電動(dòng)汽車(chē)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書(shū)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說(shuō)明書(shū) 電動(dòng)汽車(chē)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā) 學(xué)學(xué) 院院 機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院 專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)業(yè) 車(chē)輛工程車(chē)輛工程 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 楊會(huì)州楊會(huì)州 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 朱剛朱剛 康龍?jiān)瓶谍堅(jiān)?提交日期提交日期 20102010 年年 6 6 月月 6 6 日日 華南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)書(shū) 華華 南南 理理 工工 大大 學(xué)學(xué) 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 論文 論文 任任 務(wù)務(wù) 書(shū)書(shū) 茲發(fā)給 06 車(chē)輛工程 2 班學(xué)生 楊會(huì)州 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)書(shū) 內(nèi)容如下 1 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 題目 電動(dòng)汽車(chē)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā) 2 應(yīng)完成的項(xiàng)目 1 研究霍爾傳感器工作原理以及采樣電路的設(shè)計(jì) 2 研究施密特觸發(fā)器的工作原理 設(shè)計(jì) HEF40106Bp 觸發(fā)器的調(diào)理電路 研究 調(diào)理電路的設(shè)計(jì)方法 設(shè)計(jì)電流 電壓信號(hào)的調(diào)理電路 3 研究 USB2080 采集卡的工作原理 4 研究在 LabVIEW 平臺(tái)上開(kāi)發(fā)車(chē)速 電流 電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理及方法 在已 有的硬件環(huán)境下設(shè)計(jì)基于 LavVIEW 的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 3 參考資料以及說(shuō)明 1 陳花玲 機(jī)械工程測(cè)試技術(shù) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 15 40 2 楊樂(lè)平 LabVIEW 研高級(jí)程序設(shè)計(jì) M 北京 清華大學(xué)出版社 2004 50 100 3 林利 基于 LabVIEW 的混合動(dòng)力汽車(chē)車(chē)載參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā) D 重慶 重 慶大學(xué) 2009 4 Robert H Bishop LabVIEW Student Edition 6i M 喬瑞萍 林欣 譯 北京 電子 工業(yè)出版社 2003 3 20 5 謝聲斌 數(shù)字電路與邏輯電路教程 M 北京 清華大學(xué)出版社 2004 10 100 6 殷瑞祥 羅昭智 朱寧西 電路基礎(chǔ) M 廣州 華南理工大學(xué)出版社 2004 80 89 4 本畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)書(shū)于 2009 年 12 月 25 日發(fā)出 應(yīng)于 2010 年 6 月 6 日前 完成 然后提交畢業(yè)考試委員會(huì)進(jìn)行答辯 華南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)書(shū) 專(zhuān)業(yè)教研組 系 研究所負(fù)責(zé)人 審核 年 月 日 指導(dǎo)教師 簽發(fā) 年 月 華南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 評(píng)語(yǔ) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 評(píng)語(yǔ) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 總評(píng)成績(jī) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 答辯負(fù)責(zé)人簽字 年 月 日 摘要 I 摘摘 要要 本文詳細(xì)介紹了基于 LabVIEW 的電動(dòng)汽車(chē)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作的整個(gè)過(guò)程 由于在實(shí)際電路中各元器件的布局 參數(shù)的選擇會(huì)影響信號(hào)的采集 并且測(cè)速程序 中各系數(shù)的計(jì)算方法會(huì)影響到輸出車(chē)速的準(zhǔn)確性 針對(duì)這種情況 本文在設(shè)計(jì)過(guò)程 中進(jìn)行了反復(fù)的實(shí)驗(yàn) 直到實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足要求為止 LabVIEW 是一個(gè)通用編程系統(tǒng) 它不但能夠完成一般的數(shù)學(xué)運(yùn)算與邏輯運(yùn)算和 輸入輸出功能 它還帶有專(zhuān)門(mén)的用于數(shù)據(jù)采集和儀器控制的庫(kù)函數(shù)和開(kāi)發(fā)工具 尤 