基于CVI可视界面的直流电机测控系统的设计毕业论文 推荐Word下载.docx

1、基于CVI可视界面的直流电机测控系统的设计摘要直流电动机由于具有良好的起动、制动性能，适宜在大范围内平滑调速等特点，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统中得到了广泛的应用。本设计应用单片机（AT89S52）来实现直流电机的双向控制、转速的检测和显示、波形的整形和利用RS232与计算机进行通信的过程，其中利用Labwindows/CVI编写上位机用户界面软件来实时的获取直流电机的转速。设计中用protel99SE完成电路原理图的绘制，实现了系统硬件模块的搭建，利用Proteus对原理图进行仿真，最后利用专业编程语言和keilc软件对设计的电路进行编程。关键词：单片机 Labwindows/C

2、VI RS232串口通信 protel99SE keilc CVI-based visual interface of the DC Motor Control SystemAbstractDC motor as a good start, braking performance, suitable for a large range of speed and so smooth in many needed fast forward and reverse speed or power drive system has been widely used. The design applica

3、tion MCU （AT89S52） to achieve bi-directional DC motor control, speed detection and display, waveform shaping and the use RS232 to communicate with the computer process, including use of Labwindows / CVI preparation of PC user interface software for real-time DC motor speed. Design using protel99SE c

4、omplete circuit schematic drawing, hardware modules to achieve system structures, using Proteus schematic diagram of the simulation, the final use of specialized programming languages and software design of the circuit keilc programming.Keywords：SCM Labwindows/CVI RS232 serial communication protel99

5、SE keilc 第一章 设计的总体思想本设计要完成的任务是利用单片机来控制直流电动机, 并设计其硬件电路，包括直流电机双向控制电路，转速检测电路，波形整形电路、转速显示电路、RS232通信电路。其中单片机负责底层的对电机的PWM控制，分为正转和反转，转速分为低速、中速、高速。单片机还负责获取光电传感器检测到的转盘转速（即电机的转速），并用整形电路对波形整形。同时还利用单片机的串口与计算机通信，在LabWindows/CVI中编写上位机用户界面软件，向单片机发送改变转速的命令，按照正转和反转及转速（低、中、高），来实时控制电机，并采集其电机转速数据。采用巴特沃斯滤波器进行滤波，实时显示电机转速

6、波形，并将采集到的数据保存在.txt文件中。设计结构图如图1所示：图1 设计的结构图第二章 直流电动机2.1 直流电机的概述在现实生活中，直流电动机较为常见，因为大部分的电动玩具中使用的都是直流电动机，这一类直流电动机体积小、功率低、转速高，在一些比较小的场合十分适用，但它的特性与大型直流电动机十分相似。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础。由运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异。使许多控制

7、功能及算法可以采用软件技术来完成，不但为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，而且使系统能达到了更高的性能，从而大大节约了人力资源，降低了系统成本，有效地提高了工作效率。1、直流电动机的工作原理直流电动机由转子部分和定子部分组成。转子部分由电枢和换向器组成。电枢由漆包线缠绕在特殊形状的铁氧体上构成，换向器是电枢绕组的线圈引出端，通常情况下，直流电动机 有3个绕组，那么换向器就有3个，由于换向器的存在，使得电枢绕组内的电流在不同的磁极下电流的方向不同，从而保证直流电动机的转子能够向一个方向旋转。定子部分由励磁和电刷（碳刷）组成。在直流电机中励磁部分大都是由永久磁铁构成，电刷一般由铜片构成，与换向器

8、进行滑动接触，用于将外部加载的直流电压传送到电枢绕组中。（1）、直流电动机的电磁转矩 直流电动机的工作原理图如图2所示：图2 直流电动机的原理图F为导体受到的电磁力，该值大小为：F=Bli，式中，B为导体所在处的磁通密度；l为导体在磁场中的长度;i为导体中流过的电流。由于电磁力的存在，使得沿着电枢的外圆切线方向产生电磁转矩。直流电动机产生的电磁转矩作为驱动转矩使直流电动机旋转。当直流电动机带着负载匀速旋转时，其输出转矩必定与负载转矩相等，但直流电动机的输出转矩不是电磁转矩。因为直流电动机本身的机械摩擦（例如轴承的摩擦、电刷和换向器的摩擦等）和电枢铁芯中的涡流、磁滞损耗都要引起阻转矩，此转矩用T

9、0表示。这样，直流电动机的输出转矩T2便等于电磁转矩T减去直流电动机本身的阻转矩T0。所以，当直流电动机克服负载阻转矩TL匀速旋转时，则有:T2=T-T0=TL表明，当直流电动机稳态运行时，其输出转矩的大小由负载阻转矩决定。实际上，直流电动机经常运行在转速变化的情况下，例如启动、停转或反转等，以此必须考虑转速转速改变时的转矩平衡关系。当直流电动机的转速改变时，由于电动机及负载具有转动惯量，将产生惯性转矩Tj，即：Tj=Jd/dt式中，J为负载和电动机转动部分的转动惯量，即折算到电动机轴上的转动惯量； 为电动机的角速度；d/dt为电动机的角加速度。这时电动机轴上的转矩平衡方程式为：T2-TL=T

