专利名称：具有重组功能的机电一体化综合教学实验平台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机电一体化平台，具体说涉及一种具有重组功能的机电一体 化综合教学实验平台，供国内高等院校以及高职高专进行机电一体化综合教学实验。
背景技术：
由机械工程技术、微电子技术、传感器技术、嵌入式实时控制技术、计算机及通讯 技术等多种技术融合而成的机电一体化技术，在当今社会中得到极为广泛应用，并迅猛地 向前发展，已经成为当今工业自动化重要组成部分。鉴于此，培养适应现代工业企业需求， 具有机电一体化综合技术能力的人才势在必行。为满足培养机电一体化综合技术人才要求，国内许多高校都纷纷构建“机电一体 化综合实验系统”。目前所构建的综合实验系统存在如下不足为确保实验平台的先进性 和综合性，购买国外先进的实验平台，需要一次投入大量资金，如购买德国FESTO公司的 MPS-模块化生产加工系统，作为新的“机电一体化系统设计与综合实验”平台需几十万元人 民币，这对大多数高校而言难以承受；技术含量高，建设难度比较大，对参与项目人员素质 要求高，存在一定风险；对与资金投入较少的综合实验平台能够完成的实验少，且达不到综 合实验水平要求，学生在机械、硬件上动手、软件上编程的机会少。
发明内容本实用新型的提出，旨在解决目前机电一体化实验平台一次性投入大，技术含量 高，建设难度比较大等问题。本实用新型提供了一种具有重组功能的机电一体化综合教学 实验平台。目的是在资金投入少的情况下，构建具有功能可重组、模块化的机电一体化综合 实验平台，能够完成实验内容丰富，综合性强，具有先进性，技术含量高的综合实验。学生除 了可以做原教学实验箱的功能模块上的所有实验外，还可以灵活重组不同功能模块，完成 多个综合性或创新性教学实验。本实用新型提供的技术方案概述如下一种具有重组功能的机电一体化综合教学实验平台，它包括至少四个功能模块 机械平台、ARM嵌入式教学实验箱、DSP教学实验箱、EDA综合教学实验箱；所述功能模块相 互独立；通过所述EDA综合教学实验箱、总线扩展接口实现所述不同功能模块之间相互连 接，重新组合构成具有新功能的综合教学实验平台。所述EDA综合教学实验箱包括FPGA模块、数模转换模块、输入输出接口模块；所述 FPGA模块至少由第一 FPGA和第二 FPGA组成，所述第一 FPGA和第二 FPGA之间通过信号线 连接；所述输入输出接口模块由数字量输入输出、脉冲输出、2个各2路16bit高速数模转 换接口、光栅尺接口、编码器接口、下载接口、电源接口、总线扩展接口组成。所述ARM嵌入式教学实验箱和DSP教学实验箱中都包括总线扩展接口。所述ARM嵌入式教学实验箱与DSP教学实验箱分别通过各自实验箱上的总线扩展 接口与EDA综合教学实验箱中对应的总线扩展接口连接；所述ARM嵌入式教学实验箱、DSP教学实验箱、EDA综合教学实验箱组合构成运动控制器综合教学实验平台。所述EDA综合教学实验箱通过输入输出接口与机械平台相连接；所述EDA综合教 学实验箱与机械平台组合构成新的综合教学实验平台。所述EDA综合教学实验箱通过输入输出接口与机械平台相连接，所述DSP教学实 验箱通过总线扩展接口与EDA综合教学实验箱相连接；所述机械平台、DSP教学实验箱、EDA 综合教学实验箱组合构成具有位置闭环或半闭环的高精度运动控制系统综合教学实验平台。所述EDA综合教学实验箱通过输入输出接口与机械平台相连接，所述ARM嵌入式 教学实验箱与DSP教学实验箱分别通过各自实验箱上的总线扩展接口与EDA综合教学实 验箱中对应的总线扩展接口连接；所述机械平台、ARM嵌入式教学实验箱、DSP教学实验箱、 EDA综合教学实验箱组合构成具有多处理器的高性能运动控制系统综合教学实验平台。本实用新型具有在投入较少资金的情况下，可以构建技术含量高，实验内容丰富， 综合性强，具有功能可重组、模块化的机电一体化组合实验平台的特点。根据功能将机电一 体化综合教学实验平台至少划分为四个功能模块机械平台、ARM嵌入式教学实验箱、DSP 教学实验箱、EDA综合教学实验箱；这些功能模块相互独立，能各自独立进行各自模块的教 学实验项目。还可以通过开发的EDA综合教学实验箱、总线扩展接口将不同功能模块相互 连接，重新组合构成具有新功能的综合教学实验平台。