其還帶有專(zhuān)業(yè)的數(shù)學(xué)分析程序包 基本上可以滿足復(fù)雜的工程計(jì)算和分析要求 本 文就是討論基于 LabVIEW 的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 本文按信號(hào)流動(dòng)為順序 即按信號(hào)的產(chǎn)生 整形 采集和 A D 轉(zhuǎn)換 在程序中 計(jì)算并顯示為順序介紹了基于 LabVIEW 的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 首先在介紹 霍爾轉(zhuǎn)速 電壓 電流傳感器工作原理的基礎(chǔ)上 設(shè)計(jì)了信號(hào)的采樣電路 其次介 紹了調(diào)理電路的設(shè)計(jì)方法 最后 在介紹采集卡工作原理的基礎(chǔ)上 詳細(xì)介紹了車(chē) 速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 并進(jìn)行了反復(fù)的實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 基于 LabVIEW 的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的反映汽車(chē)的實(shí) 際速度和蓄電池的電流 電壓 而且該系統(tǒng)的可移植行強(qiáng) 只要改變相關(guān)的參數(shù)就 能用于其他車(chē)輛的測(cè)量 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 電動(dòng)汽車(chē) 虛擬儀器 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) Abstract II Abstract In this paper the LabVIEW based electric vehicle online monitoring system designed for the whole process is introduced particularly Since all components in the actual circuit layout selection of parameters will affect the signal acquisition and in speed process the calculation method of all factors affecting the accuracy of the output speed In view of this situation during the paper design was repeated the experiment until the results meet the requirement LabVIEW is a general programming system it is not only able to complete the general math and logical operations and input and output capabilities it is used with specialized data acquisition and instrument control of the library functions and development tools particularly with professional mathematics analysis package basically to meet complex engineering calculations and analysis requirements This article is to discuss the online monitoring system based on LabVIEW design method This paper is according to the order flow of the signal ie signal generation shaping acquisition and A D conversion the program calculated and displayed for the order introduced the online monitoring system based on LabVIEW design method First in introducing the principle Hall speed current voltage sensor based on the design of the signal output circuit Then the conditioning circuit design method was introducedt Finally in introducing the work of collecting cards based on the principle details of the speed monitoring system design and conducted repeated experiments Experiment to the results show that the online monitoring system based on LabVIEW real time accurate reflection of the actual vehicle speed and Battery current voltage And that the system have a good portability as long as the parameters associated with changes can be used for other measurements Keywords electric vehicle virtual instruments online monitoring system 目錄 III 目目 錄錄 摘摘 要要 I ABSTRACT II 目目 錄錄 III 第一章第一章 緒論緒論 1 1 1 研究背景 1 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1 3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介 