專利名稱：具有重組功能的機電一體化綜合教學實驗平臺的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機電一體化平臺，具體說涉及一種具有重組功能的機電一體 化綜合教學實驗平臺，供國內高等院校以及高職高專進行機電一體化綜合教學實驗。
背景技術：
由機械工程技術、微電子技術、傳感器技術、嵌入式實時控制技術、計算機及通訊 技術等多種技術融合而成的機電一體化技術，在當今社會中得到極為廣泛應用，并迅猛地 向前發(fā)展，已經(jīng)成為當今工業(yè)自動化重要組成部分。鑒于此，培養(yǎng)適應現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)需求， 具有機電一體化綜合技術能力的人才勢在必行。為滿足培養(yǎng)機電一體化綜合技術人才要求，國內許多高校都紛紛構建“機電一體 化綜合實驗系統(tǒng)”。目前所構建的綜合實驗系統(tǒng)存在如下不足為確保實驗平臺的先進性 和綜合性，購買國外先進的實驗平臺，需要一次投入大量資金，如購買德國FESTO公司的 MPS-模塊化生產(chǎn)加工系統(tǒng)，作為新的“機電一體化系統(tǒng)設計與綜合實驗”平臺需幾十萬元人 民幣，這對大多數(shù)高校而言難以承受；技術含量高，建設難度比較大，對參與項目人員素質 要求高，存在一定風險；對與資金投入較少的綜合實驗平臺能夠完成的實驗少，且達不到綜 合實驗水平要求，學生在機械、硬件上動手、軟件上編程的機會少。
發(fā)明內容本實用新型的提出，旨在解決目前機電一體化實驗平臺一次性投入大，技術含量 高，建設難度比較大等問題。本實用新型提供了一種具有重組功能的機電一體化綜合教學 實驗平臺。目的是在資金投入少的情況下，構建具有功能可重組、模塊化的機電一體化綜合 實驗平臺，能夠完成實驗內容豐富，綜合性強，具有先進性，技術含量高的綜合實驗。學生除 了可以做原教學實驗箱的功能模塊上的所有實驗外，還可以靈活重組不同功能模塊，完成 多個綜合性或創(chuàng)新性教學實驗。本實用新型提供的技術方案概述如下一種具有重組功能的機電一體化綜合教學實驗平臺，它包括至少四個功能模塊 機械平臺、ARM嵌入式教學實驗箱、DSP教學實驗箱、EDA綜合教學實驗箱；所述功能模塊相 互獨立；通過所述EDA綜合教學實驗箱、總線擴展接口實現(xiàn)所述不同功能模塊之間相互連 接，重新組合構成具有新功能的綜合教學實驗平臺。所述EDA綜合教學實驗箱包括FPGA模塊、數(shù)模轉換模塊、輸入輸出接口模塊；所述 FPGA模塊至少由第一 FPGA和第二 FPGA組成，所述第一 FPGA和第二 FPGA之間通過信號線 連接；所述輸入輸出接口模塊由數(shù)字量輸入輸出、脈沖輸出、2個各2路16bit高速數(shù)模轉 換接口、光柵尺接口、編碼器接口、下載接口、電源接口、總線擴展接口組成。所述ARM嵌入式教學實驗箱和DSP教學實驗箱中都包括總線擴展接口。所述ARM嵌入式教學實驗箱與DSP教學實驗箱分別通過各自實驗箱上的總線擴展 接口與EDA綜合教學實驗箱中對應的總線擴展接口連接；所述ARM嵌入式教學實驗箱、DSP教學實驗箱、EDA綜合教學實驗箱組合構成運動控制器綜合教學實驗平臺。所述EDA綜合教學實驗箱通過輸入輸出接口與機械平臺相連接；所述EDA綜合教 學實驗箱與機械平臺組合構成新的綜合教學實驗平臺。所述EDA綜合教學實驗箱通過輸入輸出接口與機械平臺相連接，所述DSP教學實 驗箱通過總線擴展接口與EDA綜合教學實驗箱相連接；所述機械平臺、DSP教學實驗箱、EDA 綜合教學實驗箱組合構成具有位置閉環(huán)或半閉環(huán)的高精度運動控制系統(tǒng)綜合教學實驗平臺。所述EDA綜合教學實驗箱通過輸入輸出接口與機械平臺相連接，所述ARM嵌入式 教學實驗箱與DSP教學實驗箱分別通過各自實驗箱上的總線擴展接口與EDA綜合教學實 驗箱中對應的總線擴展接口連接；所述機械平臺、ARM嵌入式教學實驗箱、DSP教學實驗箱、 EDA綜合教學實驗箱組合構成具有多處理器的高性能運動控制系統(tǒng)綜合教學實驗平臺。本實用新型具有在投入較少資金的情況下，可以構建技術含量高，實驗內容豐富， 綜合性強，具有功能可重組、模塊化的機電一體化組合實驗平臺的特點。根據(jù)功能將機電一 體化綜合教學實驗平臺至少劃分為四個功能模塊機械平臺、ARM嵌入式教學實驗箱、DSP 教學實驗箱、EDA綜合教學實驗箱；這些功能模塊相互獨立，能各自獨立進行各自模塊的教 學實驗項目。還可以通過開發(fā)的EDA綜合教學實驗箱、總線擴展接口將不同功能模塊相互 連接，重新組合構成具有新功能的綜合教學實驗平臺。

