北大普通物理综合实验课件4程控电路

程控电路一、实验内容1.A/D卡的使用2.步进电机的程控3.传感器的特性以及程控测量4.惠普公司HEWLEFT34401A多功能万用表的程控测量5.编写软件实现程控。（NotLabView，JustUseVB6）二、实验设计6A/D卡入口EB25-30-01HEWLEFT34401A10交变220V1,2,8控制步进电机3,4,5控制选择电阻片的4个接头6控制电流换向Terminate传感器1线圈Channel13控制电流反向913转换电路Channel2三路电阻片选择信号转换电路控制电源方向的继电器电源50ab15直流电源9600bps,8数据位,偶校验1280/18路I/O控制1计算机COM接计算机地线电阻片4接头1cd传感器2470AC/DC5V/0.2A12V/1.2AMK15W/12V5V-512UGN3503传感器3Channel3步进电机2程控设计电路（示意图）1411惠普公司HEWLEFT34401A多功能万用表的程控1、连接方式：RS232方式连接到计算机的COM口，属于串行通讯。2、程控查询：对COM口发送控制字符串，由万用表将查询值存储在缓存区。例如：启动：SYSTem:REMote直流电压：MEARsure:VOLTage:DC?交流电流：MEARsure:CURRent:AC?3、数据传输速度由于HEWLEFT34401A采用的是串行通讯协议，各位逐次从源地送到目的地，因此它的传输速度不可能太快。如果采用9600bps的传输速度，这样像发送“a”这样一个字符需要占用10位左右，如此像发送一条MEARsure:VOLTage:DC?这样的指令需要上百位。惠普公司HEWLEFT34401A多功能万用表的程控传输速度＝300/9600s=31ms实际上：万用表只能达到500ms左右的传输速度，也就是说每秒可以向万用表发送两次查询请求。这对于实时采集来说，速度是远远不够的。4、数据精度？6位半。6A/D卡入口EB25-30-01HEWLEFT34401A10交变220V1,2,8控制步进电机3,4,5控制选择电阻片的4个接头6控制电流换向Terminate传感器1线圈Channel13控制电流反向913转换电路Channel2三路电阻片选择信号转换电路控制电源方向的继电器电源50ab15直流电源9600bps,8数据位,偶校验1280/18路I/O控制1计算机COM接计算机地线电阻片4接头1cd传感器2470AC/DC5V/0.2A12V/1.2AMK15W/12V5V-512UGN3503传感器3Channel3步进电机2程控设计电路（示意图）1411STARTSHAPHONE公司17HS系列步进电机SH-2H090M步进电机驱动器1、控制原理通过AD卡的开关量输出来控制步进电机。如图所示：1）Pulse口的负脉冲使步进电机转动一格。2）Direction端“1”,“0”两种状态分别表示步进电机步进的两个方向。3）Free端置“0”，使转轴自由。DirectionSTEPMOTOR+5VFreePositiveComPulseSTARTSHAPHONE公司17HS系列步进电机SH-2H090M步进电机驱动器2、工作原理略3、电器技术数据microstepsettingsNum.Angle20.90°50.36°100.18°200.09°400.045°STARTSHAPHONE公司17HS系列步进电机SH-2H090M步进电机驱动器4、为什么要使用步进电机？由于实验中给线圈的加强电流的恒流源需要手动操作，无法满足程控需要，因此使用步进电机带动电源的转轴，以使输出的电流发生变化，进而改变线圈的磁场。