2 1 4 主要研究?jī)?nèi)容 2 1 5 設(shè)計(jì)目標(biāo) 3 1 6 本文章節(jié)安排 3 第二章第二章 傳感器及其采樣電路傳感器及其采樣電路 5 2 1 霍爾傳感器 5 2 1 1 霍爾效應(yīng) 5 2 1 2 霍爾傳感器及分類(lèi) 5 2 1 3 霍爾傳感器的特性 5 2 2 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器 6 2 2 1 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的結(jié)構(gòu) 6 2 2 2 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器在測(cè)速上的應(yīng)用 6 2 2 3 采樣電路設(shè)計(jì) 7 2 2 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 7 2 3 霍爾電流傳感器 8 2 3 1 工作原理 8 2 3 2 基本性能參數(shù) 9 2 3 3 采樣電路設(shè)計(jì) 9 2 4 霍爾電壓傳感器 10 2 4 1 工作原理 10 2 4 2 基本性能參數(shù) 10 2 4 3 采樣電路設(shè)計(jì) 11 2 5 本章小結(jié) 12 第三章第三章 調(diào)理電路及直流穩(wěn)壓電源調(diào)理電路及直流穩(wěn)壓電源 13 3 1 調(diào)理電路 13 3 2 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的調(diào)理電路 13 3 2 1 施密特觸發(fā)器 13 3 2 2 集成施密特觸發(fā)器 14 3 2 3 HEF40106Bp 集成施密特觸發(fā)器 14 3 2 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 16 3 3 霍爾電流 電壓傳感器的調(diào)理電路 16 3 4 直流穩(wěn)壓電源 17 目錄 IV 3 5 1 固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器 18 3 5 2 輸出為 5V 的穩(wěn)壓電路 18 3 5 3 輸出為 15V 15V 的穩(wěn)壓電路 19 3 6 本章小結(jié) 19 第四章第四章 USB2080 采集卡采集卡 20 4 1 功能概述 20 4 1 1 基本功能 20 4 1 2 數(shù)據(jù)格式及換算關(guān)系 21 4 2 軟件說(shuō)明 21 4 2 1 USB 設(shè)備管理 21 4 2 2 批量讀取 AD 數(shù)據(jù) 21 4 2 3 設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口函數(shù) 23 4 3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試 23 4 4 本章小結(jié) 24 第五章第五章 基于基于 LABVIEW 開(kāi)發(fā)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 25 5 1 LABVIEW 概述 25 5 1 1 LabVIEW 的產(chǎn)生及發(fā)展 25 5 1 2 LabVIEW 環(huán)境 26 5 1 3 LabVIEW 的特點(diǎn) 26 5 1 4 LabVIEW 的優(yōu)勢(shì) 27 5 2 LABVIEW 的測(cè)速程序設(shè)計(jì) 28 5 2 1 測(cè)速流程 28 5 2 2 脈沖計(jì)數(shù) 28 5 2 3 旋轉(zhuǎn)圈數(shù) 30 5 2 4 計(jì)時(shí) 電機(jī)轉(zhuǎn)速及車(chē)速 行駛里程 30 5 2 5 采樣定理與采樣頻率 33 5 2 6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 35 5 3 LABVIEW 的測(cè)電流 電壓程序設(shè)計(jì) 36 5 3 1 LabVIEW 的測(cè)電流程序設(shè)計(jì) 36 5 3 2 LabVIEW 的測(cè)電壓程序設(shè)計(jì) 37 5 4 本章小結(jié) 37 第六章第六章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望 38 6 1 總結(jié) 38 6 2 展望 38 致謝致謝 39 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 40 第一章 緒論 1 第一章第一章 緒論緒論 1 1 研究背景研究背景 世界上第一輛汽車(chē)是純電動(dòng)汽車(chē) 現(xiàn)在一般認(rèn)同的看法是 1873 年英國(guó)人 Robert Davidson 制造的一輛電動(dòng)三輪車(chē) 它比以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的汽車(chē)發(fā)明早 13 年 汽車(chē)誕生一百多年來(lái) 汽車(chē)工業(yè)取得巨大的發(fā)展 特別是進(jìn)入 21 世紀(jì)后 發(fā)展速 度更快 汽車(chē)的發(fā)展是從純電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)始的 進(jìn)入 20 世紀(jì)由于大量發(fā)現(xiàn)油田 石 油開(kāi)采提煉和內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的迅速進(jìn)步 電動(dòng)汽車(chē)則由于電池技術(shù)進(jìn)步緩慢 在性能 價(jià)格等方面都難以與燃油汽車(chē)競(jìng)爭(zhēng)而逐步被燃油汽車(chē)所取代 1 傳統(tǒng)汽車(chē)對(duì)石油資源的依賴(lài)性隨著汽車(chē)的發(fā)展變得越來(lái)越強(qiáng) 然而石油資源卻 日益枯竭 傳統(tǒng)汽車(chē)對(duì)石油資源的依賴(lài)性和石油儲(chǔ)量的不斷銳減已形成鮮明的反差 經(jīng)歷 70 