工业控制技术实验指导书

1、 018 工 业 控 制 技 术 实验指导书福建农林大学机电工程学院机械工程教研室编制0前言1实验一 Arduino控制板工作原理与编程21.1 目的21.2 要求21.3 预备知识：31）Arduino 2560的原理图；32）走马灯程序的工作原理51.4 实验内容61.5实验步骤61.6 实验设备71.7思考71.8提高部分（选做）71.9程序样例7实验二 直流电动机调压调速101.1 目的101.2 要求101.3 预备知识：101）带编码器直流电动机的工作原理102）LCD1602的使用方法111.4 实验内容121.5实验步骤121.6 实验设备131.7思考131.8提高部分（选做

2、）131.9程序样例14实验三 直流电动机PWM调速151.1 目的151.2 要求151.3 预备知识：151）L298N驱动模块的工作原理152）PWM调速原理161.4 实验内容161.5实验步骤171.6 实验设备181.7思考181.8提高部分（选做）181.9程序样例18实验四 步进电动机转速转向控制241.1 目的241.2 要求241.3 预备知识：241）二相步进电动机工作原理242）步进电机驱动器使用方法251.4 实验内容261.5实验步骤261.6 实验设备261.7思考271.8提高部分（选做）27 1.9程序样例27附一、实验报告格式29附二、实验注意事项30实验三

3、 直流电动机PWM调速（3学时）1.1 目的（1）了解直流电动机转速与转向控制原理；（2）熟悉L298N驱动模块的工作原理；（3）熟悉PWM调速原理；（4）掌握直流电动机PWM调速编程；1.2 要求（1）简要说明直流电动机转速与转向控制原理；（2）熟记L298N驱动模块的使用方法和工作原理；（3）熟练的通过PWM进行调速；（4）完成直流电动机PWM调速编程与实现；（5）编程实现直流电动机加速-匀速-减速过程;（6）提交经调试通过的程序一份并附实验报告一份（实验步骤、内容、结果及分析等）1.3 预备知识： 1） L298N驱动模块的工作原理 电机 旋转 方式控制端 IN1控制端 IN2输入PWM

4、信号改变 脉宽可调速 调速端 ENA M1 正转 高 低 高 反转 低 高 高 停止 低 低 高直流电机电源线接IN1和IN2，Arduino上带有PWM输出数字口接到ENA上可调速。编码器线按上次试验接法。白色可调电源正负极接到模块上的VCC和GND上。2） PWM调速原理平均值u为：u=(t1*U)/(t1+t2) = (t1*U)/T=d*U式中d为占空比，d=t/T占空比越大，平均电压越高，速度则越大，所以通过调节占空比可以调速。 1.4实验内容1） 通过改变占空比来调节电机速度2) Ardunino的程序编写与编译, 下载3) 用外用表测出不同占空比时对应的电机两端的电压4) 由LC

5、D1602读出不同占空比时对应的电机速度5) 绘出占空比、电压和速度之间的关系曲线1.5实验步骤1. 准备好实验所需材料。 2.把Arduino、LCD1602、电机、L298N和可调电源连接好; 电机橙色和黄色线连接到L298N模块的OUT1和OUT2管脚上，IN1和IN2连接到Arduino 的数字口，ENA连接到带PWM输出的数字口，+5连接到Arduino的电源管脚上，模块上的VCC和GND连接到可调电源的正负极。3.编写控制程序。 4.把下载线连接到电脑上进行下载。 5.用外用表测出不同占空比对应的电压值并记录。 6.由LCD1602读出不同占空比对应的电机速度并记录。 7.绘制出d

6、、u、n之间的关系曲线。 8.试验完成后整理好自己的材料。 1.6 实验设备 Arduino实验箱一套(包括:Arduino控制板一个，L298N驱动模块一个，USB下载线一个，杜邦线若干，带编码器直流电机一个，12v电源一个，1602 液晶一个)； PC机一台及其它附件； 可调电源一台； 数字示波器一台。1.7思考(1)如何通过程序来控制电机加速-匀速-减速？(2)分析d、u、n之间的关系。（重点）1.8提高部分（选做）（1） 通过PID算法实现电机转速的控制。（2） 利用4X4矩阵键盘调节电机转速。1.9部分程序样例1.#include <LiquidCrystal.h>#in

7、clude <FlexiTimer2.h> LiquidCrystal lcd(36,37,30,31,32,33);unsigned char keyvalue44=0,0,0,0;unsigned char key;volatile unsigned long tt;unsigned int aa;unsigned char i,j,k,l;unsigned int table13=51,68,85,102,119,136,153,170,187,204,221,238,255;/对应不同的占空比#define PinA 2 /中断0#define IN3 42#define

