【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 速?；魻柶骷怯砂雽?dǎo)體材料制成的一種薄片，在垂直于平面方向上施加外磁場(chǎng)B，在沿平面方向兩端加外電場(chǎng)，則使電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，結(jié)果在器件的2個(gè)側(cè)面之間產(chǎn)生霍爾電勢(shì)。其大小和外磁場(chǎng)及電流大小成比例?；魻栭_(kāi)關(guān)傳感器由于其體積小、無(wú)觸點(diǎn)、動(dòng)態(tài)特性好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，故在測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)物體旋轉(zhuǎn)速度領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在這里選用美國(guó)史普拉格公司(SPRAGUE)生產(chǎn)的3000系列霍爾開(kāi)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(shì)發(fā)生器、放大器、史密特觸發(fā)器和集電極開(kāi)路輸出電路，具有工作電壓范圍寬、可靠性高、外電路簡(jiǎn)單、輸出電平可與各種數(shù)字電路兼容等特點(diǎn)。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與施加于電機(jī)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(jī)的電壓從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在這里采用簡(jiǎn)單的比例調(diào)節(jié)器算法(簡(jiǎn)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(huì)產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)，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(qiáng)，動(dòng)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(duì)于大多數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，Kp太大時(shí)將會(huì)引起自激振蕩。比例調(diào)節(jié)的主要缺點(diǎn)是存在靜差，對(duì)于擾動(dòng)的慣性環(huán)節(jié)，Kp太大時(shí)將會(huì)引起自激振蕩。對(duì)于擾動(dòng)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(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性，需采用調(diào)節(jié)規(guī)律比較復(fù)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(gè)實(shí)驗(yàn)成功與否，不僅取決與軟硬件的設(shè)計(jì)，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(huì)提高的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，而且會(huì)使實(shí)驗(yàn)電路得到簡(jiǎn)化，所以我們要正確的選擇實(shí)驗(yàn)器件。 霍爾元件 3053 直流電機(jī)圖31是一臺(tái)直流電機(jī)的最簡(jiǎn)單模型。N和S是一對(duì)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(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵質(zhì)圓柱體，稱為電樞鐵心。 直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖一個(gè)用絕緣導(dǎo)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(gè)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(gè)半圓銅片上又分別放置一個(gè)固定不動(dòng)而與之滑動(dòng)接觸的電刷A和B，線圈abcd通過(guò)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(fù)極)上，則線圈abcd中流過(guò)電流，在導(dǎo)體ab中，電流由a指向b，在導(dǎo)體cd中，電流由c指向d。導(dǎo)體ab和cd分別處于N、S極磁場(chǎng)中，受到電磁力的作用。用左手定則可知導(dǎo)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(gè)轉(zhuǎn)矩稱為電磁轉(zhuǎn)矩，為逆時(shí)針?lè)较颉＿@樣，電樞就順著逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，(a)所示。當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)180176。，導(dǎo)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(shí)針?lè)酵?