基于Arduino与LabVIEW的直流电机转速控制系统
冲数,实现对旋转轴转速测量的一种方法,适用于高、中转速的测量。该法本质上属于定时测角法,为提高测量的准确度,有时采用多标记或开齿的方法,其不确定度主要取决于时间测量和计数量化。
测周法是在转速脉冲的间隔内,用时钟脉冲来测量转速的一种方法,适合于低转速测量。该法实际上就是定角测量法,即用时标填充的方法来测量相当于某一旋转角度的时间间隔。在高、中转速时,可采用多周期平均来提高测量准确度,其不确定度主要取决于时间测量、计数量化及触发的不确定度。
混合法是在测频法的基础上,吸取测周法的优点汇集而成的一种转速测量方法。它是在转速传感器输出脉冲启动定时脉冲的同时,计取传感器输出脉冲个数和时钟脉冲个数,而当到达测量时间时,先停止对传感器输出脉冲的计数,在下一个定时脉冲启动之前再停止时钟脉冲的计数。因此,该种方法可在较宽的范围内使用。
此处,我们选择测频法来测量转速,其工作原理为:当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时,则被测信号的频率f=N/T。
2.2转速测量程序设计
利用TimerOne定时器库来实现定时,通过外部中断对电机编码器输出的脉冲进行计数,计数值除以定时时间即为一定时间内的转速。实现1秒内转速测量的程序如程序代码2所示。
程序代码2:转速测量程序
#include
long counter_val[2] = {0,0};
byte CurCnt = 0;
int j=0;
void setup() {
}
void loop()
{
}
//外部中断处理函数
void counter()
{
}
//定时器中断处理函数
void timerIsr()
{
}
2.3验证频率测量的准确性
前面提到了Arduino的模拟输出(PWM)的频率约为490Hz,且转速测量采用的是测频法,此时用来正好来验证一下程序设计的正确性。在上面的转速测量程序中的void setup()里面delay(2000)之前增加如下代码,以产生方波。串口输出的频率测量结果如图4所示。
pinMode(3,OUTPUT);
analogWrite(3,127);
图4 PWM频率测量结果
在图4所示的PWM频率测量结果中,去除前两个,可以发现频率值稳定在490和491,且4个490之后出现一个491,基本可以认为是490Hz。
同时,为了进一步的确认PWM的频率为490Hz,已验证频率测量的准确性,利用NI USB-6009便携式数据采集卡和LabVIEW 2012软件实现一个简易的模拟量采集器,使用10kps的采样率,5秒的采样时间的参数分别采集了PWM的占空比为10/255、127/255和245/255时的波形图,取波形图的前0.01秒,如图5、图6和图7所示,在0.01秒内约有5个周期,同时使用频率分析工具对占空比为127/255的波形数据进行分许,得到其频率为490.099Hz。
通过对基于Arduino与TimerOne定时器库的频率测量与基于LabVIEW和数据采集卡的数据对比与分析,得出频率测量非常准确。
图5
图6
图7占空比为245/255时的波形
2.4搭建测量转速的平台
在验证了基于Arduino与TimerOne定时器库的频率测量的准确性之后,我们就可以着手搭建一个直流电机转速测量系统。
2.4.1硬件平台
直流电机转速测量系统的直流电机和编码器有两者分离式,使用联轴器将两者连接起来,也有带有编码器的直流电机,此处为了简化设计,直接选用带有编码器的直流电机。JGB37-
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