本實用新型涉及半實物仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于以太網(wǎng)的程控電阻及風(fēng)機半實物仿真平臺。

背景技術(shù)：

半實物仿真技術(shù)是指將控制器實物與在計算機上實現(xiàn)的控制對象仿真模型連接在一起進(jìn)行聯(lián)合仿真的技術(shù)。在風(fēng)機半實物仿真中，溫度是實時動態(tài)變化的一種物理量，需要使用傳感器進(jìn)行溫度的采集。PT100溫度傳感器被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中溫度參數(shù)的監(jiān)測，這是一種標(biāo)準(zhǔn)化儀表，其原理是將溫度的變化情況轉(zhuǎn)化成電阻信號輸出，在半實物仿真技術(shù)中，通常采用電阻值模擬溫度信號。程控電阻通過對電阻值的調(diào)節(jié)實現(xiàn)模擬PT100采集的溫度信號的動態(tài)變化。半實物仿真平臺中，通常使用電位器手動調(diào)節(jié)和基于單片機的程控電阻兩種方案，對于電位器手動調(diào)節(jié)具有實時性差，控制不方便，而且電阻值的精度較低。對于以單片機為主控的程控電阻，雖然解決了實時性和控制操作方便的問題，但是風(fēng)機半實物仿真平臺，通過CPU發(fā)送網(wǎng)絡(luò)包完成電阻值的控制，需要運算速度較快的主控完成數(shù)據(jù)的處理，這點基于單片機的程控電阻也是無法做到的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本實用新型提供一種能通過外部上位機軟件控制程控電阻阻值的自動調(diào)節(jié)、阻值精度高且運算高效，與半實物仿真平臺接口兼容的一種基于以太網(wǎng)的程控電阻及風(fēng)機半實物仿真平臺。

本實用新型的技術(shù)方案如下：一種基于以太網(wǎng)的程控電阻，包括以太網(wǎng)接口、以太網(wǎng)通信芯片、主控芯片、驅(qū)動電路；所述以太網(wǎng)通信芯片通過以太網(wǎng)接口接收控制指令，并將所述控制指令傳輸給主控芯片；所述主控芯片根據(jù)控 制指令對所述驅(qū)動電路輸出控制信號，所述驅(qū)動電路根據(jù)所述控制信號輸出電阻值。

對上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述主控芯片為可編程邏輯控制器。

對上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述可編程邏輯控制器為FPGA芯片或STM32芯片。

對上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述驅(qū)動電路包括一串入并出芯片。

對上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述驅(qū)動電路還包括若干組繼電器和發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管指示所述繼電器的通斷。

對上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述繼電器為線圈繼電器。

對上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電阻值的輸出范圍為0.25-255.75歐姆。

一種風(fēng)機半實物仿真平臺，包括一具有以太網(wǎng)接口的上位機，用于模擬風(fēng)機運行系統(tǒng)，所述上位機通過以太網(wǎng)接口與上述所述的程控電阻連接，所述程控電阻的電阻值在所述上位機上顯示。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果如下：

1、程控電阻可通過網(wǎng)口由外部程序控制電阻阻值自動調(diào)節(jié)，解決了以往需要通過手動調(diào)節(jié)電位器，費時費力的問題。

2、通過設(shè)置FPGA芯片或STM32芯片的主控芯片，程控電阻具有精度高，控制速度快，程控電阻接口與半實物仿真平臺接口兼容，實現(xiàn)風(fēng)機半實物仿真平臺的所有風(fēng)機溫度的模擬。

3、基于TCP/IP協(xié)議，通用性強，采用的接口可以直接插拔，操作方便。

附圖說明

圖1為本實用新型一種實施方式所涉及的程控電阻結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型一種實施方式所涉及的風(fēng)機半實物仿真平臺示意圖；