由此可見(jiàn)，加于直流電動(dòng)機(jī)的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，使直流電動(dòng)機(jī)電樞線圈中流過(guò)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(dòng)機(jī)朝確定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。 實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)，電樞圓周上均勻地嵌放許多線圈，相應(yīng)地?fù)Q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(dòng)機(jī)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(gè)獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)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(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬；4）共模范圍很大，為0~（）Vo；5）差動(dòng)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(yīng)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(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門(mén)限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開(kāi)路。當(dāng)“”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)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(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)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(huì)影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。 信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)當(dāng)霍爾元件3503感應(yīng)到磁場(chǎng)變化時(shí)，其3腳的輸出電壓也會(huì)相應(yīng)變化。該電壓經(jīng)LM393比較后輸出，將電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成具有周期性的矩形脈沖型號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和頻率的測(cè)量?；魻枩y(cè)頻電路如下圖33所示。 霍爾測(cè)頻電路當(dāng)電路接通后，+5V的電源通過(guò)電阻R0201向二極管LED201供電，燈發(fā)光表示電路接通，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始。霍爾元件3053通電工作，它的3端是輸出電壓，讓后進(jìn)入比較器LM393。和它比較的電壓通過(guò)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(gè)電壓信號(hào)從輸出端輸出，經(jīng)過(guò)采集模塊，采集到采集卡中，在傳輸?shù)絧c機(jī)上，進(jìn)而再通數(shù)據(jù)的處理，得到自己想要的信息。信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)處理電路，把模擬信號(hào)變換為用于數(shù)據(jù)采集、控制過(guò)程、執(zhí)行計(jì)算顯示讀出或其他目的的數(shù)字信號(hào)。模擬傳感器可測(cè)量很多物理量，如溫度、壓力、光強(qiáng)等...但由于傳感器信號(hào)不能直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，這是因?yàn)閭鞲衅鬏敵鍪窍喈?dāng)小的電壓、電流或電阻變化，因此，在變換為數(shù)字信號(hào)之前必須進(jìn)行調(diào)理。調(diào)理就是放大，緩沖或定標(biāo)模擬信號(hào)等，使其適合于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入。然后，ADC對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，并把數(shù)字信號(hào)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(hào)調(diào)理將您的數(shù)據(jù)采集設(shè)備轉(zhuǎn)換成一套完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這是通過(guò)幫助您直接連接到廣泛的傳感器和信號(hào)類型(從熱電偶到高電壓信號(hào))來(lái)實(shí)現(xiàn)的。關(guān)鍵的信號(hào)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(hào)調(diào)理簡(jiǎn)單的說(shuō)就是將待測(cè)信號(hào)通過(guò)放大、濾波等操作轉(zhuǎn)換成采集設(shè)備能夠識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。