【文章內(nèi)容簡介】 速?；魻柶骷怯砂雽w材料制成的一種薄片，在垂直于平面方向上施加外磁場B，在沿平面方向兩端加外電場，則使電子在磁場中運動，結(jié)果在器件的2個側(cè)面之間產(chǎn)生霍爾電勢。其大小和外磁場及電流大小成比例?；魻栭_關(guān)傳感器由于其體積小、無觸點、動態(tài)特性好、使用壽命長等特點，故在測量轉(zhuǎn)動物體旋轉(zhuǎn)速度領(lǐng)域得到了廣泛應用。在這里選用美國史普拉格公司(SPRAGUE)生產(chǎn)的3000系列霍爾開關(guān)傳感器3013，它是一種硅單片集成電路，器件的內(nèi)部含有穩(wěn)壓電路、霍爾電勢發(fā)生器、放大器、史密特觸發(fā)器和集電極開路輸出電路，具有工作電壓范圍寬、可靠性高、外電路簡單、輸出電平可與各種數(shù)字電路兼容等特點。直流電機的轉(zhuǎn)速與施加于電機兩端的電壓大小有關(guān)，可以采用C8051F060片內(nèi)的D／A轉(zhuǎn)換器DAC0的輸出控制直流電機的電壓從而控制電機的轉(zhuǎn)速。在這里采用簡單的比例調(diào)節(jié)器算法(簡單的加一、減一法)。比例調(diào)節(jié)器的輸出系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差值成正比。因此，只要偏差一出現(xiàn)，就會產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及時的特點，這是一種最基本的調(diào)節(jié)規(guī)律。比例調(diào)節(jié)作用的大小除了與偏差值有關(guān)外，主要取決于比例系數(shù)Kp，比例調(diào)節(jié)系數(shù)愈大，調(diào)節(jié)作用越強，動態(tài)特性也越大。反之，比例系數(shù)越小，調(diào)節(jié)作用越弱。對于大多數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，Kp太大時將會引起自激振蕩。比例調(diào)節(jié)的主要缺點是存在靜差，對于擾動的慣性環(huán)節(jié)，Kp太大時將會引起自激振蕩。對于擾動較大，慣性也比較大的系統(tǒng)，若采用單純的比例調(diào)節(jié)器就難于兼顧動態(tài)和靜態(tài)特性，需采用調(diào)節(jié)規(guī)律比較復雜的PI(比例積分調(diào)節(jié)器)或PID(比例、積分、微分調(diào)節(jié)器)算法。 器件的選擇一個實驗成功與否，不僅取決與軟硬件的設計，元器件的正確選擇也是至關(guān)重要的。正確元器件的選擇，不但會提高的實驗數(shù)據(jù)的準確性，而且會使實驗電路得到簡化，所以我們要正確的選擇實驗器件。 霍爾元件 3053 直流電機圖31是一臺直流電機的最簡單模型。N和S是一對固定的磁極，可以是電磁鐵，也可以是永久磁鐵。磁極之間有一個可以轉(zhuǎn)動的鐵質(zhì)圓柱體，稱為電樞鐵心。 直流電動機工作原理示意圖一個用絕緣導體構(gòu)成的電樞線圈abcd，線圈的兩端分別接到相互絕緣的兩個半圓形銅片(換向片)上，它們的組合在一起稱為換向器，在每個半圓銅片上又分別放置一個固定不動而與之滑動接觸的電刷A和B，線圈abcd通過換向器和電刷接通外電路。將外部直流電源加于電刷A(正極)和B(負極)上，則線圈abcd中流過電流，在導體ab中，電流由a指向b，在導體cd中，電流由c指向d。導體ab和cd分別處于N、S極磁場中，受到電磁力的作用。用左手定則可知導體ab和cd均受到電磁力的作用，且形成的轉(zhuǎn)矩方向一致，這個轉(zhuǎn)矩稱為電磁轉(zhuǎn)矩，為逆時針方向。這樣，電樞就順著逆時針方向旋轉(zhuǎn)，(a)所示。當電樞旋轉(zhuǎn)180176。，導體cd轉(zhuǎn)到N極下，ab轉(zhuǎn)到S極下，(b)所示，由于電流仍從電刷A流入，使cd中的電流變?yōu)橛蒬流向c，而ab中的電流由b流向a，從電刷B流出，用左手定則判別可知，電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍是逆時針方同。 