动力工程测控技术实验指导书

0动力工程测控技术实验指导书上海理工大学2004.101目录实验一I/O通道接口实验2实验二自动检测压力实验5实验三计算机控制灯泡亮度实验8实验四风洞流量的控制实验10实验五材料导热系数测定实验13实验六恒温水箱温度控制实验162实验一I/O通道接口实验1实验目的掌握如何将外部信号和计算机内部信号进行交换；掌握CAE中的接口地址的概念。2实验原理计算机内部的总线（表示数据的电线）按其不同的用途可分为地址线、数据线和控制线，数据线用以传输实在的数据，地址线用以决定数据传给谁，控制线用以决定何时传、怎么传以及是否允许传等。这好比送邮件，数据线就好比是邮件，地址线就好比是房间号码等，而控制线就好比房间有没有人收等，只有房间里有人收邮件，且房间号码都正确时，才能完成邮件的递送。同样在计算机内部传送数据时也要地址线上的信号正确，且控制线打开了相应的存储单元，数据就可以传达相应的单元。对外部设备而言，要跟计算机交换信息，也必须按计算机的规律给外部信息进行编码，也就是给外部设备以一定的地址。当计算机发送信息时的地址跟该外部设备的地址一样时，就可以将计算机的信息传给外部设备；同样当计算机从某个地址读取信息时的地址跟外部设备一样，计算机就可以从外部设备获取所须的信息。所以，在实际的控制中，一定要给设备进行编码，这也主要表现在给A/D、D/A接口板进行相应的的编码。编码，说穿了就是将计算机的地址线按一定的逻辑关系进行组合。编码的方法有很多种，这里我们选用最简单的一种从而帮助掌握接口地址的概念。现有一个可提供和接收标准信号的控制设备，要求将设备的地址信号定为2F0H--2F3H，也就是说计算机向地址2F0H--2F3H发数据到该控制设备，而从地址2F0H--2F3H取数据即是从该设备取数据。我们知道，PC计算机的输入输出通道（接线总口）提供了共20根地址线，用来编码I/O地址时只有共10根地址线可使用。最简单的编码方法是将要编成的地址拆成二进制数，2FOH--2F3H可拆成1011110000B--1011110011B；然后取出二进制的共同部分10111100，用简单的与门和非门来实现，不同部分用译码电路来实现。图1-1逻辑电路框图共同部分可表示成逻辑表达式，为1的位取正逻辑，为0的位取负逻辑，10111100表示为：323456789AAAAAAAAF（1―1）F为控制设备所必备的，这是因为当A9到A2中有一位不是遵循10111100的规律，F就为零，也就无法大开该设备大门。F信号用与非门实现如图1-1。图1-274LS138引脚图表1-174LS138真值表输入输出G1G2AG2BCBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70×××××11111111×1××××11111111××1×××111111111000000111111110000110111111100010110111111000111110111110010011110111100101111110111001101111110110011111111110从其引脚图和真值表可看到74LS138的输出那一位有效是根据CBA的编码情况来的，我们将C一直接地，A1地址线接到B上，A0接到A上。则当A0A1分别为00、01、10、11时，有Y0到Y3分别有效，将前面的F接到G1上，G2A、G2B永远接地，就有当A9到A0为1011110000时Y0有效，为1011110001时Y1有效，为1011110010时Y2有效，为10111110011时Y3有效，这也就相当于Y3到Y0分别对应着2F3H到2F0H的地址信号。43实验装置及仪器使用方法本实验利用被称之为面包板的接插板来模拟计算机的接口情况。面包板由几块有许多小孔的小板组成，最上面的一排X排上的小孔都是相通的（跟电源的正极相通），最下面的一排Y排上的小孔也是相通的（跟电源的负极相通），中间的小孔每列分成两部分，每列的上部分5个小孔是相通的，每列的下部分5个小孔也是相通的，通常将芯片的插脚分别插入上部分和下部分，可用插到相应列的其它小孔里，从而将芯片的插脚引出来。