圖3為本實用新型一種實施方式所涉及的半實物仿真流程圖；

圖示說明：

1、程控電阻；11、以太網(wǎng)接口；12、以太網(wǎng)通信芯片；13、主控芯片；14、驅(qū)動電路；2、上位機。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，為本實用新型之程控電阻結(jié)構(gòu)示意圖：一種基于以太網(wǎng)的程控電阻1，包括以太網(wǎng)接口11、以太網(wǎng)通信芯片12、主控芯片13、驅(qū)動電路14；所述以太網(wǎng)通信芯片12通過以太網(wǎng)接口11接收控制指令，并將所述控制指令傳輸給主控芯片13；所述主控芯片13根據(jù)控制指令對所述驅(qū)動電路14輸出控制信號，所述驅(qū)動電路14根據(jù)所述控制信號輸出電阻值，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的程控電阻基于以太網(wǎng)與外界進(jìn)行通信，程控電阻可通過網(wǎng)口由外部程序控制電阻阻值自動調(diào)節(jié)，解決了以往需要通過手動調(diào)節(jié)電位器，費時費力的問題，為半實物仿真技術(shù)提供了極大的方便。

具體的，主控芯片13可以為可編程邏輯控制器，具體的可以采用FPGA芯片或STM32芯片，提高控制準(zhǔn)確率和數(shù)據(jù)處理速度。其中，F(xiàn)PGA(Field－Programmable Gate Array)，即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。采用STM32做主控芯片，外圍搭載網(wǎng)絡(luò)芯片，串口轉(zhuǎn)并口芯片，可以實現(xiàn)控制。STM32芯片是基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的ARM Cortex-M3內(nèi)核，按內(nèi)核架構(gòu)分為不同產(chǎn)品：“增強型”系列、“基本型”系列和“互聯(lián)型”系列。

優(yōu)選的，驅(qū)動電路14包括一串入并出芯片，本實用新型實施例中的串入并出芯片為MC74HC595芯片，可以驅(qū)動多路電阻值的輸出。其中，MC74HC595芯片是一種8位串行輸入/輸出或者并行輸出移位寄存器，具有高阻、關(guān)、斷三種狀態(tài)，可以直接清除100MHz的移位頻率輸出能力并行輸出，總線驅(qū)動串行輸出，其中，移位寄存器和存儲器是分別的時鐘。

進(jìn)一步的，所述驅(qū)動電路14還包括若干組繼電器和發(fā)光二極管，發(fā)光二極管指示繼電器的通斷，發(fā)光二極管的限流電阻是2K歐姆，起到保護發(fā)光二極管的作用；進(jìn)一步的，所述繼電器為線圈繼電器，線圈繼電器的電阻值誤差非常小，只有50毫歐姆，為程控電阻阻值提高了精度，此外，程控電阻中還設(shè)置了 二極管，起到保護繼電器的線圈的作用，為線圈反向放電提供通路。

進(jìn)一步的，所述電阻值的輸出范圍為0.25-255.75歐姆，選用0.1％的精密電阻，可以每次步進(jìn)0.25歐姆的阻值調(diào)節(jié)，提高了阻值精度。

工作原理：以本實用新型實施例FPGA主控芯片，MC74HC595芯片驅(qū)動電路為例，F(xiàn)PGA主控芯片將外界上位機的控制信號，通過串行信號線傳送到MC74HC595芯片的信號輸入端，MC74HC595芯片通過內(nèi)部的移位寄存器，經(jīng)8個時鐘脈沖后，將信號輸出到程控電阻繼電器的線圈一端，通過控制串行數(shù)據(jù)的電平高低來達(dá)到控制線圈的通斷，通電后的線圈具有磁性，控制觸點的通斷，從而達(dá)到控制電阻阻值的目的，MC74HC595芯片能同時實現(xiàn)驅(qū)動十六路的電阻輸出。本實施例中，每路程控電阻的分辨率為0.25歐姆，電阻值輸出范圍為0.25～255.75歐姆，可以對應(yīng)溫度-259.73℃～425.42℃。

