一种模拟仿真训练装置的制作方法

1.本实用新型属于训练装置技术领域，具体涉及一种模拟仿真训练装置。


背景技术：

2.随着现代设备的复杂程度日益提高，对设备的操作人员提出了更高的要求。需要他们对设备的操作更加熟悉，对设备运行中出现的各种状况都能有良好的应变能力。因为存在结构复杂、经济成本较高、直接操作不安全等不利因素，一般不允许学员直接在设备上进行训练。另外随着现代技术水平的提高，设备的连续运转能力有很大的改善，大型设备在运行之后，很难再停下来，因此想通过平时对设备的操作来获取经验变得困难，甚至有经验的人员会由于长时间缺乏必要的锻炼而使能力降低。同时因为受到场地、人员、气候状况等限制，日常对设备的操作训练出现效率低、成本高、训练内容单一等情况。因此，如何解决设备操作培训中出现的种种不利因素，实现操作训练的高校开展显得尤为重要。


技术实现要素：

3.针对上述日常对设备的操作训练出现效率低、成本高、训练内容单一等情况的技术问题，本实用新型提供了一种控制简单、使用范围广、通用性强的模拟仿真训练装置。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
5.一种模拟仿真训练装置，包括电源模块、单片机、串口通信模块、驱动电路、信号采集调理电路、指示灯、数码管、自锁按键、数字按键、档位旋钮、电位计、手轮、操纵杆、信号源，所述电源模块分别与驱动电路、信号采集调理电路电性连接，所述驱动电路与信号采集调理电路均电性连接在单片机上，所述单片机电性连接有串口通信模块，所述信号采集调理电路分别电性连接有自锁按键、数字按键、档位旋钮、电位计、手轮、操纵杆，所述驱动电路分别电性连接有指示灯、数码管、信号源。
6.所述电源模块采用ac/dc转换模块，所述电源模块电性连接在220v交流市电上。
7.所述驱动电路采用74hc573驱动芯片。
8.所述信号采集调理电路包括数据收发缓冲器芯片、ad运算放大电路，所述数据收发缓冲器芯片与单片机电性连接，所述运算放大电路与单片机电性连接，所述数据收发缓冲器芯片后级数据输入采集端口分别与档位旋钮、自锁按键、数字按键电性连接，所述ad运算放大电路分别与电位计、手轮、操纵杆电性连接。
9.所述数据收发缓冲器芯片采用74hc245驱动芯片。
10.所述ad运算放大电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一二极管、第二二极管、第一电容，所述单片机通过第一电阻电性连接在第一运算放大器的负输入端，所述单片机通过第二电阻电性连接在第一运算放大器的正输入端，所述第一运算放大器的输出端通过第三电阻电性连接在第二运算放大器的负输入端，所述第二运算放大器的正输入端接地，所述第二运算放大器的输出端通过第一二极管电性连接在单片机ad采集引脚上，所述第一二极管通过第一电
容接地，所述第二运算放大器的负输入端通过第二二极管电性连接在第二运算放大器的输出端上，所述第二运算放大器的负输入端通过第四电阻电性连接在单片机ad采集引脚上，所述第一运算放大器的负输入端通过第五电阻电性连接在第一运算放大器的输出端上，所述在第一运算放大器的正输入端通过第六电阻接地。
11.所述串口通信模块采用max3232串口通信芯片，所述串口通信模块通过rs-232总线连接在上位机上。
12.所述档位旋钮共分为12个档位，每个档位引脚与数据收发缓冲器芯片后级引脚连接，所述数据收发缓冲器芯片前级输入引脚与单片机的i/o引脚互联。
13.所述手轮包括编码器和计数模块，所述编码器与计数模块电性连接，所述编码器产生与手轮运动相对应的信号，所述计数模块的输出引脚与单片机的引脚电性连接。
14.本实用新型与现有技术相比，具有的有益效果是：
15.1、本实用新型以单片机为核心处理器完成采集和驱动功能，由电源模块给系统供电，串口通信模块实现与上位机通信，操作面板区域由指示灯、数码管、自锁按键、数字按键、档位旋钮、电位计、手轮、操纵杆、信号源区域等组成，配套相关软件实现仿真训练人机交互。