而步进电机在连接了驱动器后可以通过A/D卡的开关量输出来进行控制：P6A/D卡入口EB25-30-01HEWLEFT34401A10交变220V1,2,8控制步进电机3,4,5控制选择电阻片的4个接头6控制电流换向Terminate传感器1线圈Channel13控制电流反向913转换电路Channel2三路电阻片选择信号转换电路控制电源方向的继电器电源50ab15直流电源9600bps,8数据位,偶校验1280/18路I/O控制1计算机COM接计算机地线电阻片4接头1cd传感器2470AC/DC5V/0.2A12V/1.2AMK15W/12V5V-512UGN3503传感器3Channel3步进电机2程控设计电路（示意图）14113503RatiometricLinearHall-EffectSensors1、3503霍尔传感器的特性UGN3503是用来测量磁场的传感器，它能把磁场信号转化为电压信号，具有以下特点：–灵敏度高–响应频带宽–输出噪音低–工作电压4.5～6V–MagneticallyOptimizedPackage3503RatiometricLinearHall-EffectSensorsUo＝2.666V线形区内，斜率为0.0218，即外界磁场每改变1mT,输出电压改变21.8mV。Bmax=±250mT3503RatiometricLinearHall-EffectSensors从上面的3503的特性曲线从可以看出，它是本试验理想的传感器件。我们将3503的输出电压接到A/D卡的模拟量输入端，通过计算机实时采集电压信号，就可以感知实时的磁场强度：P6A/D卡入口EB25-30-01HEWLEFT34401A10交变220V1,2,8控制步进电机3,4,5控制选择电阻片的4个接头6控制电流换向Terminate传感器1线圈Channel13控制电流反向913转换电路Channel2三路电阻片选择信号转换电路控制电源方向的继电器电源50ab15直流电源9600bps,8数据位,偶校验1280/18路I/O控制1计算机COM接计算机地线电阻片4接头1cd传感器2470AC/DC5V/0.2A12V/1.2AMK15W/12V5V-512UGN3503传感器3Channel3步进电机2程控设计电路（示意图）1411A/D卡的使用以及程控过程上面我们把程控过程中的一些器件逐一罗列了一边，往下，将引出最重要的程控工具——A/D卡。1.本实验所使用A/D技术参数本实验所使用的A/D卡是北京瑞博华控制技术有限公司生产的－A/D7202－PCI总线接口－100kSps(SamplePerSecond)－12位32通道A/D－2通道D/A－8通道数字输入/8通道数字输出A/D卡的使用以及程控过程2、程控布线以及流程：A/D卡开关量输出脉冲信号→驱动步进电机→带动电源，产生输出电流的变化→引起线圈中磁场的变化→传感器UGN3503感知→通过A/D卡的模拟量输入，使计算机感知。其它信号RS232123456789控制电路＋选择信号1Vcc磁场信号4b3传感器acd选择信号31布线（示意图）1HEWLEFT34401A控制电路换向继电器COM1/COM2开关量输出12345678+2方向控制R3电源GND-4选择信号2模拟量输入12345678UGN3503AD7202StepMotor线圈脉冲FREE2电源反向A/D卡的使用以及程控过程3、软件4300行：P大小：860KVisualBasic6.0编译NT4.0/win2000调试通过A/D卡的使用以及程控过程左图演示了分别用A/D卡和惠普HEWLEFT34401A采集同一信号。图中抖动的曲线为A/D卡所采集信号，另一为惠普万用表所采集的信号，可见惠普的万用表精度更加高（毕竟HEWLEFT34401A价值上万啊！）A/D卡的使用以及程控过程左图演示了分别为AD卡的通道1、通道2输入两频率差一倍的正弦信号，并且以通道1作X轴，通道2作Y轴作图后所得到的李萨如图形。A/D卡的使用以及程控过程左图演示了本程序操作IO开关量输出、磁场控制的界面A/D卡的使用以及程控过程每次采集数据后，程序都将自动把数据保存，以便于采用MatLab，Origin等软件处理。一些实验心得个人觉得这个实验难度很大的，因为很多时候需要你有很强的动手能力和丰富的电子线路知识，计算机知识。其间经历了几次失败，像惠普万用表的程控问题，起初就一直被一个不起眼的小问题所难。但是我们组4个人始终紧密团结在一起，直至最后攻克下眼前的三个课题，胜利实在来之不易。感谢主讲老师对于我们孜孜不倦地指导、帮助。感谢实验中心所有的老师。