(完整word版)基于LabVIEW的直流电机测控系统设计

1、学号:Tn n簡岳业农林科枚大学 机械与电子工程学院NORTHWEST A&F UNIVERSITY College of Mechanical and Electronic Engineering虚拟仪器技术课程大作业基于LabVIEW的直流电机测控系统设计专业班级: 学生姓名: 指导教师: 完成日期:-0-1设计要求、内容1.1要求1.2内容冃录121 LabVIEW与单片机串I I通信磧件/程序设计122电机驱动模块/调速e序设计123电机测速模块/测速程序设计124总硬件/程序的设计111.3设计环境:142设计过程142.1设计思路142.1 1硬件系统方案设计142丄2软件

2、系统设计142.2程序设计流程152.3设计好的程序框图及前面板163任务总结与展望174个人收获17附：个人信息171设计要求、内容1.1要求1. 理解虚拟仪器技术课程中所学的理论知识，掌握相关的设计方法和 技能，能够读懂一些不太难的程序，能够独立的设计一些不太复杂的程序：2. 能熟练运用LabVIEW进行编程操作，并且能够H主的通过即时帮助通 过程序的编写明白一些未知控件的作用；3. 通过学习，敞握基于LabATEW的电机测控系统的具体设计过程，完成 设计；4. 认真总结，完成计报告12内容1.2.1 LsibVIEW与单片机串口通信硬件/程序设计单片机作为下位机核心器件，负责数据的采集和

3、通信及电机转速的控制，而 上位机通常以基于图形界面的Windows系统为操作平台。核心是数据通信，它 包括单片机和上位机Z间的通信，而单片机和上位机Z间数据通信则是整个系统 的基础。单片机和PC的通信是通过单片机的串口和PC串口之间的硬件连接实现的。阁1.1 PC q单片机串门通信线路数据通信的硬件上采用3线制，将单片机和PC串口的3个引脚(RXD、TXD、 GND)分别连在一起，即将PC和单片机的发送数据线TXD与接收数据RXD交 义连接，两者的地线GND直接相连，而其他信号线，如握手信号线均不用，采 用软件握手的方式，这样既可以实现预定的任务乂可以简化电路设计。利用Keil C51和Lab

4、VIEW编写程序实现PC与单片机串口通信。C51程序：#mclude<REG52.H>严主程序可void niam(void)SCON=0x50, /*SCON:模式l&bkUART.使能接收/TMOD0x20, / *TMOD: tinier 1 ,modc2 8-bit reload*/THl=0xFD, /*THl;reload value for 9600 baud 11.0592MHz /TL1OXFD,TRl=liEA=1,ES=1, wliile(l)/*TRl:timerl run”广打开总中断*/严打开串11中断*/主循坏不做任何动作unsigned ch

5、ar Temp; 改RI)/定义临时变最 判断是接收中断产生RI=O;Tenip=SBUF, PO=-Temp, SBUF=Tcinp;标志位清零读入缓冲区的值把值输出到POI-I,用于观察把接收到的值再发回电脑端皿TI)TI-0,如果是发送标志位清零LabVIEW 程序:Hwa斛<E>图12发送程序图1.3接收程序void UART_SER(void) internipt 4 串行中断服务程序gsa 回 J丄： 6"h,图14判断通信状态程序m?aBB（十TM）iSttUS图LSLabVIEW前面板1 设计任务一PC通过串行口将数字(00, Ob 02, 03., FF

6、,十六进制)发送给单片机,单片机收到后回传这个数字，PC接收到回传数据后显示出來，若发送的数据和接收到的数据相等，则串行通信正确，否则有错误。启始符是数字00,结束符是数字FF。7才厂. .'- r.3 /歼SSU（lt>r«c：MG *”T«iV*tV. '、4S nTa:二.mr-Twi再*""TMDVilMrl.BAeBJ,f /UMUETV;mg /八 m i UMTlIMt*/IM,Z'rr»aa*r- eiU系匚磚莒,it«ii1p«*!rft""552r>

7、1 M 41 “194斗 帚加E屮汕泊 i匡耳 pHSoiSaSsss neU Z ISSaSilSiSS：.:*« '* flowQ<tV<M ：W K AteBZSift矿卜 STgjw rco图1.6 -til助手调试单片机审n通信2.设计任务二(1)测试通信状态。先在文本框中输入字符审“FF",单击“测试”按钮，将字符串“FF泼送到单片 机，若PC与单片机通信正常，在LabVIEW程序前面板显示字符串否则 显示字符串“通信异常”。图1.7 LabVIEW与单片机串I 1通信测试9（2）控制指示灯。将单片机接收到的数值赋给PO 口，PO 口接一排L