由此可見，加于直流電動機的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，使直流電動機電樞線圈中流過的電流，方向是交變的，從而使電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變，確保直流電動機朝確定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動機的基本工作原理。 實際的直流電動機，電樞圓周上均勻地嵌放許多線圈，相應地換向器由許多換向片組成，使電樞線圈所產(chǎn)生的總的電磁轉(zhuǎn)矩足夠大并且比較均勻，電動機的轉(zhuǎn)速也就比較均勻。 比較器 LM393 LM339集成塊內(nèi)部裝有四個獨立的電壓比較器，該電壓比較器的特點是：1）失調(diào)電壓小，典型值為2mV；2）電源電壓范圍寬，單電源為236V，雙電源電壓為177。1V177。18V；3）對比較信號源的內(nèi)阻限制較寬；4）共模范圍很大，為0~（）Vo；5）差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；6）輸出端電位可靈活方便地選用。 LM339集成塊采用C14型封裝，圖32為外型及管腳排列圖。由于LM339使用靈活，應用廣泛，所以世界上各大IC生產(chǎn)廠、公司竟相推出自己的四比較器，如IR233ANI33SF339等，它們的參數(shù)基本一致，可互換使用。LM339類似于增益不可調(diào)的運算放大器。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個稱為反相輸入端，用“”表示。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點），另一端加一個待比較的信號電壓。當“+”端電壓高于“”端時，輸出管截止，相當于輸出端開路。當“”端電壓高于“+”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。兩個輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號檢測等場合是比較理想的。LM339的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選315K）。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因為當輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。 信號調(diào)理電路的設計當霍爾元件3503感應到磁場變化時，其3腳的輸出電壓也會相應變化。該電壓經(jīng)LM393比較后輸出，將電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成具有周期性的矩形脈沖型號，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速和頻率的測量。霍爾測頻電路如下圖33所示。 霍爾測頻電路當電路接通后，+5V的電源通過電阻R0201向二極管LED201供電，燈發(fā)光表示電路接通，實驗開始?；魻栐?053通電工作，它的3端是輸出電壓，讓后進入比較器LM393。和它比較的電壓通過電位器Rw0201調(diào)節(jié)，兩者比較的結(jié)果由1端輸出，輸出的是TTL高低電平。這個電壓信號從輸出端輸出，經(jīng)過采集模塊，采集到采集卡中，在傳輸?shù)絧c機上，進而再通數(shù)據(jù)的處理，得到自己想要的信息。信號調(diào)理電路信號處理電路，把模擬信號變換為用于數(shù)據(jù)采集、控制過程、執(zhí)行計算顯示讀出或其他目的的數(shù)字信號。模擬傳感器可測量很多物理量，如溫度、壓力、光強等...但由于傳感器信號不能直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)，這是因為傳感器輸出是相當小的電壓、電流或電阻變化，因此，在變換為數(shù)字信號之前必須進行調(diào)理。調(diào)理就是放大，緩沖或定標模擬信號等，使其適合于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入。