圖1為具有重組功能的機電一體化綜合教學實驗平臺示意圖；具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。本實用新型具有重組功能的機電一體化綜合教學實驗平臺結構如圖1所示，它包 括至少四個功能模塊機械平臺、ARM嵌入式教學實驗箱、DSP教學實驗箱、EDA綜合教學實 驗箱；所述功能模塊相互獨立；通過EDA綜合教學實驗箱、總線擴展接口實現(xiàn)所述不同功能 模塊之間相互連接，重新組合構成具有新功能的綜合教學實驗平臺。機械平臺主要包括滾珠絲杠1、光柵尺2、雙薄片齒輪3、交流伺服或步進電機4、交 流伺服或步進電機相應的驅動器、編碼器5、限位開關6、限位開關7、接近開關8。EDA綜合教學實驗箱包括FPGA模塊、數(shù)模轉換模塊、輸入輸出接口模塊；FPGA模塊 至少由第一 FPGA和第二 FPGA組成，所述第一 FPGA和第二 FPGA之間通過信號線連接；所述 輸入輸出接口模塊由數(shù)字量輸入輸出(DI/D0)、脈沖輸出、2個各2路16bit高速數(shù)模轉換 (16bit DAC)接口、光柵尺接口、編碼器接口、下載接口、電源接口、總線擴展接口組成。EDA 綜合教學實驗箱中的電源接口給實驗箱供電；通過EDA綜合教學實驗箱中的下載接口下載 硬件描述語言編寫的程序實現(xiàn)不同功能，第一FPGA實現(xiàn)雙端口 RAM功能，第二 FPGA實現(xiàn)對 機械平臺的運動位置、速度信號采集、處理和控制功能。ARM嵌入式教學實驗箱和DSP教學實驗箱中都包括總線擴展接口。DSP教學實驗 箱通過仿真器與PC機連接，通過仿真器將編寫好的程序下載到DSP教學實驗箱中。DSP教 學實驗箱的組成、功能和能夠進行的教學實驗項目由所購買產(chǎn)品決定，如ICETEK-M812或F28335教學實驗箱。ARM嵌入式教學實驗箱中的組成、功能和能夠進行的教學實驗項目由 所購買產(chǎn)品決定，如Magic ARM2410教學實驗箱。不同功能模塊通過EDA綜合教學實驗箱、總線擴展接口實現(xiàn)相互連接，重新組合 構成具有新功能的綜合教學實驗平臺，重組可構成以下的綜合教學實驗平臺(I)ARM嵌入式教學實驗箱與DSP教學實驗箱分別通過各自實驗箱上的總線擴展 接口與EDA綜合教學實驗箱中對應的總線擴展接口連接，利用EDA綜合教學實驗箱中第一 FPGA的雙端口 RAM功能，實現(xiàn)ARM嵌入式教學實驗箱與DSP教學實驗箱之間的信息交互； ARM嵌入式教學實驗箱作為綜合教學實驗平臺上位機，DSP教學實驗箱作為底層運動控制 單元；ARM嵌入式教學實驗箱、DSP教學實驗箱、EDA綜合教學實驗箱組合構成運動控制器綜 合教學實驗平臺。(2)機械平臺中的限位開關、接近開關分別與EDA綜合教學實驗箱中的DI/D0連 接；機械平臺中的編碼器信號和光柵尺信號通過EDA綜合教學實驗箱中的編碼器接口、光 柵尺接口分別輸入到第二 FPGA ；若機械平臺采用交流伺服電機，則交流伺服電機驅動器與 EDA綜合教學實驗箱中的16bit DAC接口連接；若機械平臺采用步進電機，則步進電機驅動 器與EDA綜合教學實驗箱中的脈沖輸出連接；利用EDA綜合教學實驗箱中第二 FPGA實現(xiàn)對 機械平臺的位置、速度信號的采集、處理和控制；EDA綜合教學實驗箱與機械平臺組合構成 新的綜合教學實驗平臺。(3)EDA綜合教學實驗箱通過輸入輸出接口與機械平臺相連接，DSP教學實驗箱通 過總線擴展接口與EDA綜合教學實驗箱相中對應的總線擴展接口相連接；機械平臺、DSP教 學實驗箱、EDA綜合教學實驗箱組合構成具有位置閉環(huán)或半閉環(huán)的高精度運動控制系統(tǒng)綜 合教學實驗平臺。G)EDA綜合教學實驗箱通過輸入輸出接口與機械平臺相連接，ARM嵌入式教學實 驗箱與DSP教學實驗箱分別通過各自實驗箱上的總線擴展接口與EDA綜合教學實驗箱中對 應的總線擴展接口連接；機械平臺、ARM嵌入式教學實驗箱、DSP教學實驗箱、EDA綜合教學 實驗箱組合構成具有多處理器的高性能運動控制系統(tǒng)綜合教學實驗平臺。