板上有一排切换开关，当将开关拨至ON时，相应脚上的逻辑为0，拨至OFF时逻辑为1，本实验可用这些开关的输出脚来模拟计算机的10根地址线，可用这些开关作为电路的输入。板上还有一排发光二极管，当其的输入为1时，二极管就发光，为0时就不发光，这可作为电路的输出。图1-3I/O通道接口实验接线图4实验要求1.按所给的实验板、74LS138译码器、与非门等实验器材完成电路搭建工作。2.通过拨动切换开关来改变电路的输入信号，再分析发光二极管的发光与否，来观察和判断电路是否正确。3.编写实验报告。5实验二自动检测压力实验1实验目的掌握如何将具体的物理量变成可检测的模拟量；掌握如何用A/D转换接口板来检测具体的模拟信号。2实验原理我们知道，用A/D转换可以将一定的直流电压信号转变成相应的数字信号，但是在实际控制中并不是都是来检测和控制直流电压的大小，往往是要求检测一些其他的物理量，比如压力、流量、温度等信号，这就无法用A/D转换后来直接测量，但目前社会上基本都有这样的变送器可将这些物理量变为电压信号。如YSH-3型霍尔压力变送器。使用这些变送器常需要做如下工作：1.将被测物理信号跟变送器相连，对压力变送器而言就是将其接到相应的管道中去；2.将变送后的电压信号送至A/D转换部件，常是A/D转换接口板（或卡）；3.给变送器提供工作电源。A/D转换可使用A/D转换接口卡来实现，A/D转换接口卡形状如：卡的下方有一块凸出的部分，其上面有许多铜皮条，当将卡插到计算机的通道扩展槽上时，这些铜条就跟扩展槽上的卡簧接触，可将计算机的总线等引出以供A/D卡使用。A/D跟外部信号是通过一些导线直接相连的，常在卡靠近计算机后面一端有一插座，可从插座上引出导线。一块A/D卡一般可以对好多模拟量进行测量，这就有一个转换通道的概念，所谓转换通道可简单理解为外部信号有几条进入A/D卡进行A/D转换的路，对A/D卡而言，每次转换都要确定对哪一条通道上的信号进行转换。外部信号可任意接到A/D卡的任何一条通道上。完成了硬件设备的连接后就可以编程序进行检测了。在编程之前，先介绍一下A/D卡常用的接口地址，它们包括：通道选择口，A/D卡一般来讲只有一套A/D转换电路，虽然能对许多模拟量进行测量，但同时只能有一路模拟量被测量，计算机可向这一地址发一数据（命令），来确定A/D卡此时对那一通道模拟量进行测量。启动转换口，A/D在接受到计算机发给该口的命令后，就开始对选择好的通道上的模拟量进行转换。高位数据采集口，在开始转换时，常通过检查该口读入的数据，来判断转换是否结束，在转换结束后，可从该口读到转换好的数据（高位）。低位数据采集口，现在一般A/D卡都是12位（bit）的，而计算机从段口地址一次读入的数据只能是8位的，这样就将A/D转换好的数据分成两次读入计算机，通常用前面讲的高位数据采集口读入12位的高4位数据，而低位数据采集口读入低8位的数据。从以上的接口地址的分析，程序一般相应包括以下几个部分：1.选择通道，计算机要发一命令A/D卡的通道选择口，通常是向通道选择口发一数据即可，该6数据一般是0--31之间的一个数，不同的数据表示不同的通道；2.启动转换，计算机向启动转换口发一数据即可，常为0。3.等待转换结束，计算机从高位数据采集口读数据，根据读得的数据来判断转换是否结束；有时不用这种等待的方法，不去判断是否结束，而是让计算机等待一个足够A/D转换的固定时间；4.读转换数据，从高位数据采集口读取高4位数据，从低位数据采集口读取低8位数据，并将这两个数据合并为一个12位的数据；5.求得被测量，一般来说A/D转换的满量程为5V，也就是当被测电压为5V时，A/D转换取得的每位数据均为1，对12位而言为212-1=4095，由此可知，当采得的数据为D，则被测得电压40955DV。3实验装置及仪器使用方法本实验要求计算机测试一可变化的压力信号。