年代三次石油危機(jī)喚起了人類(lèi)對(duì)有限石油資源的關(guān)注 加之傳統(tǒng)汽車(chē)排放 物本身或其經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的物質(zhì)對(duì)環(huán)境引起了很大的破壞 比如 光化學(xué)煙霧 酸 雨以及厄爾尼諾現(xiàn)象等 嚴(yán)重破壞了人類(lèi)賴(lài)以生存的生態(tài)系統(tǒng) 另外 汽車(chē)尾氣排 放對(duì)人類(lèi)自身也造成了極大危害 例如 鉛進(jìn)入人體與血液生成 血鉛 破壞造 血系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng) CO 進(jìn)入人體與人體血紅蛋白結(jié)合破壞人體內(nèi)氧的輸送及交換 NOx 對(duì)人的呼吸系統(tǒng)有較大的刺激作用等 能源問(wèn)題 環(huán)境問(wèn)題已成為制約汽車(chē)工 業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸 為了獲得汽車(chē)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展 節(jié)能和新能源技術(shù)已 經(jīng)被擺在最突出的位置上 于是全世界紛紛提出了遠(yuǎn)景目標(biāo) 并積極研究清潔 節(jié) 能的汽車(chē) 于是 純電動(dòng)車(chē) 混合動(dòng)力汽車(chē) 燃料電池汽車(chē)及太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)的研究 層出不窮 2 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 本設(shè)計(jì)是在 LabVIEW 平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 霍爾效應(yīng)式速度 電流 電壓傳感器將電機(jī)的轉(zhuǎn)速 蓄電池電流和電壓轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào) 通過(guò)調(diào)理電 路對(duì)波形進(jìn)行整形 然后將脈沖信號(hào)輸入到采集卡進(jìn)行 A D 轉(zhuǎn)換 最后把數(shù)字信號(hào) 輸入到計(jì)算機(jī)上 通過(guò) VI 將車(chē)速 電流 電壓顯示出來(lái) 實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)速 電流 電 壓的實(shí)時(shí)監(jiān)控 下面就 LabVIEW 開(kāi)發(fā)平臺(tái)和電動(dòng)汽車(chē)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)兩方面的國(guó)內(nèi)外 研究狀況作一簡(jiǎn)要介紹 3 4 1 LabVIEW 開(kāi)發(fā)平臺(tái) LabVIEW 是 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench 實(shí)驗(yàn) 室虛擬儀器集成環(huán)境 的簡(jiǎn)稱(chēng) 是有美國(guó)國(guó)家儀器公司 National Instruments NI 創(chuàng)立的一個(gè)功能強(qiáng)大而又靈活的儀器和分析軟件應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具 5 第一章 緒論 2 6 目前 國(guó)內(nèi)外有許多部門(mén)和公司都在積極地開(kāi)展虛擬儀器方面的研究和應(yīng)用 工作 比如 國(guó)內(nèi)外許多大學(xué)都在嘗試將虛擬儀器應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助教 學(xué)中 虛擬儀器已在超大規(guī)模集成電路測(cè)試 模擬電路和數(shù)字電路測(cè)試 現(xiàn)代家用 電器測(cè)試 電子元件 電力電子器件測(cè)試以及軍事 航天 生物醫(yī)學(xué) 工廠測(cè)試 電工技術(shù)領(lǐng)域 電子測(cè)量 電力工程 物礦勘探 故障診斷等的可移動(dòng)式現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 工作中得到應(yīng)用 且應(yīng)用領(lǐng)域還將不斷拓寬 2 電動(dòng)汽車(chē)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 目前 國(guó)內(nèi)外很多公司與機(jī)構(gòu)都投入巨資進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制 開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)銷(xiāo)售 北京理工大學(xué)研制的車(chē)輛 AMT 的數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng) 該系統(tǒng)在 采集大量數(shù)據(jù)的同時(shí) 還具備數(shù)據(jù)分類(lèi) 存儲(chǔ)和分析功能 福特 博世等公司開(kāi)發(fā) 的車(chē)載式汽車(chē)性能數(shù)據(jù)采集裝置 這些裝置采集精度高 采集參數(shù)全 體積小 安 裝拆卸方便 具備動(dòng)態(tài)分析汽車(chē)各種性能的能力 目前 國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)普遍存在的問(wèn)題是數(shù)據(jù)采集的可靠性和 抗干擾性等問(wèn)題 由于電動(dòng)汽車(chē)數(shù)據(jù)采集要求數(shù)據(jù)采集硬件裝置穩(wěn)定性好 便攜性 好 同時(shí)由于其工作環(huán)境 運(yùn)行中的車(chē)輛 的復(fù)雜而給數(shù)據(jù)采集工作提出了較高的要 求 系統(tǒng)的抗震性 抗干擾性以及對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)能力 