8、IN4 43#define DUTY 6void keyscan() / 扫描按键 for(int i=22;i<26;i+) digitalWrite(i,LOW); for(int j=26;j<30;j+) keyvaluei-22j-26=digitalRead(j); digitalWrite(i,HIGH); void keyprocess() / 键值处理 for(int m=0;m<4;m+) for(int l=0;l<4;l+) if(keyvalueml=0) key=m*4+l+1; void setup() key=0; pinMode(Pin

9、A,INPUT); /D2脚为输入 pinMode(IN3,OUTPUT); pinMode(IN4,OUTPUT); pinMode(DUTY,OUTPUT); lcd.begin(16,2); FlexiTimer2:set(500,flas); for(int i=22;i<30;i+) pinMode(i,OUTPUT); for(int i=22;i<30;i+) digitalWrite(i,HIGH); for(int i=26;i<30;i+) pinMode(i,INPUT); attachInterrupt(0,count,RISING); FlexiTi

10、mer2:start();void loop() while(1) keyscan(); keyprocess(); lcd.setCursor(0,0); switch(key) /通过按键改变占空比来调节速度 case 1: lcd.print(" forward "); lcd.setCursor(2,1); lcd.print(" "); digitalWrite(IN4,HIGH); /正转 digitalWrite(IN3,LOW);break; case 2: lcd.print(" reversion "); lcd.

11、setCursor(2,1); lcd.print(" "); digitalWrite(IN4,LOW); /反转 digitalWrite(IN3,HIGH);break; case 3:analogWrite(DUTY,table0); lcd.setCursor(8,0); lcd.print(" 20.00"); lcd.setCursor(8,1); lcd.print(i); lcd.print(j); lcd.print(k); lcd.print(l);break; case 4:analogWrite(DUTY,table1); lc

12、d.setCursor(8,0); lcd.print(" 26.67"); lcd.setCursor(8,1); lcd.print(i); lcd.print(j); lcd.print(k); lcd.print(l);break; case 5:analogWrite(DUTY,table2); lcd.setCursor(8,0); lcd.print(" 33.33"); lcd.setCursor(8,1); lcd.print(i); lcd.print(j); lcd.print(k); lcd.print(l);break; cas

13、e 6: analogWrite(DUTY,table3); lcd.setCursor(8,0); lcd.print(" 40.00"); lcd.setCursor(8,1); lcd.print(i); lcd.print(j); lcd.print(k); lcd.print(l);break; case 7:analogWrite(DUTY,table4); lcd.setCursor(8,0); lcd.print(" 46.67"); lcd.setCursor(8,1); lcd.print(i); lcd.print(j); lcd.

14、print(k); lcd.print(l);break; case 8:analogWrite(DUTY,table5); lcd.setCursor(8,0); lcd.print(" 53.33"); lcd.setCursor(8,1); lcd.print(i); lcd.print(j); lcd.print(k); lcd.print(l);break; case 9:analogWrite(DUTY,table6); lcd.setCursor(8,0); lcd.print(" 60.00"); lcd.setCursor(8,1);

15、lcd.print(i); lcd.print(j); lcd.print(k); lcd.print(l);break; case 10:analogWrite(DUTY,table7); lcd.setCursor(8,0); lcd.print(" 66.67"); lcd.setCursor(8,1); lcd.print(i); lcd.print(j); lcd.print(k); lcd.print(l);break; case 11:analogWrite(DUTY,table8); lcd.setCursor(8,0); lcd.print("

16、73.33"); lcd.setCursor(8,1); lcd.print(i); lcd.print(j); lcd.print(k); lcd.print(l);break; case 12:analogWrite(DUTY,table9); lcd.setCursor(8,0); lcd.print(" 80.00"); lcd.setCursor(8,1); lcd.print(i); lcd.print(j); lcd.print(k); lcd.print(l);break; case 13:analogWrite(DUTY,table10); lc

17、d.setCursor(8,0); lcd.print(" 86.67"); lcd.setCursor(8,1); lcd.print(i); lcd.print(j); lcd.print(k); lcd.print(l);break; case 14:analogWrite(DUTY,table11); lcd.setCursor(8,0); lcd.print(" 93.33"); lcd.setCursor(8,1); lcd.print(i); lcd.print(j); lcd.print(k); lcd.print(l);break; c

18、ase 15:analogWrite(DUTY,table12); lcd.setCursor(8,0); lcd.print(" 100"); lcd.setCursor(8,1); lcd.print(i); lcd.print(j); lcd.print(k); lcd.print(l);break; case 16:analogWrite(DUTY,0); lcd.print(" stop "); lcd.setCursor(2,1); lcd.print(" ");break; if(key>2&&key<16) lcd.setCursor(3,0); lcd.print("DUTY:"); lcd.setCursor(14,0