图1为具有重组功能的机电一体化综合教学实验平台示意图；具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。本实用新型具有重组功能的机电一体化综合教学实验平台结构如图1所示，它包 括至少四个功能模块机械平台、ARM嵌入式教学实验箱、DSP教学实验箱、EDA综合教学实 验箱；所述功能模块相互独立；通过EDA综合教学实验箱、总线扩展接口实现所述不同功能 模块之间相互连接，重新组合构成具有新功能的综合教学实验平台。机械平台主要包括滚珠丝杠1、光栅尺2、双薄片齿轮3、交流伺服或步进电机4、交 流伺服或步进电机相应的驱动器、编码器5、限位开关6、限位开关7、接近开关8。EDA综合教学实验箱包括FPGA模块、数模转换模块、输入输出接口模块；FPGA模块 至少由第一 FPGA和第二 FPGA组成，所述第一 FPGA和第二 FPGA之间通过信号线连接；所述 输入输出接口模块由数字量输入输出(DI/D0)、脉冲输出、2个各2路16bit高速数模转换 (16bit DAC)接口、光栅尺接口、编码器接口、下载接口、电源接口、总线扩展接口组成。EDA 综合教学实验箱中的电源接口给实验箱供电；通过EDA综合教学实验箱中的下载接口下载 硬件描述语言编写的程序实现不同功能，第一FPGA实现双端口 RAM功能，第二 FPGA实现对 机械平台的运动位置、速度信号采集、处理和控制功能。ARM嵌入式教学实验箱和DSP教学实验箱中都包括总线扩展接口。DSP教学实验 箱通过仿真器与PC机连接，通过仿真器将编写好的程序下载到DSP教学实验箱中。DSP教 学实验箱的组成、功能和能够进行的教学实验项目由所购买产品决定，如ICETEK-M812或F28335教学实验箱。ARM嵌入式教学实验箱中的组成、功能和能够进行的教学实验项目由 所购买产品决定，如Magic ARM2410教学实验箱。不同功能模块通过EDA综合教学实验箱、总线扩展接口实现相互连接，重新组合 构成具有新功能的综合教学实验平台，重组可构成以下的综合教学实验平台(I)ARM嵌入式教学实验箱与DSP教学实验箱分别通过各自实验箱上的总线扩展 接口与EDA综合教学实验箱中对应的总线扩展接口连接，利用EDA综合教学实验箱中第一 FPGA的双端口 RAM功能，实现ARM嵌入式教学实验箱与DSP教学实验箱之间的信息交互； ARM嵌入式教学实验箱作为综合教学实验平台上位机，DSP教学实验箱作为底层运动控制 单元；ARM嵌入式教学实验箱、DSP教学实验箱、EDA综合教学实验箱组合构成运动控制器综 合教学实验平台。(2)机械平台中的限位开关、接近开关分别与EDA综合教学实验箱中的DI/D0连 接；机械平台中的编码器信号和光栅尺信号通过EDA综合教学实验箱中的编码器接口、光 栅尺接口分别输入到第二 FPGA ；若机械平台采用交流伺服电机，则交流伺服电机驱动器与 EDA综合教学实验箱中的16bit DAC接口连接；若机械平台采用步进电机，则步进电机驱动 器与EDA综合教学实验箱中的脉冲输出连接；利用EDA综合教学实验箱中第二 FPGA实现对 机械平台的位置、速度信号的采集、处理和控制；EDA综合教学实验箱与机械平台组合构成 新的综合教学实验平台。(3)EDA综合教学实验箱通过输入输出接口与机械平台相连接，DSP教学实验箱通 过总线扩展接口与EDA综合教学实验箱相中对应的总线扩展接口相连接；机械平台、DSP教 学实验箱、EDA综合教学实验箱组合构成具有位置闭环或半闭环的高精度运动控制系统综 合教学实验平台。G)EDA综合教学实验箱通过输入输出接口与机械平台相连接，ARM嵌入式教学实 验箱与DSP教学实验箱分别通过各自实验箱上的总线扩展接口与EDA综合教学实验箱中对 应的总线扩展接口连接；机械平台、ARM嵌入式教学实验箱、DSP教学实验箱、EDA综合教学 实验箱组合构成具有多处理器的高性能运动控制系统综合教学实验平台。