系統(tǒng)綜合性能等都是需要考 慮的重要因素 7 10 1 3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介 在完成本設(shè)計(jì)時(shí) 實(shí)驗(yàn)室擁有一輛太陽(yáng)能電動(dòng)汽車(chē) 一個(gè)霍爾轉(zhuǎn)速傳感器 一個(gè)阿爾泰公司生產(chǎn)的 USB 采集卡 施密特觸發(fā)器 HEF40106Bp 集成芯片若干等專(zhuān) 門(mén)的硬件設(shè)備 還有一般實(shí)驗(yàn)常用的示波器 電烙鐵 焊錫 萬(wàn)用表 電容 電阻 萬(wàn)用板等必需設(shè)備 以及 LabVIEW2009 版 此外 還專(zhuān)門(mén)購(gòu)買(mǎi)了 L7805 L7815 L7915 滌綸電容 二極管 9V 干電池若干個(gè) 1 4 主要研究?jī)?nèi)容主要研究?jī)?nèi)容 本文主要是給現(xiàn)有的太陽(yáng)能電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 研究的主要內(nèi)容有以 下五點(diǎn) 1 研究霍爾轉(zhuǎn)速 電流 電壓傳感器的工作原理 設(shè)計(jì)霍爾傳感器信 號(hào)采樣電路 2 研究調(diào)理電路的設(shè)計(jì)方法 為霍爾傳感器的信號(hào)輸出設(shè)計(jì)調(diào)理電路 重點(diǎn)研究施密特觸發(fā)器 HEF40106Bp 芯片的工作原理 設(shè)計(jì)該芯片的 濾波電路 使得霍爾傳感器輸出的矩形脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器 整形成標(biāo)準(zhǔn)的矩形脈沖波 第一章 緒論 3 3 研究 USB2080 采集卡的工作原理 驅(qū)動(dòng)程序以及數(shù)據(jù)輸出方式 4 熟悉 LabVIEW 開(kāi)發(fā)環(huán)境 掌握使用 LabVIEW 編程的技巧 了解采用 各種方法實(shí)現(xiàn)程序功能的優(yōu)缺點(diǎn) 編寫(xiě)電動(dòng)汽車(chē)速度 電流 電壓 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的速度 計(jì)算結(jié)果的精確性進(jìn)行分析 確定 適合該電動(dòng)車(chē)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式 5 安裝霍爾轉(zhuǎn)速 電流 電壓傳感器 連接調(diào)理電路 采集卡 在行 駛工況下測(cè)量車(chē)速 電流電壓 并對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精確性進(jìn)行核算 調(diào)整 VI 程序?qū)崿F(xiàn)方式 直到達(dá)到精度為止 1 5 設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)目標(biāo) 本設(shè)計(jì)利用已有的軟硬件設(shè)備資源 開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 無(wú)論汽車(chē)在何 種工況下行駛 系統(tǒng)都能快速的采集車(chē)速 電流 電壓信號(hào) 并經(jīng)過(guò)相關(guān)的程序 將車(chē)速 汽車(chē)行駛里程 電流 電壓實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的顯示在人機(jī)界面 人機(jī)界 Human Computer Interface 簡(jiǎn)寫(xiě) HCI 又稱(chēng)用戶界面或使用者界面 是人與計(jì)算機(jī)之間 傳遞 交換信息的媒介和對(duì)話接口 是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分 11 通過(guò)該界面 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)速的實(shí)時(shí)精確的監(jiān)測(cè) 1 6 本文章節(jié)安排本文章節(jié)安排 本文主要是對(duì)電動(dòng)汽車(chē)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研究設(shè)計(jì) 在介紹分析霍爾轉(zhuǎn)速傳感 器 施密特觸發(fā)器 三端穩(wěn)壓器的工作原理和相關(guān)電路設(shè)計(jì)后 設(shè)計(jì)制作了與之相 關(guān)的各種電路 然后介紹了 USB2080 采集卡的工作原理 驅(qū)動(dòng)程序和數(shù)據(jù)輸出方式 接著 深入學(xué)習(xí) LavVIEW 的設(shè)計(jì)方法 并設(shè)計(jì)出基于 LavVIEW 的車(chē)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 最 后 安裝霍爾傳感器 連接調(diào)理電路 采集卡 在行駛工況下測(cè)量車(chē)速 采集實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù) 并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 本文章節(jié)安排如下 第一章介紹課題的研究背景 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 主要研究?jī)?nèi)容以及 設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目標(biāo) 第二章介紹霍爾轉(zhuǎn)速 電流 電壓傳感器的工作原理以及采樣電路的設(shè)計(jì) 第三章介紹采用施密特觸發(fā)器設(shè)計(jì)霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的調(diào)理電路 以及利用 FilterLab 設(shè)計(jì)霍爾電流 電壓傳感器調(diào)理電路 第四章介紹 USB2080 