虚拟仪器应用-项目9

1、2022-6-61项目9 电动自行车模拟系统虚拟仪器应用2022-6-62虚拟仪器应用2022-6-62项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计目录目录9.1项目描述9.2任务1前面板设计9.3 任务2转速控制与测量 9.4 任务3利用事件结构设计程序9.5任务4运行调试、测试思考题9虚拟仪器应用2022-6-63虚拟仪器应用2022-6-63项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.19.1项目描述项目描述 电动自行车以蓄电池作为辅助能源，在普通自行车的基础上安装了电机、控制器、蓄电池、调速转把等操纵部件和显示仪表系统。使用者可以使用脚踏板，也可以使用调速转

2、把手动调节角度来实现自行车的调速。 电动自行车的调速转把主要是选用线性霍尔元件，若电源供电为5V，霍尔元件敏感面磁场强弱变化时，其输出为1.0V4.2V连续线性变化。 本项目的目的是使用现有的实验设备，模拟电动自行车的行驶原理。 虚拟仪器应用2022-6-64虚拟仪器应用2022-6-64项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.19.1项目描述项目描述 9.1.1 项目目标 1. 了解线性霍尔元件和开关型霍尔元件 2. 了解电动自行车工作原理 3. 进一步学习模拟信号采集系统虚拟仪器应用2022-6-65虚拟仪器应用2022-6-65项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟

3、系统设计系统设计9.19.1项目描述项目描述 9.1.2 任务要求 本项目的任务是模拟电动自行车的行驶原理。使用线性霍尔模仿自行车调速转把的工作状态，使用霍尔模块上的直流电机模拟自行车车轮转动，使用开关型霍尔传感器测量电机转速，借此判定当前车速是高速、中速、低速。虚拟仪器应用2022-6-66虚拟仪器应用2022-6-66项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.19.1项目描述项目描述 9.1.3实践环境 硬件设备：计算机、NI PCI-6221数据采集卡、nextboard实验平台、nextsense_05（霍尔传感器模块）虚拟仪器应用2022-6-67虚拟仪器应用202

4、2-6-67项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.19.1项目描述项目描述 9.1.3实践环境 1. 霍尔传感器霍尔传感器是基于霍尔效应，用于各种与磁场有关的场合的一种磁场传感器。霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种，线性型霍尔传感器输出是模拟量，输出电压与外加磁场强度呈线性关系 两种霍尔元件两种霍尔元件工作原理图工作原理图虚拟仪器应用2022-6-68虚拟仪器应用2022-6-68项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.19.1项目描述项目描述 9.1.3实践环境 2.电机控制电路 由于霍尔传感器实验模块上使用的电机功率相对较大，无法直

5、接使用数据采集卡的AO通道驱动，故需要在面包板上搭建外接放大电路来完成电机的驱动控制，放大电路如图所示。电机驱动电路示意图虚拟仪器应用2022-6-69虚拟仪器应用2022-6-69项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.19.1项目描述项目描述 9.1.3实践环境为了测试电机驱动控制原理，可以在MAX中，打开数据采集卡的测试面板，切换至模拟输出，手动调节AO输出值（控制在9-10V之间），查看电机转速变化。AO输出电压高于5V后，电机方可转动，若没有转动，用手轻推一下小电机的转轮片。实验硬件模块的开关型霍尔输出端口是直接路由至数据采集板卡的计数器counter的，故若要使

6、用AI采集当前转速的信号，需要将开关型霍尔的输出端口和AI端口相连接。其他部分按照电路原理图搭建。虚拟仪器应用2022-6-610虚拟仪器应用2022-6-610项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.19.1项目描述项目描述 9.1.3实践环境 软件：LabVIEW（2011以上版本）、nextpad 虚拟仪器应用2022-6-611虚拟仪器应用2022-6-611项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.29.2任务任务1 1前面板设计前面板设计9.2.1自定义控件本项目可以制作两个自定义控件，一个是用来暂停的一个是用来开始的，如图9-3所示。在界面设

7、计中，可以将开始和暂停按钮并排放置，也可以让两个控件的重合，通过设定按钮可见与否实现按钮。按钮是否可见，使用属性节点修改控件属性即可。虚拟仪器应用2022-6-612虚拟仪器应用2022-6-612项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.29.2任务任务1 1前面板设计前面板设计 系统中，将通道设置安排在一个页面中，两种霍尔元件的输出波形放置在一个页面中，仿真界面放置在一个页面中，如图所示。 程序前面板设计：可以看到界面中使用示波器控件，自定义控件，LabVIEW官网提供的系统控件。虚拟仪器应用2022-6-613虚拟仪器应用2022-6-613项目项目9 9 智能窗帘模拟

8、智能窗帘模拟系统设计系统设计9.3 9.3 任务任务2 2转速控制与测量转速控制与测量 程序中同时有模拟信号的采集（AI）和模拟信号的生成（AO）。 模拟信号采集（AI）：设定物理通道、设定差分采集模式、设定采集电压的最大值和最小值、设定采样率大小。在while循环中，连续采样，一路读取线性霍尔传感器由于磁铁位置不同而得到的不同电压值。一路读取开关型霍尔的脉冲信号，计算当前的电机转速。采集任务结束，请关闭相关模拟通道，释放资源。（养成良好的编程习惯）虚拟仪器应用2022-6-614虚拟仪器应用2022-6-614项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.3 9.3 任务任务2

