一种故障诊断实验教学系统及其方法

技术领域

本发明属于故障诊断技术领域。 

背景技术

故障诊断是一门综合性很强的技术领域，涉及到电子技术、计算机技术、检测技术、通信技术等诸多技术，要求工程技术人员必须具备相关的专业知识，要有一定的动手能力，还要有分析问题和解决问题的能力。很多领域非常需要故障诊断方面的人才，一些应用型大学为了提高学生的就业率，为了加强学生的综合分析能力，纷纷开设了故障诊断这门课程，这门课的先修课程是电子技术和电路原理，我们的很多教师教课多年，这方面的基础知识相当过硬，但在如何设置故障和如何排除方面有很大的不足，有时甚至要反复检测和分析才能确定故障，这就给故障诊断课程的实验教学带来很大的困难，幸好每个学校都有一些教学方面的名师和实验方面的名师，这些名师有着非常丰富的经验，对电子电路常见故障的分析和排除有着独到的见解和方法。如果能将某个电路模块安排在实验箱里，又能在教师讲课的计算机上任意设置故障点，这些故障通过通信电路传到实验箱里，让学生查找故障，教师讲课的计算机里存有标准的故障排除方法和步骤，实验过程中可以适当给予动画提示，对于普遍存在的问题，教师可以结合答案进行讲解，这样的教学系统就能起到很好的教学效果。 

发明内容

本发明的目的是为了使故障诊断实验课程具有很好的教学效果和良好的互动性，同时又能提高同学的动手能力和解决问题的能力，我们设计了故障诊断实验教学系统，故障诊断实验教学系统包括教师机、RS485通信线路、转换电路以及诸多实验箱，实验箱包括实验操作板和控制板，实验操作板上有实验原理丝印图和测试孔，实验原理丝印图上的元器件具有用户看不到的故障点，这些故障点由控制板进行控制，控制板通过RS485通信线路接收教师机的指令，教师机上的操作界面采用VB语言编程，有很多程序模块，其中包括实验选择模块、故障设置确认模块、故障诊断答案模块、故障查找提示模块、实验箱状态监测模块。转换电路的功能是将RS232转换成RS485。在教师讲机上可以任意设置故障点，这些故障点通过通信电路传到实验箱里，让学生查找故障，教师机里存有标准的故障排除方法和步骤，实验过程中可以适当给予动画提示，对于普遍存在的问题，教师可以结合答案进行讲解。 

故障诊断实验教学方法包括： 

在VB操作界面上，点击故障设置确认按钮，将故障内容以信息包的形式通过RS485总线传到相应的实验箱里，这个功能由故障设置确认模块完成，实验箱里的实验操作板上的指示灯闪烁指定时间或指定次数后表示故障下载成功，提示学生可以做实验； 

在VB操作界面上，点击实验箱选择下拉菜单，可以选择对某个实验箱进行故障诊断测试，如果选择1表示选择1号实验箱，如果选择2表示选择2号实验箱，如果选择0表示选择所有实验箱，这个功能由实验箱选择模块完成，在故障内容信息包的实验箱地址字节写入被选择的号码；

在VB操作界面上，教师按故障查找提示按钮，为学生提供适当的提示，这个功能由故障查找提示模块完成；

在VB操作界面上，教师按故障诊断答案按钮，为学生提供详细的故障诊断步骤，这个功能由故障诊断答案模块完成；

在VB操作界面上，教师在故障点选择区域选择一个或多个故障点，这个功能由故障点设置模块完成，在故障内容信息包的继电器控制字节写入被选择的故障点号码；

在VB操作界面上，点击实验模块选择下拉菜单，可以选择某个实验电路进行实验，这个功能由实验选择模块完成，在故障内容信息包的实验模块类型字节写入被选择的实验电路号码；

实验箱接收到故障内容信息包后首先解析这个数据包，如果数据包中的实验箱地址字节与实验箱本身设定的地址相同，接着根据实验模块类型字节和继电器控制字节的内容最终控制所述实验箱中的各个继电器的动作，实现由教师设定故障的功能，同时向教师机发送信息反馈信息包，这个信息反馈信息包里有该实验箱地址字节和返回码字节，返回码字节的值为0表示实验箱工作正常，返回码字节的值为1表示实验箱工作异常，教师机接收到这个信息反馈信息包后，在界面上反映出这个实验箱的运行状态，如果故障内容数据包中的实验箱地址字节与实验箱本身设定的地址不符，单片机不予理睬继续执行其它程序，实验箱的运行状态显示功能由实验箱状态监测模块完成。

