直流電機(jī)速度控制和測量

描述

在直流電機(jī)速度測試中，PWM 應(yīng)用于電機(jī)，其占空比從最小值變化到最大值。在應(yīng)用 PWM 時，還測量了直流電機(jī)的實際 RPM，并記下以查看電機(jī)速度 (RPM) 如何隨著 PWM 寬度的變化而變化。除此之外，還測量施加到電機(jī)的電壓，以查看不同施加電壓下的電機(jī)速度。精細(xì)地，在記下所有值之后，觀察表準(zhǔn)備了脈沖寬度（占空比）、施加電壓和以 RPM 為單位的電機(jī)速度。此表用于制作電機(jī)的占空比->RPM 圖表或外加電壓->RPM 圖表。

給定的項目演示了上述示例。它將 PWM 應(yīng)用于直流電機(jī)，以連續(xù)地從最小到最大和最大到最小改變其速度，并測量以下參數(shù)

1) PWM 寬度，以 % 為單位

2) 電機(jī)外加電壓

3) 以 RPM 為單位的電機(jī)速度

它使用 arduino UNO 板生成 PWM 并測量/計算以上 3 個參數(shù)。這些參數(shù)顯示在 16x4 LCD 上。使用arduino改變直流電機(jī)的速度非常容易。Arduino 可以在其模擬輸出引腳上生成 PWM，當(dāng)它應(yīng)用于直流電機(jī)時，其速度會發(fā)生變化。所以這是非常簡單易行的任務(wù)。為了測量 RPM，使用了光中斷傳感器 MOC7811。當(dāng)電機(jī)完成 1 轉(zhuǎn)時，傳感器產(chǎn)生 1 個脈沖，這些脈沖由 arduino 計算以計算 RPM。那么讓我們看看這是如何做到的。讓我們先從電路圖開始，然后是它的描述和操作。

電路原理圖：

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電路說明：

如圖所示，電路采用arduino UNO開發(fā)板、16x4 LCD、NPN達(dá)林頓晶體管TIP122和光中斷傳感器MOC7811搭建。

· arduino 的模擬輸出引腳 9 通過 TIP122 驅(qū)動 12V@2000 RPM 直流電機(jī)。該引腳通過限流電阻 R2 提供給 TIP122 的基極輸入，直流電機(jī)連接到 TIP122 的集電極

· MOC7811 的內(nèi)部 IR LED 使用 arduino 板的 5V 電源通過限流電阻 R1 提供正向偏置。內(nèi)部光電晶體管由電阻器 R4 上拉。晶體管的集電極輸出連接到數(shù)字引腳 7 或 arduino

· LCD 數(shù)據(jù)引腳 D4 到 D7 連接到 arduino 的數(shù)字引腳 5、4、3 和 2，而控制引腳 Rs 和 En 連接到 12 和 11。RW 引腳接地。Vcc 引腳和 LED+ 引腳連接到 arduino 板的 5V 電源，Vss 引腳和 LED- 引腳連接到 arduino 板接地

· 一個電位器連接到 Vee 引腳以改變 LCD 的對比度

電路操作：

· 首先通過外部電源為電機(jī)提供 12 V 電源。接下來，arduino 板、LCD 和傳感器通過 PC/筆記本電腦的 USB 供電

· 最初 LCD 顯示不同的參數(shù)為

脈寬調(diào)制IP：

PWM占空比：

脈寬調(diào)制電壓：

速度：

· 然后 arduino 開始將 PWM 應(yīng)用到具有最大脈沖寬度的電機(jī)

· 所以電機(jī)將以最大速度開始旋轉(zhuǎn)。提供了一些時間延遲以使電機(jī)達(dá)到全速

· 當(dāng)電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)時，連接在其軸上的槽輪也將旋轉(zhuǎn)

· MOC7811 傳感器的放置方式是使輪槽穿過傳感器氣隙。因此，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一整圈時，槽穿過傳感器間隙。由于車輪上的插槽，紅外光落在光電晶體管上。因此晶體管導(dǎo)通并在集電極輸出中產(chǎn)生負(fù)脈沖。因此電機(jī)的每一轉(zhuǎn)都會產(chǎn)生脈沖

· 這些脈沖的頻率實際上是電機(jī)的 RPS（每秒轉(zhuǎn)數(shù)）。要測量此脈沖的頻率，首先測量 ON 時間，然后測量 OFF 時間，并根據(jù)這些頻率計算如下

時間段 = Ton + Toff (in us)

頻率= 1000000/時間段

· 這個頻率是 RPS 中的電機(jī)速度。根據(jù)該 RPS，電機(jī)的速度以 RPM 為單位計算為

轉(zhuǎn)速= 60×RPS

· PWM 輸入以 15 步從 250 到 100 變化。直接顯示在 LCD 上

· PWM 輸出的 ON 時間和 OFF 時間也被測量來計算 PWM 占空比為

PWM 占空比 = [PWM_Ton / (PWM_Ton + PWM_Toff)] × 100

· 最后施加到電機(jī)的電壓計算為

施加到電機(jī)的電壓 = 電機(jī)電壓 × 占空比

= (12/100)×占空比

· 首先，PWM 輸入以 15 的 10 步從 250 減少到 100，然后再次從 100 增加到 250，這個循環(huán)不斷重復(fù)

· 所以電機(jī)轉(zhuǎn)速不斷降低，然后不斷增加。我們可以觀察到在 LCD 上顯示為 RPM 的電機(jī)速度變化

因此，給定的項目會改變直流電機(jī)的速度并對其進(jìn)行精確測量。它顯示施加到電機(jī)的脈沖寬度百分比以及施加的電壓。因此，可以在觀察表中記下不同電壓和脈沖寬度下的電機(jī)轉(zhuǎn)速（RPM），以備不時之需。

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