压力信号由压力计产生，压力计的使用分几步进行：调节压力计的四个脚，使其保持好的水平度；打开压力计的油盒阀门，并将手摇活塞摇出，以使油盒里的油流到管道中去；关上油盒的阀门，油就被封装在管道中，摇动活塞中的压力就发生变化，可将压力变送器的测压点也接到压力计的管道中。图2-1自动检测压力实验装置压力变送器的电气连接跟前面讲的一般的变送器的连接一样。改变压力计管道内的压力，压力变送器就将压力值变换为一个0到20mV的电压信号。压力跟微弱信号的关系可看成是线性的。由于压力变送器产生的电压信号较小不能直接给A/D卡进行测量，要经过信号放大器将其放大100或250倍左右，放大器的电气连接很简单，1。将微弱信号接至输入端；2。将输出端接至A/D卡等；3。接好放大器的工作电源。信号放大后，将其接到A/D卡的通道上（信号正极接通道口，负极接A/D卡的地）。实验装置如图2-1所示。74实验要求1.将所给器材搭建好电路。2.编制好测试程序，改变压力信号，通过计算机测得相应的压力值。3.编写实验报告。8实验三计算机控制灯泡亮度实验1实验目的掌握如何用D/A转换接口板来输出一个所需的模拟信号；掌握如何利用模拟信号来控制具体的物理量。2实验原理D/A转换跟A/D转换一样，是控制中不可缺少的重要环节之一。要实现D/A转换的功能，市场上也有现成的产品，这种产品的性能都经过了多年的考验，其线路的排列与走向都经过不断的改善，在抗干扰等方面的性能都比我们自己用D/A转换芯片搭建的电路来得好，而其价格也越来越低廉，所以我们也像A/D转换一样，可将D/A转换卡来实现D/A转换的功能。D/A转换卡形状和A/D转换卡相似，有时将D/A转换与A/D转换并在一起形成转换卡，它们的使用方法都相似，将卡插到计算机的通道扩展槽上，就可以D/A转换卡与计算机的连接，D/A转换卡也有跟设备相连的接线口，只要从这些口上用导线引到设备的控制部件即可。D/A转换卡的接口地址是针对每一D/A转换而言的，每一D/A转换都有两个接口地址：高位数据口，计算机从该D/A转换所需D的高位部分输给D/A转换卡，在12位D/A转换中，常常是高4位数据口；低位数据口，计算机从该口D/A转换所需数据D的低位部分输给D/A转换卡，在12位D/A转换中，常常是低8位数据口。D/A转换的编程比A/D转换要简单得多，只需D/A转换所需的数据传送给D/A转换卡即可，这个数据在控制的开始是一人为的经验数据，在控制过程中通过直接改变其的大小来达到控制的目的。针对12位D/A转换接口卡，用Pascal语言和Basic语言D/A转换程序简单编程如下：Pasic语言Basic语言D=V/10*4095；5D=/V10*4095；计算D/A转换所需要是数据Dh=trunc(d/256)；10h=int(d/256)；计算数据D的高四位l=d-h*256；20l=d-h*256；计算数据D的低四位port[高位数据口]：=h30out高位数据口，h；高位数据送到D/A转换卡port[低位数据口]：=l40out低位数据口，l；低位数据送到D/A转换卡完成上面的编程后，就可以D/A转换卡的接线口得到一定的模拟量，常是0-5V，或0-10V,或4-20mA，或0-10mA,的信号，这些信号是无法带动我们的电机、水泵等，这中间还需要一控制机构，如：可控硅调压器、变频仪等，这些控制机构可以根据输入的信号而输出不同的可提供给执行机构运行的电源，从而实现具体物理量的调节。控制机构的电气连接非常简单，一般有三个部分：91D/A转换得到的模拟信号接到控制机构的控制线上；2将控制机构的输出电源接到具体的执行机构（加热器、电机、水泵）上；3接上控制机构的输入电源（如接到市电上）。3实验装置及仪器使用方法图3-1计算机控制灯泡亮度装置本实验要求通过改变给计算机的数据来改变灯泡的亮度。D/A转换卡的使用可参见书后的附录，本实验中要求输出0到5V的标准信号。控制机构是可控硅调压器，可控硅调压器（调功器）是自动控