是指利用內(nèi)部的電路(如濾波器、轉(zhuǎn)換器、放大器等…)來(lái)改變輸入的訊號(hào)類型并輸出之。因?yàn)楣I(yè)信號(hào)有些是高壓，過(guò)流，浪涌等，不能被系統(tǒng)正確識(shí)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(hào)調(diào)理，要視待采信號(hào)的特點(diǎn)而定，若信號(hào)很小，則要經(jīng)過(guò)放大將信號(hào)調(diào)理到采集卡能夠識(shí)別的范圍，若信號(hào)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(shè)計(jì) 程序的主體由一個(gè)大的while循環(huán)結(jié)構(gòu)嵌套一個(gè)選擇結(jié)構(gòu)組成。主要對(duì)程序的初始化，等待采集的開(kāi)始。 等待實(shí)驗(yàn)用戶可以設(shè)置實(shí)驗(yàn)的參數(shù)，程序就設(shè)置的參數(shù)，等待用戶是否開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。然后轉(zhuǎn)到下一步‘開(kāi)始試驗(yàn)’。 開(kāi)始試驗(yàn)創(chuàng)建虛擬輸入通道任務(wù)輸入指定要添加VI創(chuàng)建的虛擬通道的任務(wù)的名稱。如沒(méi)有指定任務(wù)，NIDAQmx將自行創(chuàng)建任務(wù)并將VI創(chuàng)建的通道添加至該任務(wù)。 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(shè)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(guò)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(shí)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(diǎn)（例如，DAQmx觸發(fā)VI的源輸入端）中引用這些通道時(shí)，必須使用自定義名稱。 對(duì)于使用“DAQmx創(chuàng)建虛擬通道”VI創(chuàng)建的多個(gè)虛擬通道，通過(guò)用逗號(hào)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(dòng)分配名稱。 單位指定從通道返回的電壓測(cè)量所使用的單位。 來(lái)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(cuò)誤輸入說(shuō)明VI或函數(shù)運(yùn)行前發(fā)生的錯(cuò)誤。默認(rèn)值為無(wú)錯(cuò)誤。如在VI或函數(shù)運(yùn)行前發(fā)生錯(cuò)誤，VI或函數(shù)將把錯(cuò)誤輸入的值傳遞至錯(cuò)誤輸出。如在VI或函數(shù)運(yùn)行時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，VI或函數(shù)將正常運(yùn)行，并在錯(cuò)誤輸出中設(shè)置自身的錯(cuò)誤狀態(tài)。通過(guò)簡(jiǎn)易錯(cuò)誤處理器或通用錯(cuò)誤處理器VI可檢測(cè)并報(bào)告應(yīng)用程序中的錯(cuò)誤。錯(cuò)誤輸入和錯(cuò)誤輸出用于檢查錯(cuò)誤。通過(guò)將一個(gè)節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤輸入連接至另一節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤輸入，還可指定程序的執(zhí)行順序。 狀態(tài)的值為T(mén)RUE（叉）時(shí)表示發(fā)生錯(cuò)誤，值為FALSE（勾）時(shí)表示警告或無(wú)錯(cuò)誤。默認(rèn)為FALSE。 代碼是錯(cuò)誤或警告代碼。默認(rèn)值為0。狀態(tài)的值為T(mén)RUE時(shí)，代碼為非零錯(cuò)誤代碼。狀態(tài)的值為FALSE時(shí)，代碼為零或警告代碼。 源確定發(fā)生錯(cuò)誤的位置。源字符串包含產(chǎn)生錯(cuò)誤的VI的名稱、含有錯(cuò)誤的輸入端，以及清除錯(cuò)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(rèn) (1) 運(yùn)行時(shí)，NIDAQmx將為通道選擇默認(rèn)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(shè)置為來(lái)自自定義換算。 任務(wù)輸出是VI執(zhí)行結(jié)束后，對(duì)任務(wù)的引用。任務(wù)中包含全部新建的虛擬通道。任務(wù)輸入沒(méi)有連線時(shí)，NIDAQmx將自動(dòng)創(chuàng)建該輸出引用的任務(wù)。 錯(cuò)誤輸出包含錯(cuò)誤信息。如錯(cuò)誤輸入表明錯(cuò)誤發(fā)生在VI或函數(shù)運(yùn)行前，錯(cuò)誤輸出將包含相同的錯(cuò)誤信息。否則，錯(cuò)誤輸出將表明VI或函數(shù)產(chǎn)生的錯(cuò)誤狀態(tài)。右鍵單擊前面板上的錯(cuò)誤輸出顯示控件，在快捷菜單中選擇解釋錯(cuò)誤，可查看關(guān)于錯(cuò)誤的更多信息。 