然后，ADC對模擬信號進行數(shù)字化，并把數(shù)字信號送到MCU或其他數(shù)字器件，以便用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理。 　　信號調(diào)理將您的數(shù)據(jù)采集設備轉(zhuǎn)換成一套完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這是通過幫助您直接連接到廣泛的傳感器和信號類型(從熱電偶到高電壓信號)來實現(xiàn)的。關(guān)鍵的信號調(diào)理技術(shù)可以將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體性能和精度提高10倍。 　　信號調(diào)理簡單的說就是將待測信號通過放大、濾波等操作轉(zhuǎn)換成采集設備能夠識別的標準信號。是指利用內(nèi)部的電路(如濾波器、轉(zhuǎn)換器、放大器等…)來改變輸入的訊號類型并輸出之。因為工業(yè)信號有些是高壓，過流，浪涌等，不能被系統(tǒng)正確識別，必須調(diào)整理清之。 　　一般的采集卡上都帶有可編程的增益，但具體要不要作信號調(diào)理，要視待采信號的特點而定，若信號很小，則要經(jīng)過放大將信號調(diào)理到采集卡能夠識別的范圍，若信號干擾較大，就要考慮采集之前作濾波了。第4章 系統(tǒng)軟件設計 程序的主體由一個大的while循環(huán)結(jié)構(gòu)嵌套一個選擇結(jié)構(gòu)組成。主要對程序的初始化，等待采集的開始。 等待實驗用戶可以設置實驗的參數(shù)，程序就設置的參數(shù)，等待用戶是否開始實驗。然后轉(zhuǎn)到下一步‘開始試驗’。 開始試驗創(chuàng)建虛擬輸入通道任務輸入指定要添加VI創(chuàng)建的虛擬通道的任務的名稱。如沒有指定任務，NIDAQmx將自行創(chuàng)建任務并將VI創(chuàng)建的通道添加至該任務。 物理通道指定用于生成虛擬通道的物理通道。DAQmx物理通道常量包含系統(tǒng)已安裝設備和模塊上的全部物理通道。也可以為該輸入連接包含物理通道列表或范圍的字符串。通過DAQmx平化通道字符串VI可將物理通道數(shù)組轉(zhuǎn)換為列表。 分配名稱是分配給VI創(chuàng)建的定時源的名稱。如該輸入端未連線，NIDAQmx將把物理通道名稱作為虛擬通道名稱。如將自定義的虛擬通道名稱連接至該輸入端，在其它NIDAQmx VI或?qū)傩怨?jié)點（例如，DAQmx觸發(fā)VI的源輸入端）中引用這些通道時，必須使用自定義名稱。 對于使用“DAQmx創(chuàng)建虛擬通道”VI創(chuàng)建的多個虛擬通道，通過用逗號分隔的列表可為虛擬通道指定名稱。如輸入的名稱數(shù)量少于創(chuàng)建的虛擬通道的數(shù)量，NIDAQmx將為虛擬通道自動分配名稱。 單位指定從通道返回的電壓測量所使用的單位。 來自自定義換算 (10065) 自定義換算指定的單位。如選擇該值，必須為自定義換算名稱輸入指定自定義換算的名稱。 錯誤輸入說明VI或函數(shù)運行前發(fā)生的錯誤。默認值為無錯誤。如在VI或函數(shù)運行前發(fā)生錯誤，VI或函數(shù)將把錯誤輸入的值傳遞至錯誤輸出。如在VI或函數(shù)運行時發(fā)生錯誤，VI或函數(shù)將正常運行，并在錯誤輸出中設置自身的錯誤狀態(tài)。通過簡易錯誤處理器或通用錯誤處理器VI可檢測并報告應用程序中的錯誤。錯誤輸入和錯誤輸出用于檢查錯誤。通過將一個節(jié)點的錯誤輸入連接至另一節(jié)點的錯誤輸入，還可指定程序的執(zhí)行順序。 狀態(tài)的值為TRUE（叉）時表示發(fā)生錯誤，值為FALSE（勾）時表示警告或無錯誤。默認為FALSE。 代碼是錯誤或警告代碼。默認值為0。狀態(tài)的值為TRUE時，代碼為非零錯誤代碼。狀態(tài)的值為FALSE時，代碼為零或警告代碼。 源確定發(fā)生錯誤的位置。源字符串包含產(chǎn)生錯誤的VI的名稱、含有錯誤的輸入端，以及清除錯誤的方法。 輸入接線端配置指定通道的輸入接線端配置。 默認 (1) 運行時，NIDAQmx將為通道選擇默認接線端配置。 自定義換算名稱指定用于通道的自定義換算的名稱。如需將自定義換算用于通道，可為該輸入端連接自定義換算，并將單位設置為來自自定義換算。 