10、j=Jd/dt（1）或： T2=TL+Tj=TL+Jd/dt（2）式2表明当输出转矩T2大于负载转矩TL时，d/dt0，说明电动机在加速；当输出转矩T2小于负载转矩TL时，d/dt0,说明电动机在减速。可见此式表示转速变化时电动机轴上的转矩平衡关系，所以称为电动机的动态转矩平衡方程式。2、 电动机的特性当直流电动机的转速N=0时，此时电动机上的电流最大，电流值的大小可以根据式Ist=Ua/Ra进行计算（Ist时直流电动机的启动电流）。出现N=0的情况有两种：一种是直流电动机在启动的瞬间；另一种情况是电动机堵转，即当电动机运行时，如果外加阻转矩过大，造成直流电动机停转的现象。这两种情况的出现对于

11、直流电动机来说都是比较致命的。所以在保证直流电动机能够正常启动的同时最好能降低启动电流，在直流电动机运行过程中为了防止电动机出现堵转现象，如果有条件的话可以在电动机轴上加装飞轮装置，或者在选择电动机时，考虑好需要带动负载的大小，一般的，最好让直流电动机带动全部负载时的功率的60%-80%，这样既保护了直流电动机，同时效率也比较高。第三章 Labwindows/CVI的简介3.1 虚拟仪器的简介虚拟仪器是计算机技术、仪器技术和通信技术相结合的产物。虚拟仪器的目的是利用计算机强大资源使硬件技术软件化，分立元件模块化，降低程序开发的复杂程度，增强系统的功能和灵活性。虚拟仪器基于计算机的软硬件测试平台

12、，它可以代替传统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等；可集成自动控制、工业控制系统；可自由构建专有仪器系统。它由计算机、应用软件和仪器硬件组成。虚拟仪器系统是将仪器硬件搭载到计算机平台，并辅以相应软件而构成的。虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，大大降低了仪器硬件的成本，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理功能。从发展史看，电子测量仪器经历了由模拟仪器、智能仪器到虚拟仪器三个阶段。如果在计算机中插入数据采集卡，利用计算机高速计算能力完成仪器信号的分析与处理、结果的输出，就可

13、以把传统仪器的所有功能模块集成在一台计算机上，软件称为仪器系统的关键。虚拟仪器技术的优势在于可由用户自己定义通用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛，尤其在科研、开发、测量、检测、计量、控制等领域，更是不可多得优秀开发工具。虚拟仪器技术先进，符合国际上流行的“硬件软件化”的发展趋势。它功能强大，可实现示波器、逻辑分析仪、频谱仪信号发生器等多种普通仪器全部功能，配以专用探头和软件，还可以检测特定系统的参数；它操作灵活，完全图形化界面；它集成方便，不但可以和高速数据采集设备构成自动测量系统，而且可以和控制设备构成自动控制系统。3.2 虚拟仪器的结构一个典型的数据采集控制系统由传感器

14、、信号调理电路、数据采集卡（板）、计算机、控制执行设备五部分组成。一个好的数据采集产品不仅应具备良好性能和高可靠性，还应提供高性能的驱动程序和简单易用的高层语言接口，使用户能较快速地建立可靠的应用系统。近年来，由于多层电路板、可编程仪器放大器、即插即用、系统定时控制器、多数据采集板实时系统集成总线、高速数据采集的双缓冲区以及实现数据高速传送的中断、DMA（直接存储器存取）等技术的应用，使得最新的数据采集卡能保证仪器级的高准确度与可靠性。软件是虚拟仪器测控方案的关键。虚拟仪器的软件系统主要分为四层结构：系统管理层、测控程序层、仪器驱动层和I/O接口层。I/O接口驱动程序完成特定外部硬件设备的扩展

15、、驱动和通信。驱动软件有如下的基本功能。 以特定的采样频率获取数据。 在处理器运算的同时提取数据。 使用编程的I/O、中断和DMA传送数据。 在磁盘上存取数据流。 同时执行几种功能。 集成一个以上的DAQ卡。 同信号调理器结合在一起。虚拟仪器硬件系统包括GPIB（IEE488.2）、VXI、插入式数据/图像采集板、串行通信与网络等几类I/O接口。虚拟仪器测试系统构成方案如图3所示：图3 虚拟仪器测试系统构成方案3.3 Labwindows/CVI 编程语言Labwindows/CVI是一个完全的ANSI C开发环境，用于仪器控制、自动检测、数据处理的应用软件。它以ANSI C为核心，将功能强大、使用灵活的C 语言平台与用于数据采集、分析和显示的测控专业工具有机结合起来。它的交互式开发平台、交互式编程方法、丰富的功能面