16.2、本实用新型通过串口和上位机通讯，实时采集当前的按键信息、档位开关选择状态信息、操纵杆方位信息、手轮位置信息、旋转电位计工作状态。也可以由上位机下发相应指令操作指示灯亮灭及控制数码管显示，同时可根据不同指令输出三种不同类型的波形信号。
17.3、本实用新型可根据通用设备操作要求，模拟仿真各类训练项目，提供实践平台，通过实践训练大大提高新手操作员动手能力，模拟仿真训练装置面板划分不同的功能区域涵盖多项功能区域，可以有效地进行较全面的训练，大大提高训练效率。可以应用在军事训练、高校教学、企业现代化设备操作训练等领域。同时克服受限于设备、场地、气候，另外还有成本高昂等缺点，对各种复杂的科目进行模拟仿真，确保在有限资源的条件下，提高操作人员水平。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
19.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
20.图1为本实用新型的结构框图；
21.图2为本实用新型的正面结构示意图；
22.图3为本实用新型的侧面结构示意图；
23.图4为本实用新型ad运算放大电路的电路图；
24.图5为本实用新型数据收发缓冲器芯片的电路图；
25.图6为本实用新型驱动电路的电路图；
26.图7为本实用新型数码管的电路图；
27.图8为本实用新型串口通信模块的电路图。
28.其中：1为电源模块，2为单片机，3为串口通信模块，4为驱动电路，5为信号采集调理电路，501为数据收发缓冲器芯片，502为ad运算放大电路，6为指示灯，7为数码管，8为自锁按键，9为数字按键，10为档位旋钮，11为电位计，12为手轮，13为操纵杆，14为信号源，15为220v交流市电，16为上位机，u1a为第一运算放大器，u1b为第二运算放大器，r1为第一电阻，r2为第二电阻，r3为第三电阻，r4为第四电阻，r5为第五电阻，r6为第六电阻，d1为第一二极管，d2为第二二极管，c1为第一电容。
具体实施方式
29.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制；基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
31.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
32.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
33.在本实施例中，如图1-3所示，模拟仿真训练装置整体结构为便携式机箱，两边设计凹进去的扶手，重量轻便，可以根据训练场地调整摆放位置。包括电源模块1，外接220v交流市电15，经过ac/dc转换为主控模块供电。单片机2实现控制模拟仿真总体功能。串口通信模块3实现与上位机16通信。驱动电路4，驱动指示灯6和数码管7。信号采集调理电路5，采集面板上的状态信息。
34.进一步，220v交流市电15是电源模块1的前级输入，插座内部自带保险管，避免大电流对装置的损坏，可保证模拟仿真训练装置使用的安全性。电源模块1为ac/dc转换模块，为模拟仿真训练装置提供直流电源，满足内部芯片5v和3.3v的供电需求。
35.进一步，如图8所示，串口通信模块3与上位机通信，串口通信模块3选用max3232串口通信芯片，遵循串行通信接口标准，信号线少、波特率可以灵活选择、传送距离远。利用
rs-232总线可以实现全双工通信，做到双向传输，既可以实现操纵杆位置信息上报、手轮位置信息上报、按键和档位开关信息上报，同时也可以实现接收上位机控制指令操作指示灯和数码管、输出不同类型波形信号等。串口通讯收发功能互不干扰。