在此说明书中，应当指出，以上实施例仅是本实用新型较有代表性的例子。显然， 本实用新型不局限于上述具体实施例，还可以做出各种修改、变换和变形。因此，说明书和 附图应被认为是说明性的而非限制性的。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所 作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种具有重组功能的机电一体化综合教学实验平台，其特征在于它包括至少四个 功能模块机械平台、ARM嵌入式教学实验箱、DSP教学实验箱、EDA综合教学实验箱；所述 功能模块相互独立；通过所述EDA综合教学实验箱、总线扩展接口实现所述不同功能模块 之间相互连接，重新组合构成具有新功能的综合教学实验平台。
2.根据权利要求1所述的具有重组功能的机电一体化综合教学实验平台，其特征在 于所述EDA综合教学实验箱包括FPGA模块、数模转换模块、输入输出接口模块；所述FPGA 模块至少由第一 FPGA和第二 FPGA组成，所述第一 FPGA和第二 FPGA之间通过信号线连接； 所述输入输出接口模块由数字量输入输出、脉冲输出、2个各2路16bit高速数模转换接口、 光栅尺接口、编码器接口、下载接口、电源接口、总线扩展接口组成。
3.根据权利要求1所述的具有重组功能的机电一体化综合教学实验平台，其特征在 于所述ARM嵌入式教学实验箱和DSP教学实验箱中都包括总线扩展接口。
4.根据权利要求1所述的具有重组功能的机电一体化综合教学实验平台，其特征在 于所述ARM嵌入式教学实验箱与DSP教学实验箱分别通过各自实验箱上的总线扩展接口 与EDA综合教学实验箱中对应的总线扩展接口连接；所述ARM嵌入式教学实验箱、DSP教学 实验箱、EDA综合教学实验箱组合构成运动控制器综合教学实验平台。
5.根据权利要求1所述的具有重组功能的机电一体化综合教学实验平台，其特征在 于所述EDA综合教学实验箱通过输入输出接口与机械平台相连接；所述EDA综合教学实 验箱与机械平台组合构成新的综合教学实验平台。
6.根据权利要求1所述的具有重组功能的机电一体化综合教学实验平台，其特征在 于所述EDA综合教学实验箱通过输入输出接口与机械平台相连接，所述DSP教学实验箱通 过总线扩展接口与EDA综合教学实验箱相连接；所述机械平台、DSP教学实验箱、EDA综合 教学实验箱组合构成具有位置闭环或半闭环的高精度运动控制系统综合教学实验平台。
7.根据权利要求1所述的具有重组功能的机电一体化综合教学实验平台，其特征在 于所述EDA综合教学实验箱通过输入输出接口与机械平台相连接，所述ARM嵌入式教学实 验箱与DSP教学实验箱分别通过各自实验箱上的总线扩展接口与EDA综合教学实验箱中对 应的总线扩展接口连接；所述机械平台、ARM嵌入式教学实验箱、DSP教学实验箱、EDA综合 教学实验箱组合构成具有多处理器的高性能运动控制系统综合教学实验平台。
专利摘要本实用新型公开了一种具有重组功能的机电一体化综合教学实验平台，其特征在于，它包括至少四个功能模块机械平台、ARM嵌入式教学实验箱、DSP教学实验箱、EDA综合教学实验箱，所述功能模块相互独立。EDA综合教学实验箱中包括FPGA模块、数模转换模块和输入输出接口模块；ARM嵌入式教学实验箱、DSP教学实验箱中都包括总线扩展接口；通过EDA综合教学实验箱、总线扩展接口实现不同功能模块之间相互连接，重新组合构成具有新功能的综合教学实验平台。本实用新型在资金投入少的情况下，构建功能模块化、可重组的机电一体化综合教学实验平台，通过灵活重组完成多个综合性或创新性教学实验，并保持原教学实验箱的所有教学实验。
文档编号G09B9/00GK201918045SQ20102029827
公开日2011年8月3日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者孙红涛, 廖小平, 潘海鸿, 秦钢年, 蒙艳玫, 谭华卿, 陈琳 申请人:广西大学