任務輸出是VI執(zhí)行結(jié)束后，對任務的引用。任務中包含全部新建的虛擬通道。任務輸入沒有連線時，NIDAQmx將自動創(chuàng)建該輸出引用的任務。 錯誤輸出包含錯誤信息。如錯誤輸入表明錯誤發(fā)生在VI或函數(shù)運行前，錯誤輸出將包含相同的錯誤信息。否則，錯誤輸出將表明VI或函數(shù)產(chǎn)生的錯誤狀態(tài)。右鍵單擊前面板上的錯誤輸出顯示控件，在快捷菜單中選擇解釋錯誤，可查看關(guān)于錯誤的更多信息。 狀態(tài)的值為TRUE（叉）時表示發(fā)生錯誤，值為FALSE（勾）時表示警告或無錯誤。 代碼是錯誤或警告代碼。狀態(tài)的值為TRUE時，代碼為非零錯誤代碼。狀態(tài)的值為FALSE時，代碼為零或警告代碼。 源確定錯誤發(fā)生的位置和原因。源字符串包含產(chǎn)生錯誤的VI的名稱、含有錯誤的輸入端，以及清除錯誤的方法。 任務/通道輸入是操作要使用的任務的名稱或虛擬通道列表。使用虛擬通道列表時，NIDAQmx將自動創(chuàng)建任務。 采樣率指定采樣率，以單每通道每秒采樣為單位。如使用外部源作為采樣時鐘，應將該輸入設置為時鐘的最大預期速率。 源指定采樣時鐘的源接線端。如未連線該輸入端，將使用設備的默認板載時鐘。 有效邊沿指定在采樣時鐘脈沖的上升/下降沿采集/生成采樣。 下降 (10171) 在采樣時鐘的下降沿采集/生成采樣。 上升 (10280) 在采樣時鐘的上升沿采集/生成采樣。 錯誤輸入說明VI或函數(shù)運行前發(fā)生的錯誤。默認值為無錯誤。如在VI或函數(shù)運行前發(fā)生錯誤，VI或函數(shù)將把錯誤輸入的值傳遞至錯誤輸出。如在VI或函數(shù)運行時發(fā)生錯誤，VI或函數(shù)將正常運行，并在錯誤輸出中設置自身的錯誤狀態(tài)。通過簡易錯誤處理器或通用錯誤處理器VI可檢測并報告應用程序中的錯誤。錯誤輸入和錯誤輸出用于檢查錯誤。通過將一個節(jié)點的錯誤輸入連接至另一節(jié)點的錯誤輸入，還可指定程序的執(zhí)行順序。 狀態(tài)的值為TRUE（叉）時表示發(fā)生錯誤，值為FALSE（勾）時表示警告或無錯誤。默認為FALSE。 代碼是錯誤或警告代碼。默認值為0。狀態(tài)的值為TRUE時，代碼為非零錯誤代碼。狀態(tài)的值為FALSE時，代碼為零或警告代碼。 源確定發(fā)生錯誤的位置。源字符串包含產(chǎn)生錯誤的VI的名稱、含有錯誤的輸入端，以及清除錯誤的方法。 采樣模式指定任務是否連續(xù)采集或生成采樣，或者采集或生成有限數(shù)量的采樣。 連續(xù)采樣 (10123) 在DAQmx停止任務VI運行前連續(xù)采集或生成采樣。 有限采樣 (10178) 采集或生成有限數(shù)量的采樣。 硬件定時單點 (12522) 連續(xù)采集或生成采樣，采用無緩沖的硬件定時。只有“采樣時鐘”和“檢測更改”定時類型支持硬件定時單點采樣模式。 每通道采樣指定采樣模式為有限采樣時，每個通道要獲取或生成的采樣數(shù)。如采樣模式是連續(xù)采樣，NIDAQmx將使用該值確定緩沖區(qū)大小。DAQmx開始任務任務/通道輸入是操作要使用的任務的名稱或虛擬通道列表。使用虛擬通道列表時，NIDAQmx將自動創(chuàng)建任務。 錯誤輸入說明VI或函數(shù)運行前發(fā)生的錯誤。默認值為無錯誤。如在VI或函數(shù)運行前發(fā)生錯誤，VI或函數(shù)將把錯誤輸入的值傳遞至錯誤輸出。如在VI或函數(shù)運行時發(fā)生錯誤，VI或函數(shù)將正常運行，并在錯誤輸出中設置自身的錯誤狀態(tài)。通過簡易錯誤處理器或通用錯誤處理器VI可檢測并報告應用程序中的錯誤。錯誤輸入和錯誤輸出用于檢查錯誤。通過將一個節(jié)點的錯誤輸入連接至另一節(jié)點的錯誤輸入，還可指定程序的執(zhí)行順序。 狀態(tài)的值為TRUE（叉）時表示發(fā)生錯誤，值為FALSE（勾）時表示警告或無錯誤。默認為FALSE。 代碼是錯誤或警告代碼。默認值為0。狀態(tài)的值為TRUE時，代碼為非零錯誤代碼。狀態(tài)的值為FALSE時，代碼為零或警告代碼。 源確定發(fā)生錯誤的位置。源字符串包含產(chǎn)生錯誤的VI的名稱、含有錯誤的輸入端，以及清除錯誤的方法。 任務輸出是在