如圖2所示本實用新型的風(fēng)機半實物仿真平臺示意圖，風(fēng)機半實物仿真平臺包括一具有以太網(wǎng)接口的上位機2，用于模擬風(fēng)機運行系統(tǒng)，上位機2通過以太網(wǎng)接口與上述的程控電阻1連接，本實施例中以太網(wǎng)接口為RJ45接口為例，上位機2將程控電阻阻值可編程輸入通過RJ45接口發(fā)送給以太網(wǎng)芯片W5100，其中，W5100是一款多功能的單片網(wǎng)絡(luò)接口芯片，內(nèi)部集成有10/100Mbps以太網(wǎng)控制器，主要應(yīng)用于高集成、高穩(wěn)定、高性能和低成本的嵌入式系統(tǒng)中。W5100提供3種接口:直接并行總線、間接并行總線和SPI總線。W5100與MCU接口非常簡單，就像訪問外部存儲器一樣。

以太網(wǎng)芯片W5100將控制指令發(fā)送給FPGA主控芯片，F(xiàn)PGA主控芯片通過一根串行信號線傳送到MC74HC595芯片的信號輸入端，MC74HC595芯片通過內(nèi)部的移位寄存器，經(jīng)8個時鐘脈沖后，將信號輸出到程控電阻繼電器的線圈一端，通過控制串行數(shù)據(jù)的電平高低來達(dá)到控制線圈的通斷，通電后的線圈具有磁性，控制觸點的通斷，從而達(dá)到控制程控電阻值的目的，MC74HC595芯片能同時實現(xiàn)十六路的電阻輸出，程控電阻值又反饋給上位機2，并在上位機2上顯示。本實用新型的風(fēng)機半實物仿真平臺中，上位機中構(gòu)建了風(fēng)機中的輪轂 與轉(zhuǎn)子模型，通過程控電阻來模擬溫度，比如，當(dāng)其中一路程控電阻用來仿真輪轂的溫度時，假設(shè)輪轂的溫度為20.5℃，我們可以通過上位機設(shè)定該路的電阻值為109.75歐姆。當(dāng)其中一路程控電阻用來仿真轉(zhuǎn)子的溫度時，程序中設(shè)定轉(zhuǎn)子的上限溫度為90℃，當(dāng)仿真的這路程控電阻的阻值為134.75歐姆時，則該路程控電阻的阻值是超過上限溫度90℃，此時上位機進(jìn)行停機。通過基于以太網(wǎng)的程控電阻，實現(xiàn)高精度自動調(diào)節(jié)，且快速的用來模擬風(fēng)機半實物仿真平臺的所有風(fēng)機溫度如-40℃～90℃則對應(yīng)到阻值為84.25歐姆～134.75歐姆。

如圖3所示，本實用新型的之半實物仿真流程圖，首先上位機程控電阻阻值可編程輸入，通過上位機編程，實現(xiàn)需要模擬的溫度對應(yīng)的程控電阻阻值的輸入，然后通過程控電阻中的以太網(wǎng)芯片與主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，主控芯片數(shù)據(jù)處理，串入并出芯片驅(qū)動多路電阻值輸出，如MC74HC595芯片控制輸出多路電阻值，最后程控電阻值反饋到上位機，上位機上顯示程控電阻的輸出值，實現(xiàn)半實物仿真平臺的閉環(huán)鏈路。

本實用新型中采用的精度為0.1％的精密電阻代替普通電阻或電位器，通過以太網(wǎng)進(jìn)行控制，采用的接口與風(fēng)機半實物仿真平臺兼容，可以直接插拔，操作方便，基于TCP/IP協(xié)議，通用性強，通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議控制，可以在各種平臺使用，不受平臺限制，實現(xiàn)各種半實物仿真平臺的應(yīng)用。

以上所述實施例僅表達(dá)了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。