狀態(tài)的值為T(mén)RUE（叉）時(shí)表示發(fā)生錯(cuò)誤，值為FALSE（勾）時(shí)表示警告或無(wú)錯(cuò)誤。 代碼是錯(cuò)誤或警告代碼。狀態(tài)的值為T(mén)RUE時(shí)，代碼為非零錯(cuò)誤代碼。狀態(tài)的值為FALSE時(shí)，代碼為零或警告代碼。 源確定錯(cuò)誤發(fā)生的位置和原因。源字符串包含產(chǎn)生錯(cuò)誤的VI的名稱、含有錯(cuò)誤的輸入端，以及清除錯(cuò)誤的方法。 任務(wù)/通道輸入是操作要使用的任務(wù)的名稱或虛擬通道列表。使用虛擬通道列表時(shí)，NIDAQmx將自動(dòng)創(chuàng)建任務(wù)。 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(shí)鐘，應(yīng)將該輸入設(shè)置為時(shí)鐘的最大預(yù)期速率。 源指定采樣時(shí)鐘的源接線端。如未連線該輸入端，將使用設(shè)備的默認(rèn)板載時(shí)鐘。 有效邊沿指定在采樣時(shí)鐘脈沖的上升/下降沿采集/生成采樣。 下降 (10171) 在采樣時(shí)鐘的下降沿采集/生成采樣。 上升 (10280) 在采樣時(shí)鐘的上升沿采集/生成采樣。 錯(cuò)誤輸入說(shuō)明VI或函數(shù)運(yùn)行前發(fā)生的錯(cuò)誤。默認(rèn)值為無(wú)錯(cuò)誤。如在VI或函數(shù)運(yùn)行前發(fā)生錯(cuò)誤，VI或函數(shù)將把錯(cuò)誤輸入的值傳遞至錯(cuò)誤輸出。如在VI或函數(shù)運(yùn)行時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，VI或函數(shù)將正常運(yùn)行，并在錯(cuò)誤輸出中設(shè)置自身的錯(cuò)誤狀態(tài)。通過(guò)簡(jiǎn)易錯(cuò)誤處理器或通用錯(cuò)誤處理器VI可檢測(cè)并報(bào)告應(yīng)用程序中的錯(cuò)誤。錯(cuò)誤輸入和錯(cuò)誤輸出用于檢查錯(cuò)誤。通過(guò)將一個(gè)節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤輸入連接至另一節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤輸入，還可指定程序的執(zhí)行順序。 狀態(tài)的值為T(mén)RUE（叉）時(shí)表示發(fā)生錯(cuò)誤，值為FALSE（勾）時(shí)表示警告或無(wú)錯(cuò)誤。默認(rèn)為FALSE。 代碼是錯(cuò)誤或警告代碼。默認(rèn)值為0。狀態(tài)的值為T(mén)RUE時(shí)，代碼為非零錯(cuò)誤代碼。狀態(tài)的值為FALSE時(shí)，代碼為零或警告代碼。 源確定發(fā)生錯(cuò)誤的位置。源字符串包含產(chǎn)生錯(cuò)誤的VI的名稱、含有錯(cuò)誤的輸入端，以及清除錯(cuò)誤的方法。 采樣模式指定任務(wù)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(wù)VI運(yùn)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(shí)單點(diǎn) (12522) 連續(xù)采集或生成采樣，采用無(wú)緩沖的硬件定時(shí)。只有“采樣時(shí)鐘”和“檢測(cè)更改”定時(shí)類型支持硬件定時(shí)單點(diǎn)采樣模式。 每通道采樣指定采樣模式為有限采樣時(shí)，每個(gè)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(kāi)始任務(wù)任務(wù)/通道輸入是操作要使用的任務(wù)的名稱或虛擬通道列表。使用虛擬通道列表時(shí)，NIDAQmx將自動(dòng)創(chuàng)建任務(wù)。 錯(cuò)誤輸入說(shuō)明VI或函數(shù)運(yùn)行前發(fā)生的錯(cuò)誤。默認(rèn)值為無(wú)錯(cuò)誤。如在VI或函數(shù)運(yùn)行前發(fā)生錯(cuò)誤，VI或函數(shù)將把錯(cuò)誤輸入的值傳遞至錯(cuò)誤輸出。如在VI或函數(shù)運(yùn)行時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，VI或函數(shù)將正常運(yùn)行，并在錯(cuò)誤輸出中設(shè)置自身的錯(cuò)誤狀態(tài)。通過(guò)簡(jiǎn)易錯(cuò)誤處理器或通用錯(cuò)誤處理器VI可檢測(cè)并報(bào)告應(yīng)用程序中的錯(cuò)誤。錯(cuò)誤輸入和錯(cuò)誤輸出用于檢查錯(cuò)誤。通過(guò)將一個(gè)節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤輸入連接至另一節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤輸入，還可指定程序的執(zhí)行順序。 狀態(tài)的值為T(mén)RUE（叉）時(shí)表示發(fā)生錯(cuò)誤，值為FALSE（勾）時(shí)表示警告或無(wú)錯(cuò)誤。默認(rèn)為FALSE。 代碼是錯(cuò)誤或警告代碼。默認(rèn)值為0。狀態(tài)的值為T(mén)RUE時(shí)，代碼為非零錯(cuò)誤代碼。狀態(tài)的值為FALSE時(shí)，代碼為零或警告代碼。 源確定發(fā)生錯(cuò)誤的位置。源字符串包含產(chǎn)生錯(cuò)誤的VI的名稱、含有錯(cuò)誤的輸入端，以及清除錯(cuò)誤的方法。 任務(wù)輸出是在