采集卡的基本功能和驅(qū)動(dòng)函數(shù)接口 第五章介紹 LabVIEW 的產(chǎn)生及發(fā)展 特點(diǎn) 開(kāi)發(fā)環(huán)境和優(yōu)勢(shì) 接著介紹了應(yīng)用 LabVIEW 開(kāi)發(fā)測(cè)速程序的方法 測(cè)速程序的實(shí)現(xiàn)方法和采用定理 并用實(shí)驗(yàn)的方法 證明了程序的可行性 最后介紹應(yīng)用 LabVIEW 開(kāi)發(fā)測(cè)電流 電壓程序的方法 第一章 緒論 4 第六章對(duì)全文的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)要的總結(jié) 并提出了改進(jìn)方向 第二章 傳感器及其采樣電路 5 第二章第二章 傳感器及其采樣電路傳感器及其采樣電路 2 1 霍爾傳感器霍爾傳感器 2 1 1 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng) 霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種 這一現(xiàn)象 是美國(guó)物理學(xué)家霍爾 A H Hall 1855 1938 于 1879 年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā) 現(xiàn)的 當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)導(dǎo)體時(shí) 在 導(dǎo)體的垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之 間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差 這一現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng) 這個(gè)電勢(shì)差也被叫做霍爾電勢(shì)差 12 圖 2 1 是霍爾效應(yīng)的原理圖 2 1 2 霍爾傳感器及分類(lèi)霍爾傳感器及分類(lèi) 由于霍爾元件產(chǎn)生的電勢(shì)差很小 故通常將霍爾元件與放大器電路 溫度補(bǔ)償 電路及穩(wěn)壓電源電路等集成在一個(gè)芯片上 稱(chēng)之為霍爾傳感器 霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器兩種 一 線性型霍爾傳感器由霍爾元件 線性放 大器和射極跟隨器組成 它輸出模擬量 二 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器 霍爾元件 差分放大器 施密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成 它輸出 數(shù)字量 2 1 3 霍爾傳感器的特性霍爾傳感器的特性 1 線性型霍爾傳感器的特性 圖 2 2 霍爾傳感器的線性特性 輸出電壓與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度呈線性關(guān)系 如圖 2 2 所示 可見(jiàn) 在 B1 B2 的磁 感應(yīng)強(qiáng)度范圍內(nèi)有較好的線性度 磁感應(yīng)強(qiáng)度超出此范圍時(shí)則呈現(xiàn)飽和狀態(tài) 2 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的特性 如圖 2 3 所示 其中 Bop 為工作點(diǎn) 開(kāi) 的磁感應(yīng)強(qiáng)度 BRP 為釋放點(diǎn) 關(guān) 的磁感應(yīng)強(qiáng)度 當(dāng)外加的磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)動(dòng)作點(diǎn) Bop 時(shí) 傳感器輸出低電平 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度 降到動(dòng)作點(diǎn) Bop 以下時(shí) 傳感器輸出電平不變 一直要降到釋放點(diǎn) Brp 時(shí) 傳感器 圖 2 1 霍爾效應(yīng) 第二章 傳感器及其采樣電路 6 才由低電平躍變?yōu)楦唠娖?Bop 與 Brp 之間的滯 后使開(kāi)關(guān)動(dòng)作更為可靠 13 2 2 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器霍爾轉(zhuǎn)速傳感器 本設(shè)計(jì)采用的是開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器 霍爾元件 差分放大器 施密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成 它輸出數(shù)字量 2 2 1 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的結(jié)構(gòu) 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器 A 硅霍爾片 B 差分放大器 C 施密特觸發(fā)器 D 和 OC 門(mén)輸出 E 五部分組成 如圖 2 4 所示 從輸入端 1 輸入電壓 VCC 經(jīng)穩(wěn)壓器 A 穩(wěn) 壓后加在硅霍爾片 B 的兩端 以提供 恒定不變的工作電流 在垂直于霍爾 片的感應(yīng)面方向施加磁場(chǎng) 產(chǎn)生霍爾 電勢(shì)差 VH 該 VH 信號(hào)經(jīng)差分放大器 C 放大后送至施密特觸發(fā)器 D 整形 當(dāng)磁場(chǎng)達(dá)到 工作點(diǎn) 即 Bop 時(shí) 觸發(fā)器 D 輸出高電壓 相對(duì)于地電位 使三極管 E 導(dǎo)通 輸出端 Vo 輸出低電位 此狀 態(tài)稱(chēng)為 開(kāi) 當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到 釋放點(diǎn) 即 Brp 時(shí) 觸發(fā)器 D 輸出低電壓 使三 極管 E 截止 輸出端 Vo 輸出高電位 此狀態(tài)稱(chēng)為 關(guān) 這樣 2 次高低電位變換 使 霍爾傳感器完成了 1 