电机转速测量.pdf

课程设计一课程设计一课程设计一课程设计一 电机电机电机电机转速测量转速测量转速测量转速测量 一一一一 设计目的设计目的设计目的设计目的 1 掌握电机转速测量方法 2 了解工业上输送线测量速度传感器 3 利用开放式传感器实验箱更具体的了解测量速度传感器的工作原理和应用 并模拟实际的 采集和记录功能 4 掌握正确调试电路的方法 二二二二 设计任务及要求设计任务及要求设计任务及要求设计任务及要求 1 测量电机转速 2 根据所提供的设备 正确选择传感器 相关元件 计算机 LabVIEW 虚拟仪器软件和 DRLAB 快速可重组综合实验台为必选设备 传感器的范围已经给定 其他元件可根据自己需求自行选择 3 论述基本原理 并画出相关电路图 论述本次设计中所设计到的所有相关知识概念及原理 电路图可以参考教材电路 最好自己设计 4 按照电路原理图在开放式传感器实验箱中搭建电路 在调试电路时注意各元件的性能参数指标 避免损坏 通过改变可调电阻大小改变电机转速 较理想电机转速范围 10 转 分 50 转 分 5 参考已完成的脚本 使用 LabVIEW 来设计光电传感器虚拟仪器 包括前后面板 脚本中的控件自己任意选择 脚本中应注出自己与合作者的姓名 班级等信息 6 软硬件结合验证 并调试 直到测试正确 给出测量的结果和分析 包括数据数据表格和曲线关系等 7 回答相关问题 三三三三 设计使用的设计使用的设计使用的设计使用的仪器和设仪器和设仪器和设仪器和设备备备备 1 计算机 2 LabVIEW 虚拟仪器软件 3 DRLAB 快速可重组综合实验台 4 开放式传感器实验箱 5 应变力式传感器 光敏电阻 集成温度传感器 霍尔开关传感器 CS3020 铂电阻温度传感 器 k 型热电偶 二集管温度传感器 三集管温度传感器 噪声传感器 6 电阻 光源 跳线等 四四四四 总体设计总体设计总体设计总体设计 一一一一 设计方案设计方案设计方案设计方案 1 传感器的选择 霍尔开关传感器 CS3020 2 硬件实现 通过霍尔开关传感器与电机飞轮上的小磁片产生霍尔效应 3 软件实现 应用 LabVIEW 编写实验脚本 4 设计整体验证 软件硬件结合 测试验证设计的正确性 二二二二 基本原理基本原理基本原理基本原理 图 1 1 是霍尔开关集成传感器的内部结构框图 当有磁场作用在传感器上时 根据霍尔效 应原理 霍尔元件输出霍尔电压 Vh 该电压经放大器放大后 送至施密特整形电路 当放大后 的 Vh 电压大于 开启 阀值时 施密特整形电路翻转 输出高电平 使输出三极管导通 当 磁场减弱时 霍尔元件输出的 Vh 电压很小 施密特整形电路再次翻转 输出低电平 输出三 极管关闭 这样 一次磁场强度的变化 就使传感器完成一次开关动作 当被测电机飞轮上装有 N 只磁性体时 飞轮每转一周磁场就变化 N 次 霍尔传感器输出的 电平也变化 N 次 通过计算即可知道电机的转速 图 1 1 原理图 五五五五 具体步骤具体步骤具体步骤具体步骤 一一一一 硬件实现步骤硬件实现步骤硬件实现步骤硬件实现步骤 1 准备相应的硬件设备 包括传感器和其它元器件 2 按图 1 2 图 1 3 在实验电路板上搭建好电路 并仔细检查接线 可参考接线图 1 4 3 安装好电机 调整霍尔传感器同电机飞轮的相对位置 使传感器正面同磁体的距离 5mm 左 右 由霍尔传感器输出信号脉冲的频率就可以计算出直流电机的转速 如磁铁个数为 N 转速 为 n 脉冲频率为 f 则有 n f N 通常 转速的单位是转 分钟 所以要在上述公式的得数再 乘以 60 才是转速数据 即 n 60 f N 注 实验中搭建电路时确保霍尔传感器的三个引脚连接正确 将霍尔传感器较窄的一面对准飞 轮上的磁体 并使两者之间距离保持在大约 5mm 图 1 2 电路图 图 1 3 管脚说明 图 1 4 电路连接图 二二二二 软件实现步骤软件实现步骤软件实现步骤软件实现步骤 1 在桌面上运行 LabVIEW 主程序图标 或在 开始 程序中运行快捷方式 进入 LabVIEW 工作平面 如图 1 5 示 图 1 5 LabVIEW 工作平面 2 点击选项 或者点击文件 新建 VI 如图 1 6 所示 图 1 6 新建 VI 3 弹出前面板和程序框图 如图 1 7 1 8 所示 图 1 7 前面板 图 1 8 程序框图 4 在设计虚拟仪器界面前 需要对所设计的系统有完整的了解 知道其需要用到的 VI 针对此个霍尔传感器转速测量系统的设计 需要两个数值输入控件分别控制采集芯片的采 样频率和采样长度 需要一个布尔开关来控制界面脚本的运行与停止 需要一个波形图显 示控件来实时显示信号波形 找到需要的所有控件 并将其置于前面板上 右键点击前面 板弹出控件选板 点击数值控件 点击数值输入控件 如图 1 9 所示 图 1 9 选择数值输入控件 5 选择数值输入控件后 界面如图 1 10 所示 图 1 10 添加有数值输入控件的界面 6 如步骤 5 所示再次添加一个数值输入控件 如图 1 11 所示 图 1 11 再次添加有数值输入控件的界面 7 将这两个数值输入控件的标签分别改成其对应控制的内容 以方便系统设计和原理程序框 图的连接 双击 数值 和 数值 2 分别将其更改为 采样频率 和 