一种控制直流电机转速的实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种控制直流电机转速的实验装置，具体涉及数据采集技术、虚拟仪器技术、智能控制技术，属于智能控制及实验教学领域。

背景技术：

在目前大环境下，智能教学工具的应用成为了教学应用器材发展的主题，目前智能教学器材应用前景极其广阔，但是市面上针对相关专业的抽象知识的直观教学器材少之又少，并且很多时候针对智能控制算法的优势相关知识点的教学仅仅是用书本上的理论强行灌输给学生，并不能很好的让学生直观的了解到该算法的优势及良好的控制效果。因此，如何针对现存的现象结合实际遇到的问题来提出合理的方案或者是设计出一套相关智能教学器材是将要关注的事情。

技术实现要素：

为了解决目前存在的对于教学中由于智能控制算法过于抽象不能直观让学生更好掌握该知识点的现象。本实用新型设计一种控制直流电机转速的实验装置，与传统教学方式相比突出了更加生动直观以及低成本的优势。

本实用新型的技术实现方案是：一种控制直流电机转速的实验装置，包括计算机1、usb数据线2、arduino控制器3、电机驱动板4、直流电机5、增量式霍尔传感器6；

计算机1通过usb数据线2与arduino控制器3双向通讯连接，arduino控制板3与电机驱动板4连接，电机驱动板4与直流电机5连接，增量式霍尔传感器6安装在直流电机5上且与arduino控制器3连接，计算机1上安装有人机交互界面。

具体地，所述的人机交互界面采用图形化编程软件labview，图形化编程软件labview用于输入控制命令、显示直流电机5的设定转速、实时转速以及pwm大小。

本实用新型的有益效果是：

1、与传统实验教学仪器相比成本低。

2、操作简单，实用型价值高，有广阔的应用前景。

3、教学效果更好，知识点更容易被掌握。

附图说明

图1为一种控制直流电机转速的实验装置的结构图。

图2为一种控制直流电机转速的实验装置的人机交互界面框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的，技术方法与优点更直观的展现出来，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行更进一步的说明。

实施例1：如图1-2所示，一种控制直流电机转速的实验装置，包括计算机1、usb数据线2、arduino控制器3、电机驱动板4、直流电机5、增量式霍尔传感器6；

计算机1通过usb数据线2与arduino控制器3双向通讯连接，arduino控制板3与电机驱动板4连接，电机驱动板4与直流电机5连接，增量式霍尔传感器6安装在直流电机5上且与arduino控制器3连接，计算机1上安装有人机交互界面。

所述计算机1带有arduino与labview的编程功能，并且作为上位机利用图形化编程软件labview进行上位机监控画面的程序设计，完成对直流电机转速的实时显示以及pwm的大小显示，通过按钮可以控制直流电机的正反转和停止。计算机1中的labview编程所得的程序用于在计算机1上实现人机交互界面的功能。usb数据线2分别和计算机1与arduino控制器3相连接。而arduino程序则需要传输到arduino控制器3上才能实现下位机的程序控制。所述arduino控制器3控制器既作为控制器又作为数据采集卡，arduino控制器3通过串口从usb数据线2上接收上位机发送来的命令，根据命令控制电机驱动板4实现直流电机5的正反转调速以及停止控制，用时进行电机性能数据的采集并上传给上位机进行人机监控画面的显示。

直流电机5的作用是作为本实验装置的被控对象，接各种控制收命令并作出相应的动作。直流电机5中增量式的霍尔传感器6用码盘测速的方式测量直流电机的转速，经过信号放大、滤波等信号调理后，经完成采样保持后，再经过a/d转换把转速传送给arduino控制器3，最后arduino控制器3再把转速数据发送给计算机1进行人机界面显示。

需要说明的是，上述说明中的具体的控制方式均是现有技术可以实现的，不涉及方法的改进，因此在此不再进行详细说明。

具体地，所述的人机交互界面采用图形化编程软件labview，图形化编程软件labview用于输入控制命令、显示直流电机5的设定转速、实时转速以及pwm大小。

在实际应用中：所述的实用新型可适用于绝大部分本科实验教学，本实施方案以具备本实用新型条件的实验室举例说明。

在教师介绍到智能算法知识点并需要对此进行进一步形象说明时，本例以pid算法为例。使用者在搭建好工作平台后，启动计算机1的人机交互界面，经过com口通过usb数据线2传输数据至arduino控制器3，然后arduino控制器3控制电机驱动板4使得直流电机5开始运动，在讲解的过程中根据需要调整arduino编程中的pid参数以便学生在上位机(即计算机)中观察到不同的pid算法控制参数下对直流电机5的控制效果。与此同时可以根据需要让学生尝试使用人机交互界面控制电机正反转与停止，也让学生近距离观察到pid算法的实际控制效果。教师提醒学生关注在不同参数下计算机1人机交互界面显示的波形图控制效果的不同，以此来加深对知识点的了解。

本实用新型提供了一种成本低、操作简便、实用价值高且应用前景广阔的控制直流电机转速的实验装置，用于教学、解决实验器材成本过高且教学效果不理想的问题。

以上结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

技术特征：

1.一种控制直流电机转速的实验装置，其特征在于：包括计算机(1)、usb数据线(2)、arduino控制器(3)、电机驱动板(4)、直流电机(5)、增量式霍尔传感器(6)；

计算机(1)通过usb数据线(2)与arduino控制器(3)双向通讯连接，arduino控制器(3)与电机驱动板(4)连接，电机驱动板(4)与直流电机(5)连接，增量式霍尔传感器(6)安装在直流电机(5)上且与arduino控制器(3)连接，计算机(1)上安装有人机交互界面。

2.根据权利要求1所述的一种控制直流电机转速的实验装置，其特征在于：所述的人机交互界面采用图形化编程软件labview，图形化编程软件labview用于输入控制命令、显示直流电机(5)的设定转速、实时转速以及pwm大小。

技术总结
本实用新型涉及一种控制直流电机转速的实验装置，属于智能控制及实验教学领域。计算机通过USB数据线与Arduino控制器双向通讯，Arduino控制器与电机驱动板连接，电机驱动板与直流电机连接，增量式霍尔传感器安装在直流电机上且与Arduino控制器连接，计算机上安装有人机交互界面。Arduino控制器通过电机内置的增量式霍尔传感器计数采集到电机的转速，将此转速通过USB接口上传到计算机的人机交互界面，将采集到的转速显示出来，人机交互界面界面还可以设定转速值和正反转状态以及停止等功能，并把设定的转速，通过USB线传给Arduino控制器，Arduino控制器控制电机转速，能直观看到转速的控制效果，能作为自动化专业控制效果实验，成本低，具有较高的实用性。

技术研发人员：汤占军;肖遥;孙栋钦;周盛山;刘萍兰
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2020.05.21
技术公布日：2020.11.10