南邮测控综合实验第五次实验报告

南京邮电大学自动化学院

实验报告

实验名称：直流电机转速测控系统

课程名称：测控技术与仪器专业综合实验

所在专业：测控技术与仪器

学生姓名：林若愚

班级学号： B12050518

任课教师：戎舟

2014 /2015 学年第二学期

实验地点：教5-214 实验学时：4

摘要：

本实验主要是以光电传感器为核心的直流电机转速控制系统。主要是通过对电机驱动和转速数据测量模块的研究及其核心控制系统，该控制系统主要包括硬件装置和控制软件两部分。介绍了直流电机调速的相关知识，及PID调整的基本原理和实现方法。采用的电子元器件简单普遍，线路连接简单，安装调试容易，测量结果精确，具有较高的实用价值。简单实用，很方便，实用价值高。

一、实验目的

1、理解所用传感器的工作原理，掌握传感器的使用；

2、掌握直流电机转速测试和控制电路的设计；

3、掌握计算机测控的原理和方法。

二、实验内容

基于ELVIS平台设计电机速度测试电路，设定预计转速，根据实际转速，实现相应的控制算法，完成对马达速度的闭环控制。

三、实验设备

（1）计算机 1台

（2）ELVIS数据采集平台 1台

（3）EE-SX672A光电传感器模块 1个

（4）5V直流电机 1个

四、实验硬件原理

1.直流电机转速测控系统结构和硬件

直流电机转速测控系统包括电机模块、EE-SX672A光电传感器模块、NI ELVIS平台和计算机。由传感器模块、电机上的转盘和数据采集卡对电机转速进行测试，在计算机中由程序计算出电机转速后采用PID算法得到对电机转速控制的输出直流电压。

（1）直流电机：

电机是使机械能与电能相互转换的硬件，直流电机就是把直流电能转换成机械能。作为机电执行元部件，直流电机内部有一个闭合的主磁路。主磁通在主磁路中流动，同时与两个电路交联，其中一个电路是用以产生磁通的，称为激磁电

路，另外一个是用来传递功率，称为功率回路或者电枢回路。现行的直流电动机都是旋转电枢式，也就是说激磁绕组及其所包围的铁芯组成的磁极为定子，带换向单元的电枢绕组和电枢铁芯结合构成直流电动机的转子。

（2）光电传感器

光电传感器一般由发送器、接收器和检测电路三部分组成。发送器一般为半导体光源、发光二极管（LED）、激光二极管或及红外发射二极管，对准目标发射光束，光束连续发射，或以脉冲方式发射，脉冲宽度可调。在接收器的前面，要装有光学元件如光圈和透镜等。接收器一般由光电二极管、光电三极管或光电池组成。接收器接收信号后通过检测电路输出有效信号。

光电传感器有凹槽形光电传感器、对射型光电传感器、反光型光电开关和扩散反射型光电开关等几种类型。

以凹槽型光电传感器为例，凹槽型光电传感器把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧。发光器能发出红外线和可见光，在无阻的情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一个控制动作，产生一个脉冲。

采用光电传感器对直流电机的转速进行测试，将电机转盘插入到光电传感器内部，当光线可以穿透转盘时，传感器上的红灯不亮，输出的是高电平；当光线不可以穿透转盘时，传感器上的红灯亮起，输出的是低电平。所以当电机转动时，转盘在传感器内部转动，输出的是脉冲信号，测出脉冲信号的频率，继而可以求得转动的速度。

和平台连接时，采用NI ELVIS平台的可调直流电源作为直流电机的输入，传感器的输出脉冲信号，送至ELVIS平台上的计数器进行测频。

2.电机转速测量

ELVIS平台的计数器由四个部分组成：

Count register—计数寄存器，该寄存器用来存储当前的计数值。它的存储范围跟计数器的分辨率有关，对于PXI-6259来说，计数器的分辨率是32bit，所以寄存器的计数范围是0~2^32-1，到达最大值后，又从0开始计数。

Source—被计数的信号从source端引入。

Gate—确定计数是否启动的门控信号。

Output—用于输出单个脉冲或脉冲序列。

计数器通常被应用在以下任务中：

对数字脉冲信号进行边沿计数；

生成单个数字脉冲或脉冲序列；

对脉冲的高低电平宽度、周期、频率等特性进行测量；

对编码器返回的旋转角度、线性位置等信息进行测量。

图1 计数器相关范例程序的位置

（1）边沿计数

在边沿计数应用中，物理连接上只需将待计数的信号连入 Source 端即可。程序中可以设定为对信号的上升沿或是下降沿迚行计数。如果待计数的信号源是频率已知的标准时基信号，我们还可以将计数值转换为时间值从而实现对时间的精确测量。如图 5-2 所示。

物理连线做法：在 MAX 中鼠标右键点击 6259，得到它的引脚定义图。由于我们准备使用6259 中的计数器 0，它的 Source 端为 37pin， PFI8 引脚。所以，我们利用 BNC-2120上的波形发生器生成 TTL 脉冲，并将它与 PFI8 引脚

相连。

接下来，看一下范例程序“简单边沿计数.vi”。计数器通道选择 6259/ctr0，设置计数方向（向上递增还是向下减小），待计数的脉冲边沿（对上升沿计数还是下降沿计数），开始计数值（一般设为 0），然后运行程序即可。

图2 边沿计数原理图

有时在计数应用中会增加一个门控信号，当门控信号有效时，才对脉冲边沿进行计数，门控信号无效，则计数不改变。参考范例“门控边沿计数.vi”，它使用了“DAQ触发”属性节点，如图5-3所示。在该属性节点中设置门控信号的输入引脚（演示程序中为6259/PFI1），以及停止计数的门控信号状态（演示程序中为高电平）。经过这样的配置后，当PFI引脚上的信号为低电平时，计数器0正常计数；如果PFI引脚上的信号为高电平，则计数器暂停计数。

图3 门控边沿计数通过属性节点设置