采样长度 如 图 1 12 所示 图 1 12 更改标签后的界面 8 右键点击前面板弹出控件选板 点击布尔控件 点击开关按钮 如图 1 13 所示 图 1 13 点击布尔控件 9 布尔控件中各控件的作用基本一致 可依据个人喜好来选择 选择开关按钮后 将其置 于合适的位置 如图 1 14 所示 图 1 14 选择开关按钮 10 右键点击前面板弹出控件选板 点击图形控件 点击波形图 如图 1 15 所示 图 1 15 波形图选择 11 选择波形图后 波形图根据实际需要来选择 将其置于合适的位置 如图 1 16 所示 图 1 16 初步完成的前面板界面 12 在前面板上按住 CTRL E 或者点击窗口 选择显示程序框图激活程序框图界面 如图 1 17 所示 图 1 17 程序框图界面 13 右击程序框图界面弹出函数选板 点击选择 VI 如图 1 18 所示 图 1 18 函数选板 14 选择下拉菜单中 select a VI 选项 如图 1 19 所示 图 1 19 选择子 VI 15 在对话框中选择 getUSBAdwave111 如图 1 20 所示 图 1 20 选择虚拟采集芯片 16 点击确定 将虚拟采集芯片放置到程序框图上 如图 1 21 所示 图 1 21 放置虚拟采集芯片 17 调整各控件的布局以方便连线 将输入数值控件和布尔开关分别连接到虚拟采集芯片 对应的连接处 将虚拟采集芯片的三通道输出连接到波形图 默认下通过三通道来采集实 际的信号 如图 1 22 所示 图 1 22 布局连线 18 右击程序框图界面弹出函数选板 点击布尔控件 选择真常量 如图 1 23 所示 图 1 23 选择布尔控件 真常量 19 将真常量控件置于合适位置并将其连接到虚拟采集芯片的三通道输入上 以激活虚拟 采集芯片的三通道数据采集功能 如图 1 24 所示 图 1 24 连接真常量控件 20 最终前面板和流程图框 如图 1 25 1 26 图 1 25 最终前面板 图 1 26 最终程序框图 21 至此 实际信号的采集 波形显示全部完成 为测量出飞轮的转速需要对采集到的信 号进行分析计算 三三三三 设计设计设计设计整体验证整体验证整体验证整体验证 实验步骤实验步骤实验步骤实验步骤 1 安装好电机 调整霍尔传感器同电机飞轮的相对位置 使传感器正面同磁体的距离 5mm 左 右 2 依次打开实验箱电源开关 电路板电源开关和电机飞轮开关 3 在脚本界面中 点击连续运行按钮 点击开关按钮 此时 观察实验运行情况 如图 1 27 从图中读取飞轮转速 此时飞轮转速为 54 转 分 图 1 27 实验运行情况 4 通过改变可调电阻大小改变电机转速 再次观察实验运行情况 如图 1 28 所示 此时飞轮 转速为 37 转 分 图 1 28 实验运行情况 四四四四 提交设计报告提交设计报告提交设计报告提交设计报告 改为小结改为小结改为小结改为小结 设计报告包括以下主要内容 1 设计目的及要求 2 设计使用的仪器和设备 3 完整的检测系统设计方案 4 相关知识及原理 5 检测电路的设计图纸及实验电路 6 硬件 软件实验步骤 7 设计整体验证 8 小结 9 参考资料 六六六六 回答相关问题回答相关问题回答相关问题回答相关问题 1 什么是传感器 传感器定义 答 能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置 2 传感器由哪几个部分组成 分别起到什么作用 答 传感器由敏感元件 转换元件 基本电路三部分组成 1 敏感元件 感受被测量 2 转换元件 将响应的被测量转换成电参量 3 基本电路 把电参量接入电路转换成电量 3 传感器特性在检测系统中起到什么作用 答 传感器处于研究对象与测试系统的接口位置 即检测与控制之首 传感器是感知 获取与检测 信息的窗口 一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容 易传输与处理的电信号 其作用与地位特别重要 4 解释下列名词术语 1 敏感元件 2 传感器 3 信号调理器 4 变送器 4 答 敏感元件 指传感器中直接感受被测量的部分 传感器 能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置 通常由敏感元件 和转换元件组成 信号调理器 对于输入和输出信号进行转换的装置 变送器 能输出标准信号的传感器 1 传感器的性能参数反映了传感器的什么关系 静态参数有哪些 各种参数代表什么意义 动态参数有那些 应如何选择 答 静特性是当输入量为常数或变化极慢时 传感器的输入输出特性 其主要指标有线性度 迟滞 重复性 分辨力 稳定性 温度稳定性 各种抗干扰稳定性 传感器的静特性由静特性曲线反映出 来 静特性曲线由实际测绘中获得 人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器 传感器的分类 按传感器的工作机理 物理型 化学型 生物型等 按构成原理 结构型与物性型两大类 根据传感器的能量转换情况 能量控制型和能量转换型两大类 按照物理原理 电参量式传感器 半导体式传感器 压电式传感器 光电式传感器 气 电式 传感器 热电式传感器 波式传感器