附图说明

图 为本发明的故障诊断实验教学系统的一优选实施例的系统框图； 

图 2为本发明的故障诊断实验教学系统的一优选实施例的实验操作板正面图；

图 3为本发明的故障诊断实验教学系统的一优选实施例的控制板的原理图；

图 4 为本发明的故障诊断实验教学系统的一优选实施例的VB界面；

图 5 为本发明的故障诊断实验教学方法的一优选实施例的通信格式。

具体实施方式

图 为本发明的故障诊断实验教学系统的一优选实施例的系统框图，它是由教师机、RS485通信线路、转换电路以及诸多实验箱组成。每个实验箱分布在实验室的各个角落。转换电路的功能是将RS232转换成RS485。在教师讲机上可以任意设置故障点，这些故障信息通过通信线路传到实验箱里，让学生查找故障，教师机里存有标准的故障排除方法和步骤，实验过程中可以适当给予动画提示，对于普遍存在的问题，教师可以结合答案进行讲解。每个实验箱里装配一个综合电路实验模块，可以做很多实验。为了进一步说明本发明，我们就以常见的单管放大电路实验为例。每个实验箱由两个电路板组成，一个是实验操作板，另一个是控制板。图 2为本发明的故障诊断实验教学系统的一优选实施例的实验操作板正面图，实验操作板的正面是一个丝印层，画有电路原理图，还有测试孔，实验操作板的反面是一块电路板，与正面的原理图对应，但没有元器件，所有元器件均在控制板上，虽然没有元器件但所有元器件的位置通过导线排与控制板的接插件J2连接。 

图 3为本发明的故障诊断实验教学系统的一优选实施例的控制板的原理图，它主要由单片机、RS485转换电路，拨码开关、继电器驱动电路，继电器输出电路、电源转换电路、电阻、电容以及晶体管组成。电源转换电路包括U1和U2，U1是将交流电转换成直流12V，为实验操作板提供电源，U2是将交流电转换成直流5V，为单片机、RS485转换电路、继电器驱动电路和继电器输出电路提供电源，拨码开关S1用来为实验箱设置通信地址，单片机选用的型号为MEGA16，它采集拨码开关的地址信息，通过RS485转换电路和接线端子J1与教师机进行通信，图中每个电阻和电容都配置两个开关，晶体管配置多个开关，这些开关都是常开触点，均来自继电器输出电路，每个电阻的两个输出端子，每个电容的两个输出端子以及晶体管的三个输出端子都要通过接插件J2连到实验操作板，这些开关用来设置故障的，例如：如果开关K1和开关K2都断开，电阻R1的两个输出端子R1A和R1B之间形成开路，表示电阻R1是开路故障；如果开关K2闭合，电阻R1的两个输出端子R1A和R1B之间形成短路，表示电阻R1是短路故障；如果开关K1闭合同时开关K2断开，表示电阻R1没有故障；同理可以为电容和晶体管设置故障。单片机接收教师机发过来的信息包，这个信息包里就有关于这些开关的控制命令，单片机解析这些开关控制命令，通过继电器驱动电路和继电器输出电路控制这些开关的动作，最终实现由教师机为电路实验设置故障点。 

本发明的教师机采用VB语言编程，也可以用其它可视化语言编程。图 4 为本发明的故障诊断实验教学系统的一优选实施例的VB界面，其中故障点设置框里有电阻故障设置、电容故障设置及晶体管故障设置，电阻故障设置包括开路、短路及正常；电容故障设置包括开路、短路及正常；晶体管故障设置包括三个极的开路、短路及正常。实验箱状态监测框里有很多指示灯，每个灯对应一个实验箱，绿色表示工作正常，黄色表示工作异常。 

实验模块选择下拉菜单可以选择多个实验电路进行故障诊断测试，本发明是以选择单管放大电路为例。 

实验箱选择下拉菜单可以选择某个实验箱进行故障诊断测试，如果选择1表示选择1号实验箱，如果选择2表示选择2号实验箱，等等，但是如果选择0表示选择所有实验箱。 

当上面的选择完成以后，按故障设置确认按钮，VB程序就将故障内容以信息包的形式通过RS485总线传到相应的实验箱里，实验操作面板上的指示灯闪烁三秒钟表示故障下载成功，提示学生可以做实验了。实验箱接收到故障内容信息包后首先解析这个数据包，如果数据包中的实验箱地址字节与实验箱本身设定的地址相同，接着根据实验模块类型字节和继电器控制字节的内容最终控制所述实验箱中的各个继电器的动作，实现由教师设定故障的功能，同时向教师机发送信息反馈信息包，这个信息反馈信息包里有该实验箱地址字节和返回码字节，返回码字节的值为0表示实验箱工作正常，返回码字节的值为1表示实验箱工作异常，教师机接收到这个信息反馈信息包后，在界面上反映出这个实验箱的运行状态，如果故障内容数据包中的实验箱地址字节与实验箱本身设定的地址不符，单片机不予理睬继续执行其它程序， 

教师按故障提示按钮可以为学生提供适当的提示，教师按故障答案按钮可以为学生提供详细的故障诊断步骤。

图 5 为本发明的故障诊断实验教学方法的一优选实施例的通信格式，教师机向实验箱发送的信息包由多个字节组成，如实验箱接收这个信息包，经过解析，最终控制各个继电器的动作，其中信息包的继电器控制字节包括18个字节，每个字节对应一个继电器，例如：继电器控制字节的第一个字节对应K1，第2个字节对应K2，以此类推，当该字节为0时表示继电器接通，当该字节为1时表示继电器断开。 

实验箱接收到信息包以后要向教师机发送信息反馈信息包，如图5所示，其中返回码为0表示实验箱接收正常，返回码为1表示实验箱接收异常，教师机接收到这个返回码，并将在VB界面上反映出这个实验箱的状态。