36.进一步，如图6所示，驱动电路4为单片机外围电路，驱动电路4选用74hc573驱动芯片增大单片机驱动电流，根据上位机16发送给单片机的的控制指令驱动对应的指示灯6和数码管7显示，解决了单片机2驱动能力不够的问题。
37.进一步，如图4、图5所示，信号采集调理电路5，通过数据收发缓冲器芯片501搭建ad运算放大电路502，可以实现对交流模拟信号的采集并进行调理，同时也可采集高低电平信号。对面板上的操作信息进行采集。
38.进一步，指示灯6包含两红两绿，指示灯6正极引脚对接主控板上驱动输出接口，根据主机发出的指令单片机操作对应引脚输出高电平直流电压5v或者低电平gnd信号，通过控制指示灯6正极引脚电压值控制指示灯亮灭状态。
39.进一步，如图7所示，数码管7，单片机通过接收上位机16发出的指令控制数码管7显示对应的数字；数码管7共阴极引脚接地，阳极引脚与主控板上的驱动输出引脚分别一一对应。
40.进一步，自锁按键8有两个，两个自锁按键8引脚与信号采集调理电路5引脚互联，按下对应的自锁按键输出高电平，经单片机2对电平信号进行采集处理，串口通信模块3连接主机以数据包格式上报自锁按键8当前锁定状态。
41.进一步，数字按键9为3*3数字键盘，由一块数字按键板集成，通过单片机2对数字键盘9输出引脚高低电平信号行列扫描读取并转换为对应的十六进制键值。通过串口通信模块3连接主机以数据包格式上报数字键值。
42.进一步，档位旋钮10共分为12个档位，方向指针对应的位置即是当前档位，每个档位引脚与一个数据收发缓冲器芯片501后级引脚连接，数据收发缓冲器芯片501前级输入引脚与单片机2的i/o引脚互联。旋转档位开关10每旋转动作一次，就触发一次低电平信号，单片机采集处理一次位置信息，以十六进制数据包格式上传。训练中进行档位选择时上报响应速度快，准确率高，不受气候和场所的限制，可以有效地提高训练效率。
43.进一步，信号采集调理电路5对电位计11输出的电压信号进行ad采集转换。当电位计11顺时针或者逆时针旋转时，中间抽头输出的电压值随之改变，抽头引脚与电压采集输入接口连接，经过ad运算放大电路502处理后将电压值传送给单片机2的ad采集引脚，单片机2通过ad通道采集，可以读取到电位计11对应的数字电压值，并通过串口通信模块3实时传送数据到上位机。
44.进一步，手轮12内部由编码器模块、计数模块实现，当手轮12旋转时，编码器产生与手轮12运动相对应的信号。手轮12的计数模块的输出引脚与单片机2引脚电气互联，转动过程中计数模块将手轮12转动圈数转换为脉冲计数，上位机通过串口通信模块3发送采集指令，手轮12经过单片机内部编程数据解析以十六进制数据包格式通过串口通信模块3反馈给上位机，上位机通过数据解析处理可实时获取手轮当前位置刻度信息。
45.进一步，操纵杆13输出信号与主控板上采集接口连接，操纵杆13动作时，不同的方位角度输出不同的电压值，输入给信号采集调理电路5进行采集处理，完成后通过串口通信模块3主动上报给上位机，上位机软件对报文进行数据解析可获取当前操纵杆各自由度的
转角大小和方向，包括在水平面内的旋转角度；操纵杆13的z轴方向为按钮触发信号，模拟按钮触发操作。按下后可自动触发上报功能，提示上位机16目前存在按钮操作状态。
46.进一步，信号源14的实现是上位机通过串口通信模块3发送数据包指令，模拟仿真训练装置内部驱动电路4包含设计信号产生功能，可通过信号芯片电路输出三种不同类型的波形信号。通过面板上的输出接口外引，当上位机发出指令时，单片机根据指令输出对应的正弦波、三角波、方波，并根据指令进行幅值、频率、占空比等参数调整。操作面板输出接口连接示波器可实时测试。
47.上面仅对本实用新型的较佳实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本实用新型的保护范围之内。