8、ED,观察LED的显示结 果（表示该数值的二进制显示）是否与输入值相符合。呼,： -yi 丄、怙,Txrnj -Jsea ；8888 匸 i77V. kr*<Ft和 U图18输入“FF'图19输入“01"单片机和LabATEW通信，在程序设计上涉及两个部分的内容。一是单片机的C51程序，二是LabYIEW的串口通信程序和界面的编制。1.2,2电机驱动模块/调速程序设计图1.10LS298N驱动模块设置INI和IN2,确定电机的转动方向，然后对使能端输出PWM脉冲，实 现电机调速。当使能信号为0,电机处于H由停止状态；当使能信号为1,且IN1 和IN2为00或11时，电机

9、处于制动状态，阻止电机转动。C51程序：#mclude<reg52.h>sbitnsn=pro；sbit IN2=P1T,sbit ENAPH2;/x，恵杪延时void dclay(unsigncd iiit x)unsigned mt ij; fbr(i=x;i>O;i)/y微秒延时 void delay_us(uiisigned mt y)wlulc(y);主函数 void uiaui()whilc(l)/*uiisigned mt bcycle=1300,T=2048;反转IN1=1,1X2=0,fbr(i-0;i<200;i+)PWM脉冲/delay(lO),E

10、NAENA;IN1=O,IN2=1,for(i=0;i<200;i+)dclay(lO), ENA、ENA;LFWM占空比为50%,修改延时调整正转IN1=O;IN2=1;whilecyclc<2048)/自动加速正转ENA-1, dclay_us(cyclc+);ENA-O, delay_us(T-cycle);/*/IN1=1;IN2=O;whilecycle> 1300)/自动减速反转ENA1, dclay_us(cyclc);ENA-O, delay us(T-cycle);1.2.3电机测速模块/测速程序设计图光电耦合测速传感器模块1. 模块槽中无遮挡时，接收管导通

11、，模块DO输出低电平，遮挡时，DO输 出高电平；2、DO输出接口可以与单片机IO 口直接相连，检测传感器是否有遮档， 如用电机码盘则可检测电机的转速。设计选用的测速码盘有Speed=(comit/20)*60 (转/分)F20格光栅，因此速度计算公式为：、/Fv图1.12电机测速调试I图1.13电机测速调试2V11C51程序：#mclude<REG52.H>sbit INI pro；sbit IN2=Pn,sbit ENA=Pr2;unsigned mt i-0.pul-0xount-0,Spccd-0;unsigned iut cycle2OOO，T7OOO,/X亳秒延时void

12、 delay(unsigned uir x)unsigned mt ij; fbr(i=x;i>O;i)/y微秒延时 void dclay_us(unsigncd int y)while(y);TMOD=Oxl5; /打开定时器T1和计数器TOJMOD为00010101,都为模式1 因此矩形脉冲输入端接P3.4EA-1,THOOxOO,TL0=0x00,ETO=1;ET1=1;THl=0x3C; .750msOx3CBO=15536TLl0xB0;TR0=l,TR1=1;whilc(l)22IN1=O;IN2=1;while(cyclc<3000)/自动加速正转ENA=1, deI

13、ay_us(cycle-H-);ENA=0, delay_us(T-cycle );wlulccyclc>2000)自动减速ENA1, delay_us(cycle);ENA=O; deIay_us(T -cycle );iimer3() intcniipt 3定时器中断时间到，就读取计数器值THl=0X3C；TL1=OXBO; l+, if(i<20)累计Is内的脉冲数pul=TH0, pul-pul«8; pul-pul-i-TLO; 再加上低八位 count+-pul,pul-0,THO=O;TLO=O;讣数器计入脉冲，每来一个矩形脉冲计数值加1/得高八位后，左移8

14、位,计数器速度获取后清零.进行下次获取if(i=20)/每秒更新一次速度讣数器计入脉冲，每来一个矩形脉冲计数值加1pul=THO, pul- pu l«8;pulpul+TL0,count+-pul,Speed=(count/20)*60; /测得的速度(转份) 1=0;count=0;THO=O;TLO=O;P0=-Speed,计数器速度获取后清零.进行下次获取观察速度值1.2.4总硬件/程序的设计图ii4 n流电机测控系统®件原理框图V图1.15总硬件设计厂pC51总程序5#mclude<REG52.H>include <stdio.h>#inc

