[发明专利]一种具有结果诊断功能的交通灯实训系统

说明书

技术领域

本发明属于教具设备领域，尤其涉及一种具有结果诊断功能的交通灯实训系统。

背景技术

实验教学在教学中的比例逐步增长，实验教学是培养学生实验动手能力、实验研究能力和创新能力，并对理论教学的知识通过实验获得理性认识从而掌握理论知识，因此实验教学内容包括了验证型、综合性、设计性和创新性实验项目，目前中国学生的实验设计能力和创新能力普遍欠缺，这与实验教学设备和教学方法有直接联系，可以通过改进实验教学设备和教学方法，逐步达到提高学生实验设计能力和创新能力的目的。

交通灯控制系统设计是单片机、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）课程中最常见的一个教学实验项目，在实际教学实验过程中，学校均采用一体化的封闭式的单片机实验箱设计或PLC实验箱。交通灯实验中模仿实际交通灯控制系统，设置四组发光二极管，分别对应于东、南、西、北四个方向，每个方向包括3个发光二极管，发光二极管的一点与I/O口相连。

现有的单片机或PLC课程的交通灯控制实验中，学生完成实验后，老师需逐一检查，每检查一个学生需数分钟，一个班需花费大量的时间进行结果检查，增加了教师的工作量，也影响了教学效果，不利于实训考核。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种具有结果诊断功能的交通灯实训系统。

一种具有结果诊断功能的交通灯实训系统，包括实训单元、诊断单元，以及为实训单元和诊断单元供电的电源电路；

所述实训单元包括：

发光二极管，用于模拟交通灯；

实训控制模块，控制所述发光二极管工作；

所述诊断单元包括：

信号采集模块，用于采集发光二极管工作电压并输出对应的电压信号；

诊断单片机，与实训控制模块同步运行，用于在预设的运行周期内每隔一定的时间间隔接收来自信号采集模块的电压信号，再与预设标准信号进行比对诊断，得到比对诊断结果；

提示模块，用于接受并输出来自诊断单片机的比对诊断结果。

其中实训控制模块多为单片机或逻辑可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。实际应用中该交通灯实训系统中所有组成均封装在一个盒子中或集成在同一个电路板上，其中控制模块可以封装在盒子中或集成在同一电路板上，此时认为控制模块为内置控制模块；控制模块可以不封装在盒子中或集成在同一电路板上，实验时从外部接入控制模块，此时认为控制模块为外接接控制模块。为内置控制模块时，该控制模块需提供下载端口，实验前，学生通过下载接口将控制程序写入该控制模块中。为外接控制模块时，在交通灯实训系统中设置一系列与发光二极管的负极串接的I/O口，实验时，将控制模块的输入/输出端与相应的I/O对接，学生向控制模块中写入控制程序，从而实现外接的控制模块对发光二极管工作状态的控制。

与传统的交通灯实训系统比较，本发明的交通灯实训系统还设置有诊断单元。发光二极管的工作电压即反应了其工作状态，实验过程中通过诊断单元直接检测用于模拟交通灯的二极管的工作电压是否正确，来判断学生编写的控制程序是否正确，得到诊断结果，并将该诊断结果输出，且诊断过程中诊断单元与控制模块需要同步运行，主要是为了保证标准信号与采集到的电压信号的对应关系，即实现将采集到的电压信号与相同时刻的标准信号进行比对。诊断单元通过提示模块做出相应的提示信息，将实验结果直观的呈现出来，便于观察。老师直接通过观测最后提示模块的信息就可以得到最终结果，不需要逐个观察整个交通灯的运行过程，节约时间，提高了工作效率。

所述诊断单片机进行比对诊断时：

（a）若电压信号与标准信号一致，则下一个时间间隔继续进行比对诊断，完成至少2个运行周期后停止诊断，诊断结果为正确；

（b）若电压信号与预设标准信号不一致，则停止比对诊断，诊断结果为错误。

对比诊断时将该时刻每个电压采集模块采集到的发光二极管的电压信号与该时刻发光二极管对应的标准信号比对，且每隔一个时间间隔比对一次。相对于实时比对，能够减小数据量，从而提高诊断速率，且在某一时刻检测到采集到的电压信号与标准信号不一致，就即可生成诊断结果错误，不需要整个控制程序运行完就可以得到最终结果，进一步提高了诊断的效率。由于实际过程中可能出现从启动后的一个运行周期内，各时间间隔对应的电压信号和相应时刻的标准信号一致，但该程序并未结束，因此实际结果为错误，而只检测一个运行周期，是无法对该时刻进行诊断，因此需进行至少2个运行周期。作为优选，完成2个运行周期后停止诊断