在此說明書中，應當指出，以上實施例僅是本實用新型較有代表性的例子。顯然， 本實用新型不局限于上述具體實施例，還可以做出各種修改、變換和變形。因此，說明書和 附圖應被認為是說明性的而非限制性的。凡是依據(jù)本實用新型的技術實質對以上實施例所 作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均應認為屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種具有重組功能的機電一體化綜合教學實驗平臺，其特征在于它包括至少四個 功能模塊機械平臺、ARM嵌入式教學實驗箱、DSP教學實驗箱、EDA綜合教學實驗箱；所述 功能模塊相互獨立；通過所述EDA綜合教學實驗箱、總線擴展接口實現(xiàn)所述不同功能模塊 之間相互連接，重新組合構成具有新功能的綜合教學實驗平臺。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有重組功能的機電一體化綜合教學實驗平臺，其特征在 于所述EDA綜合教學實驗箱包括FPGA模塊、數(shù)模轉換模塊、輸入輸出接口模塊；所述FPGA 模塊至少由第一 FPGA和第二 FPGA組成，所述第一 FPGA和第二 FPGA之間通過信號線連接； 所述輸入輸出接口模塊由數(shù)字量輸入輸出、脈沖輸出、2個各2路16bit高速數(shù)模轉換接口、 光柵尺接口、編碼器接口、下載接口、電源接口、總線擴展接口組成。
3.根據(jù)權利要求1所述的具有重組功能的機電一體化綜合教學實驗平臺，其特征在 于所述ARM嵌入式教學實驗箱和DSP教學實驗箱中都包括總線擴展接口。
4.根據(jù)權利要求1所述的具有重組功能的機電一體化綜合教學實驗平臺，其特征在 于所述ARM嵌入式教學實驗箱與DSP教學實驗箱分別通過各自實驗箱上的總線擴展接口 與EDA綜合教學實驗箱中對應的總線擴展接口連接；所述ARM嵌入式教學實驗箱、DSP教學 實驗箱、EDA綜合教學實驗箱組合構成運動控制器綜合教學實驗平臺。
5.根據(jù)權利要求1所述的具有重組功能的機電一體化綜合教學實驗平臺，其特征在 于所述EDA綜合教學實驗箱通過輸入輸出接口與機械平臺相連接；所述EDA綜合教學實 驗箱與機械平臺組合構成新的綜合教學實驗平臺。
6.根據(jù)權利要求1所述的具有重組功能的機電一體化綜合教學實驗平臺，其特征在 于所述EDA綜合教學實驗箱通過輸入輸出接口與機械平臺相連接，所述DSP教學實驗箱通 過總線擴展接口與EDA綜合教學實驗箱相連接；所述機械平臺、DSP教學實驗箱、EDA綜合 教學實驗箱組合構成具有位置閉環(huán)或半閉環(huán)的高精度運動控制系統(tǒng)綜合教學實驗平臺。
7.根據(jù)權利要求1所述的具有重組功能的機電一體化綜合教學實驗平臺，其特征在 于所述EDA綜合教學實驗箱通過輸入輸出接口與機械平臺相連接，所述ARM嵌入式教學實 驗箱與DSP教學實驗箱分別通過各自實驗箱上的總線擴展接口與EDA綜合教學實驗箱中對 應的總線擴展接口連接；所述機械平臺、ARM嵌入式教學實驗箱、DSP教學實驗箱、EDA綜合 教學實驗箱組合構成具有多處理器的高性能運動控制系統(tǒng)綜合教學實驗平臺。
專利摘要本實用新型公開了一種具有重組功能的機電一體化綜合教學實驗平臺，其特征在于，它包括至少四個功能模塊機械平臺、ARM嵌入式教學實驗箱、DSP教學實驗箱、EDA綜合教學實驗箱，所述功能模塊相互獨立。EDA綜合教學實驗箱中包括FPGA模塊、數(shù)模轉換模塊和輸入輸出接口模塊；ARM嵌入式教學實驗箱、DSP教學實驗箱中都包括總線擴展接口；通過EDA綜合教學實驗箱、總線擴展接口實現(xiàn)不同功能模塊之間相互連接，重新組合構成具有新功能的綜合教學實驗平臺。本實用新型在資金投入少的情況下，構建功能模塊化、可重組的機電一體化綜合教學實驗平臺，通過靈活重組完成多個綜合性或創(chuàng)新性教學實驗，并保持原教學實驗箱的所有教學實驗。
文檔編號G09B9/00GK201918045SQ20102029827
公開日2011年8月3日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權日2010年8月20日
發(fā)明者孫紅濤, 廖小平, 潘海鴻, 秦鋼年, 蒙艷玫, 譚華卿, 陳琳 申請人:廣西大學