缺乏，教學(xué)設(shè)備也不夠齊全。

現(xiàn)今市場上的一些物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)實驗箱，利用傳感器對環(huán)境信息進行監(jiān)測時，只能夠讀取環(huán)境參數(shù)，而不能實現(xiàn)自動控制環(huán)境的變化情況。而且不能實現(xiàn)與智能終端如手機、電腦等連接，應(yīng)用場景與范圍不夠廣泛。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)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(shù)方案來實現(xiàn)：

一種基于物聯(lián)網(wǎng)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(diào)節(jié)單元、顯示單元和數(shù)據(jù)傳輸單元，所述的數(shù)據(jù)傳輸單元包括用于與監(jiān)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(diào)節(jié)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(guān)電源、調(diào)壓電路和電熱板，所述的24V開關(guān)電源通過調(diào)壓電路連接電熱板。

所述的調(diào)壓電路包括數(shù)字控制可變電阻芯片AD8400、穩(wěn)壓芯片LM2596和反饋網(wǎng)絡(luò)，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(wǎng)絡(luò)，所述的穩(wěn)壓芯片LM2596輸入端連接24V開關(guān)電源，穩(wěn)壓芯片LM2596輸出端連接反饋網(wǎng)絡(luò)輸入端，反饋網(wǎng)絡(luò)輸出端連接穩(wěn)壓芯片LM2596反饋端，進而形成反饋電路，穩(wěn)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(guān)系：

其中，V_REF為穩(wěn)壓芯片LM2596內(nèi)部參考電壓。

所述的降溫模塊包括電風(fēng)扇和直流驅(qū)動電機，所述的控制單元通過直流驅(qū)動電機連接所述的電風(fēng)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(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點：

(1)設(shè)置的溫度檢測單元、溫度調(diào)節(jié)單元和溫度控制單元不僅能夠?qū)崿F(xiàn)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(shè)置RS485通信模塊可以實現(xiàn)監(jiān)控終端的實時聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，設(shè)置的無線通信模塊能夠?qū)崿F(xiàn)移動終端的查看，形式多樣，方便監(jiān)控人員進行監(jiān)控；

(3)通過調(diào)壓電路輸出不同電壓的值，從而通過調(diào)壓開關(guān)電源的輸出電壓不同來控制電熱板的發(fā)出的熱量，調(diào)節(jié)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(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實用新型數(shù)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(wǎng)絡(luò)的電路原理圖。

圖中，1為控制單元，2為溫度傳感器，3為調(diào)壓電路，4為24V開關(guān)電源，5為電熱板，6為電風(fēng)扇，7為直流驅(qū)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(jiān)控終端。

具體實施方式

下面結(jié)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(lián)網(wǎng)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(diào)節(jié)單元、顯示單元和數(shù)據(jù)傳輸單元，數(shù)據(jù)傳輸單元包括用于與監(jiān)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(huán)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(huán)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(xiàn)溫度的實時監(jiān)控，另外采用RS485通信模塊11實現(xiàn)控制單元1和監(jiān)控終端12的有線通信，監(jiān)控終端12為PC機，在PC機上利用labview軟件設(shè)計上位機監(jiān)測界面，從而實現(xiàn)溫度的有效監(jiān)控，采用有線通信的方式能夠?qū)崿F(xiàn)一臺監(jiān)控終端12同時監(jiān)控多個試驗箱裝置，從而對不同空間的環(huán)境溫度進行監(jiān)控。

溫度調(diào)節(jié)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(dāng)控制單元1監(jiān)控到溫度低于設(shè)定值時，通過升溫模塊進行升溫，當(dāng)控制單元1監(jiān)控到溫度高于設(shè)定值時，通過降溫模塊進行降溫。

其中，升溫模塊包括24V開關(guān)電源4、調(diào)壓電路3和電熱板5，所述的24V開關(guān)電源4通過調(diào)壓電路3連接電熱板5。

調(diào)壓電路3包括數(shù)字控制可變電阻芯片AD8400、穩(wěn)壓芯片LM2596和反饋網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字控制可變電阻芯片AD8400組成數(shù)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(shù)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(shù)字信號對應(yīng)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(shù)字信號的變化來調(diào)節(jié)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(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)壓芯片LM2596輸入端連接24V開關(guān)電源4，穩(wěn)壓芯片LM2596輸出端連接反饋網(wǎng)絡(luò)輸入端，反饋網(wǎng)絡(luò)輸出端連接穩(wěn)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(lián)連接24V開關(guān)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)為由4級運算放大器組成的反饋網(wǎng)絡(luò)，通過兩個LM358實現(xiàn)，穩(wěn)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，F(xiàn)B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(wěn)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(guān)系：

其中，V_REF為穩(wěn)壓芯片LM2596內(nèi)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(wǎng)絡(luò)將輸出端OUT反饋到穩(wěn)壓芯片LM2596的FB端，F(xiàn)B端電壓與內(nèi)部參考電壓V_REF比較，就可以改變調(diào)壓輸出端的電壓。通過采集不同的STM32F103ZET6處理器發(fā)出的信號與輸出電壓值，得到它們的函數(shù)關(guān)系，就可以實現(xiàn)準(zhǔn)確的電壓可調(diào)。通過實驗得到STM32F103ZET6處理器發(fā)出的數(shù)字信號0～255與對應(yīng)的穩(wěn)壓芯片LM2596輸出端電壓V_OUT的對應(yīng)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(shù)字信號，y為穩(wěn)壓芯片LM2596輸出端電壓V_OUT的值。

利用調(diào)壓電路3來調(diào)節(jié)電壓的輸出值，來實現(xiàn)調(diào)節(jié)電熱板5的發(fā)熱量，而STM32F103ZET6處理器通過溫度傳感器2采集到環(huán)境的溫度信息，將采集到的溫度信息作為反饋量，將設(shè)定的溫度值作為輸入量，實現(xiàn)閉環(huán)控制，利用PID控制算法，計算出輸出量，來設(shè)定調(diào)壓電路3的輸出量，從而實現(xiàn)溫度自動控制系統(tǒng)。

降溫模塊包括電風(fēng)扇6和直流驅(qū)動電機7，控制單元1通過直流驅(qū)動電機7連接電風(fēng)扇6，當(dāng)溫度高于設(shè)定的值時，通過控制單元1控制直流驅(qū)動電機7，進而直流驅(qū)動電機7驅(qū)動風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)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(dāng)溫度傳感器2檢測到的環(huán)境溫度值超過控制單元1設(shè)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(xiàn)警報的功能。