15、lude <stdlib.h>#includc <string.h>弹include <crypch>sbitlNl-PrO,sbit IN2=Pn,sbitENA=Pr2;unsigned mt i=0,pul=0xount=0,Speed=0,Speed_dec=0;unsigned mt cycle=2OOO,T=7OOO,x毫秒延时void delay(unsigned mt x)unsigned mr ij; fbr(i=x;i>O;i) fbr(j=110j>0j-);y微杪延时void dclay_us(uiisigncd mt y

16、)whilc(y);八主程序*/ void maui(void)SCON=0x50, /*SCON;模式 1.8-bitUART,使能接收/TMOD=Ox25,/*OD tiuicitmodel. 8-bit reload TO汁数，模式 1,因此矩形脉冲输 入端接P3.4*THl-OxFD,TL1=OXFD,TH0=0x00;TLO=OxOO;TRl=liEA=1,ES=1,TROTTR1=1,wlulc(l)/THLrcload value for 9600 baud ll0592MHz */严TRLtimerl nin*/八打开总中断*/ 严打开串丨I中断".*TRl:tiui

17、cil mu*/主循环贞 Speed_decSpeed)INi=0；IN2=0;停转if(Speed_dec> Speed)IN1O;IN2-1, whilc(cyclc!-T)口动加速正转ENA=1, delay_us(cycle+);ENA=O, delay_us(T-cycle);if(Speed_dec<Speed)INl-1,IN2-0, wlulc(cyclc!-T)口动减速反转ENA=1, deby-US(cycle+);ENA=O; delay_us(T-cycle);void UART_SER(void) mteniipt 4行中断服务程序，在LabVEEW中设置

18、每隔一秒中断一次(便于测速)unsigned char Tempi .chi; unsigned char hex; unsigned mt i;TH1=OX3C,TL1=OXBO,I,m定义临时变最计算速度判断足接收中断产生RI=O;Templ=SBUF;标志位清零读入缓冲区的值if(Temp l>0x30&&Tmp 1 <=0x3 9) chi Temp 1 -0x30,else if(Tcmpl>-0x41&&Templv0x46) clil-Tcmpl-0x37;else chl-Cxff;pul=TH0,计数器计入脉冲，每来1个矩形脉

19、冲计数值加1pul=pul«8;pul=pul+TLO; count+=pul, Speed=(counV20)*60; /测得的速度(转/分) 1=0, count=0,计数器速度获取后清零，进行下次获取TH0=0,TLO-0,SBUF-Specd;把速度值再发回电脑端改TI)TI=O;如果是发送标志位清零1.3设计环境:硬件环境：单片机、直流电机及驱动模块、串口。软件环境：LabVIEW编程软件、Keil编程软件、串口调试助手。2设计过程2.1设计思路2.1.1硬件系统方案设计本系统主要实现对直流电机进行测速和调速。(1) 调速控制由LabVIEW编程产生电机所需要控制的转速值，

20、将该速度值通过串口送入 单片机，与测得的速度值进行比较，若送入值大丁测量值则单片机控制直流电 机加速，若送入值小于测S值则单片机控制直流电机减速0(2) 测速控制将电机上的测速码盘安装在光电耦合器的发射端和接收端之间，当测速码盘 转动时，光栅阻挡光耦发射出的光信号，在光耦接收端得到一段连续的脉冲波形, 该脉冲波形经过斯密特触发器进行整形后，得到一形状规则的脉冲波形。整形后 的脉冲波形输出至单片机计数器端，用C51程序算出速度值后传回计算机 (LabVIEW)并显示。2.1.2软件系统设计LabVIEW程序，主要包括用户界面设计(前而板的设计)和框图程库设计 两部分。（1）用户界而设计用户界面（

21、前面板）是虎拟仪器的重要组成部分，仪器参数的设置、测试结 果显示等功能都是通过软件实现，因此要求软件界面简单直接，便于使用。用户可根据 需要设置转速参数，并将测量结果数据显示出來。（2）框图程序设计系统框图程序大体分为三个模块：通信模块和仪器功能模块.通信模块模块中 包括对设定速度值的发送和对测最速度的接收'仪器功能模块主要实现参数设置 和测量结果显示。C51单片机程序设计，主要包括控制电机加速、减速，输入速度和测量速度， 比较以及串口通信程序。因为测速码盘有20片光栅，所以应将1S内计数值除以20再乘以60才得 到风扇转速（转/分）。2.2程序设计流程图2.1程序设计流程图2.3设计好的程序框图及前面板1;1程序框图:制敖SwNdUUUULHW|OKX?l UUUUULJUUUUUUULJHUI .KAi?.5iH/5)浮從5»冒朗,fTjl' fc5: e :图2.2发送程序水无崔溟 口口 口 DDODO 口口