基于無線控制的電工電子實訓裝置的設計

寇常樂+王立順+王權

摘要：在學校的實訓中心的技能培訓過程中發現，學生不能將所學的知識點吸收，同時在授課過程中考評員的任務量繁重，因此設計了基于無線控制的電工電子實訓裝置。

本裝置是一款專門為電工電子實訓而設計的一種實訓裝置，該裝置主要針對各大高校或高職類院校的技能培訓，該裝置能有效幫助學生提高實訓技能，同時記錄學生的考勤，減輕實訓教師工作量。

關鍵詞：無線控制；實訓裝置；考勤

1 引言

電工電子技能實訓是維修電工技能的重要環節，現階段對于之前的實訓方式中教師的工作量很大，并且考勤的評定也存在一定的難度，在平常的實訓中由于學生數量遠超于教師數量，導致在實訓過程中教師無法及時了解每個工位的運行情況以及學生的考勤情況，通過本裝置就能將工位的運行情況實時顯示在教師端的上位機界面上，讓同學們在平時的訓練過程中能夠安全使用試驗臺，本裝置不但可以實現對學生工位的監控，還有自動記錄考勤的功能，達到實驗室安全運行和考勤檢查的目的。

2 系統設計

基于無線控制的電工電子實訓裝置是一款專門為維修電工實訓而設計制作的一種實訓裝置，該裝置是由一臺上位機和多臺從機組成的一個網絡式結構采用wifi數字式無線傳輸裝置，該實訓設備的設計為維修電工的基礎實訓教學提供操作平臺，本裝置中提供可靠有效的直流電源，并以模塊化的形式提供了電子電路焊接、調試的設備。

該實訓裝置中的實驗部件均為模塊化形式，每一個模塊實際上給學生提供的僅僅是一個接口電路，實訓老師通過上位機控制對應每一個工位的下位機電源。學生可以自己通過老師的講解以及查詢相關資料學習分析，然后進行電路的焊接與調試，從而讓同學們通過實訓達到掌握相關專業知識的目的。同時也可以自動記錄考勤信息，也使得技能教學更加人性化，也是為了減輕實訓教師在授課過程中的工作量。該實訓裝置適合應用于各大職業技術院校的維修電工的職業技能培訓中。

3.系統總體示意圖

本設計是一款專門為維修電工實訓而設計的裝置，所以應注重穩定性能以及易操作性。在穩定性能和易操作性能方面由硬件電路而設計的功能優于由軟件實現的功能，而軟件實現的功能靈活性較強。基于以上原因，我們決定使用軟件和硬件相結合，以硬件電路實現功能為主，由軟件輔助實現人機交互功能。其系統模擬示意圖如圖3所示。

4. 實訓裝置關鍵技術

該裝置本身和PC機之間采用TCP通信協議，采用無線通信有利于實訓室的布局，對于實訓室以后的管理也可省去諸多的麻煩；技術層面上來說協議本身具有自組織的特點，可以為通信的準確性提供保障。該系統主要由六部分：單片機控制核心、電源部分、報警燈部分、繼電器控制部分、WIFI通信部分、顯示部分，總體框圖如圖4所示。

（1）單片機部分：是該系統的控制核心。負責整個裝置系統的控制、信息的傳輸數據的處理以及檢測按鍵系統，同時還要控制液晶屏的顯示，作為主控芯片，芯片的選擇是十分重要的，經對比發現選用STM32F407單片機能夠滿足本系統的功能要求。

（2）電源部分：該部分為整個系統提供電能，是整個系統裝置的能量儲存區，為整個系統裝置提供一個穩定的電源，控制電路部分（單片機和WIFI通信模塊）采用+5V的電源供電，實訓中用到的電路調試版采用+5V和-5V的電源供電。

（3）報警燈部分：可以完成電源故障的警示，對系統電源的故障進行提醒，實現實驗室安全運行。

（4）繼電器控制部分：單片機能夠通過WIFI通信模塊將上位機發出的信號進行數據信息處理，從而控制對應的繼電器的通斷實現電源的設定，以及學生測試電路時控制電源的通斷。

（5）WIFI通信部分：包括WIFI發送與接收兩部分，是系統中無線射頻收發部分，其工作電壓為3.3-5V，在本系統中采用的是+3.3V電源供電，可通過編程工作于不同的波特率，最高波特率為115200，有 RS232、485、TTL 接口與無線 WIFI的相互轉換，通過無線WIFI進行組網通信，應用方便、傳輸可靠。

（6）顯示部分：根據設計要求，顯示部分的作用是能夠讓學生能夠根據上面提供的資料進行操作，同時也是通過顯示屏將學生的信息顯示出來，便于考勤信息的整理。

參考文獻：

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[2] 曹達仲，侯春萍.移動通信原理、系統及技術[M].北京：清華大學出版社，2004

基金項目：天津市大學生創新訓練計劃項目《新型電工電子實訓系統的研究與開發》，項目號：201610066113