9、 2转速控制与测量转速控制与测量 程序中同时有模拟信号的采集（AI）和模拟信号的生成（AO）。 模拟信号发生（AO）：设定AO物理通道、设定输出值的最大最小范围，在while循环中，根据线性霍尔所采集的电压值，更新AO输出电压以控制电机转速。电机转速通过AI采集相应的脉冲信号并换算出电机转速。AO在结束任务时，需要将端口刷为0V，否则模拟输出通道会保持结束while循环的电压值不变，直至设备关闭。虚拟仪器应用2022-6-615虚拟仪器应用2022-6-615项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.3 9.3 任务任务2 2转速控制与测量转速控制与测量模拟信号模拟信号的连续

10、采的连续采集（集（AI）和生成（和生成（AO）虚拟仪器应用2022-6-616虚拟仪器应用2022-6-616项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.4 9.4 任务任务3 3利用事件结构设计程序利用事件结构设计程序 事件结构：事件结构： 通常使用事件结构，会将其放置于while循环内，事件结构有一个特别的帧：超时帧，事件结构左上角的超时输入端口的默认值为-1，含义为永不进入超时帧； 若将输入值设定为其他常量，如100，表示100ms内无任何事件发生，则程序进入超时帧，执行其中功能代码，完成后，结束本次循环进入下一次等待状态，若接下来的100ms依旧无其他事件发生，则程序进

11、入超时帧执行功能代码。 直到点击停止按钮，程序结束。虚拟仪器应用2022-6-617虚拟仪器应用2022-6-617项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计项目程序，包含超时帧应用的事件结构项目程序，包含超时帧应用的事件结构9.4 任务任务3利用事件结构设计程序利用事件结构设计程序虚拟仪器应用2022-6-618虚拟仪器应用2022-6-618项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.4 任务任务3利用事件结构设计程序利用事件结构设计程序创建任务帧创建任务帧虚拟仪器应用2022-6-619虚拟仪器应用2022-6-619项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟

12、系统设计系统设计9.4 任务任务3利用事件结构设计程序利用事件结构设计程序 程序说明：程序说明： 程序框图：AI及AO数采程序，使用事件结构完成界面按钮响应。 如图所示，移位寄存器的初始值为-1，直到开始采集的按钮被按下，才将移位寄存器的数值修改为90，即为90ms内无其他事件发生，程序会持续的做数据采集的读写操作，直到有其他事件发生（如按下暂停按钮）。 其它的几个事件分支分别是： 开始：AI和AO端口配置； 暂停：暂停采集； 停止：停止采集，将所有的通道清零并释放。虚拟仪器应用2022-6-620虚拟仪器应用2022-6-620项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.4

13、任务任务3利用事件结构设计程序利用事件结构设计程序开始事件程序框图开始事件程序框图虚拟仪器应用2022-6-621虚拟仪器应用2022-6-621项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.4 任务任务3利用事件结构设计程序利用事件结构设计程序 讨论：讨论： 为了防止用户误操作，在开始采集后禁用开始采集按钮，可以考虑在开始采集的事件帧中，使用属性节点将start按钮隐藏，将暂停按钮显示。虚拟仪器应用2022-6-622虚拟仪器应用2022-6-622项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.5 9.5 任务任务4 4运行调试、测试运行调试、测试 测试任务：测试

14、任务： 本项目中，使用线性霍尔部分放置小磁铁的圆盘模拟转动电动车的调速车把，圆盘角度变化模拟调速车把的旋转，输出模拟量用来控制电机转速；电机转速模拟自行车转速；使用开关型霍尔测量当前电机转速，得出当前转速值。虚拟仪器应用2022-6-623虚拟仪器应用2022-6-623项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.5 9.5 任务任务4 4运行调试、测试运行调试、测试 操作步骤操作步骤 1、将nextsense_05模块安置在对应的nextboard平台的模拟信号槽位槽位上. 2、使用nextpad检测模块是否正常使用。 3、搭建电机驱动电路。 4、打开nextpad中传感器选

15、项，选择“5”打开霍尔传感器实验，查看线性霍尔传感器输出的模拟波形变化是否正常，开关型霍尔的计数值是否正确； 5、根据任务要求，编写VI； 6、在nextpad中，读取数据I/O物理通道号，填写到自己的VI通道号中，运行调试VI； 7、进行功能测试，截取图片，撰写项目报告。虚拟仪器应用2022-6-624虚拟仪器应用2022-6-624项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.5 9.5 任务任务4 4运行调试、测试运行调试、测试 操作流程：操作流程： 转动放置磁铁的圆盘线性霍尔的电压值变化转速控制信息量AO通道输出量电机转速控制开关型霍尔测得的脉冲变化电机转速测定，完成调试、测试。虚拟仪器应用2022-6-625虚拟仪器应用2022-6-625项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.5 9.5 任务任务4 4运行调试、测试运行调试、测试 测试任务：测试任务： 本项目中，使用线性霍尔部分放置小磁铁的圆盘模拟转动电动车的调速车把，圆盘角度变化模拟调速车把的旋转，输出模拟量用来控制电机转速；电机转速模拟自行车转速；使用开关型霍尔测量当前电机转速，得出当前转速值。虚拟仪器应用2022-6-626虚拟仪器应用2022-6-626项目项目9 9 智能窗帘模拟智能窗帘模拟系统设计系统设计9.5 9.5 任务任务4 4运行调试、