直流电机速度控制和测量

描述

在直流电机速度测试中，PWM 应用于电机，其占空比从最小值变化到最大值。在应用 PWM 时，还测量了直流电机的实际 RPM，并记下以查看电机速度 (RPM) 如何随着 PWM 宽度的变化而变化。除此之外，还测量施加到电机的电压，以查看不同施加电压下的电机速度。精细地，在记下所有值之后，观察表准备了脉冲宽度（占空比）、施加电压和以 RPM 为单位的电机速度。此表用于制作电机的占空比->RPM 图表或外加电压->RPM 图表。

给定的项目演示了上述示例。它将 PWM 应用于直流电机，以连续地从最小到最大和最大到最小改变其速度，并测量以下参数

1) PWM 宽度，以 % 为单位

2) 电机外加电压

3) 以 RPM 为单位的电机速度

它使用 arduino UNO 板生成 PWM 并测量/计算以上 3 个参数。这些参数显示在 16x4 LCD 上。使用arduino改变直流电机的速度非常容易。Arduino 可以在其模拟输出引脚上生成 PWM，当它应用于直流电机时，其速度会发生变化。所以这是非常简单易行的任务。为了测量 RPM，使用了光中断传感器 MOC7811。当电机完成 1 转时，传感器产生 1 个脉冲，这些脉冲由 arduino 计算以计算 RPM。那么让我们看看这是如何做到的。让我们先从电路图开始，然后是它的描述和操作。

电路原理图：

 

电路说明：

如图所示，电路采用arduino UNO开发板、16x4 LCD、NPN达林顿晶体管TIP122和光中断传感器MOC7811搭建。

· arduino 的模拟输出引脚 9 通过 TIP122 驱动 12V@2000 RPM 直流电机。该引脚通过限流电阻 R2 提供给 TIP122 的基极输入，直流电机连接到 TIP122 的集电极

· MOC7811 的内部 IR LED 使用 arduino 板的 5V 电源通过限流电阻 R1 提供正向偏置。内部光电晶体管由电阻器 R4 上拉。晶体管的集电极输出连接到数字引脚 7 或 arduino

· LCD 数据引脚 D4 到 D7 连接到 arduino 的数字引脚 5、4、3 和 2，而控制引脚 Rs 和 En 连接到 12 和 11。RW 引脚接地。Vcc 引脚和 LED+ 引脚连接到 arduino 板的 5V 电源，Vss 引脚和 LED- 引脚连接到 arduino 板接地

· 一个电位器连接到 Vee 引脚以改变 LCD 的对比度

电路操作：

· 首先通过外部电源为电机提供 12 V 电源。接下来，arduino 板、LCD 和传感器通过 PC/笔记本电脑的 USB 供电

· 最初 LCD 显示不同的参数为

脉宽调制IP：

PWM占空比：

脉宽调制电压：

速度：

· 然后 arduino 开始将 PWM 应用到具有最大脉冲宽度的电机

· 所以电机将以最大速度开始旋转。提供了一些时间延迟以使电机达到全速

· 当电机开始旋转时，连接在其轴上的槽轮也将旋转

· MOC7811 传感器的放置方式是使轮槽穿过传感器气隙。因此，当电机旋转一整圈时，槽穿过传感器间隙。由于车轮上的插槽，红外光落在光电晶体管上。因此晶体管导通并在集电极输出中产生负脉冲。因此电机的每一转都会产生脉冲

· 这些脉冲的频率实际上是电机的 RPS（每秒转数）。要测量此脉冲的频率，首先测量 ON 时间，然后测量 OFF 时间，并根据这些频率计算如下

时间段 = Ton + Toff (in us)

频率= 1000000/时间段

· 这个频率是 RPS 中的电机速度。根据该 RPS，电机的速度以 RPM 为单位计算为

转速= 60×RPS

· PWM 输入以 15 步从 250 到 100 变化。直接显示在 LCD 上

· PWM 输出的 ON 时间和 OFF 时间也被测量来计算 PWM 占空比为

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

· 最后施加到电机的电压计算为

施加到电机的电压 = 电机电压 × 占空比

= (12/100)×占空比

· 首先，PWM 输入以 15 的 10 步从 250 减少到 100，然后再次从 100 增加到 250，这个循环不断重复

· 所以电机转速不断降低，然后不断增加。我们可以观察到在 LCD 上显示为 RPM 的电机速度变化

因此，给定的项目会改变直流电机的速度并对其进行精确测量。它显示施加到电机的脉冲宽度百分比以及施加的电压。因此，可以在观察表中记下不同电压和脉冲宽度下的电机转速（RPM），以备不时之需。