次開(kāi)關(guān)動(dòng)作 如圖 3 示 Bop Brp 稱(chēng)為磁滯 在此差值內(nèi) 輸出電 位 Vo 保持高電位或低電位不變 因而輸出穩(wěn)定 可靠 14 2 2 2 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器在測(cè)速上的應(yīng)用開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器在測(cè)速上的應(yīng)用 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器主要用于測(cè)轉(zhuǎn)數(shù) 轉(zhuǎn) 速 風(fēng)速 流速 接近開(kāi)關(guān) 關(guān)門(mén)告知器 報(bào) 警器 自動(dòng)控制電路等 如圖 2 5 所示 在非磁性材料的圓盤(pán)邊上粘一塊磁鋼 霍爾傳感器放在靠近 圓盤(pán)邊緣處 圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周 霍爾傳感器就輸出一個(gè)脈沖 從而可測(cè)出轉(zhuǎn)數(shù) 計(jì)數(shù) 器 若接入頻率計(jì) 便可測(cè)出轉(zhuǎn)速 如果把開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器按預(yù)定位置有規(guī)律 圖 2 3 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的特性 圖 2 4 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的構(gòu) 成 圖 2 5 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的測(cè)速原理 第二章 傳感器及其采樣電路 7 地布置在軌道上 當(dāng)裝在運(yùn)動(dòng)車(chē)輛上的永磁體經(jīng)過(guò)它時(shí) 可以從測(cè)量電路上測(cè)得脈 沖信號(hào) 根據(jù)脈沖信號(hào)的分布可以測(cè)出車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)速度 13 2 2 3 采樣電路設(shè)計(jì)采樣電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用的是常閉式開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器 該傳感器在沒(méi)有轉(zhuǎn)速即沒(méi)有外磁場(chǎng) 時(shí)信號(hào)端一地導(dǎo)通 當(dāng)有轉(zhuǎn)速信號(hào)即旋轉(zhuǎn) 產(chǎn)生外磁場(chǎng)時(shí) 信號(hào)輸出端與地?cái)嚅_(kāi) 通 過(guò)上拉電阻 R 使信號(hào)端在開(kāi)關(guān)閉合時(shí)輸出 低電平 0 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)輸出高電平 5V 傳感 器的電源電源為 5V 如圖 2 6 所示 為輸出信號(hào)采樣電路 圖 在該電路中 CC 5 4 7VVRK 電源上拉電阻 所以 當(dāng)磁鋼隨著圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí) 開(kāi)關(guān) 型霍爾傳感器中的三極管 E 就會(huì)不斷 截止 導(dǎo)通 截止 導(dǎo)通 而信號(hào) 輸出端則輸出 5V 0V 5V 0V 的脈沖信號(hào) 2 2 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖 2 7 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器輸出的信號(hào)脈沖 圖 2 7 為采用圖 2 6 電路圖測(cè)量的霍爾傳感器的脈沖波形圖 從圖中可以開(kāi)出 該脈沖的高電平為 5V 低電平為 0V 脈沖形狀為缺角的矩形 符合設(shè)計(jì)要求 圖 2 6 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的采樣電路 第二章 傳感器及其采樣電路 8 2 3 霍爾電流傳感器霍爾電流傳感器 本設(shè)計(jì)采用的是宇波 CHB 200S 電流傳感器 該傳感器是采用霍爾磁補(bǔ)償?shù)脑?工作的 2 3 1 工作原理工作原理 磁平衡式電流傳感器也稱(chēng)補(bǔ)償式傳感器 即原邊電流 Ip 在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁 場(chǎng)通過(guò)一個(gè)次級(jí)線圈電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償 其補(bǔ)償電流 Is 精確的反映原邊 電流 Ip 從而使霍爾器件處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài) 圖 2 8 霍爾電流傳感器工作原理 具體工作過(guò)程為 當(dāng)主回路有一電流通過(guò)時(shí) 在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場(chǎng)被磁環(huán)聚集 并感應(yīng)到霍爾器件上 所產(chǎn)生的信號(hào)輸出用于驅(qū)動(dòng)功率管并使其導(dǎo)通 從而獲得一 個(gè)補(bǔ)償電流 Is 這一電流再通過(guò)多匝繞組產(chǎn)生磁場(chǎng) 該磁場(chǎng)與被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng) 正好相反 因而補(bǔ)償了原來(lái)的磁場(chǎng) 使霍爾器件的輸出逐漸減小 當(dāng)與 Ip 與匝數(shù) 相乘所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相等時(shí) Is 不再增加 這時(shí)的霍爾器件起到指示零磁通的作用 此時(shí)可以通過(guò) Is 來(lái)測(cè)試 Ip 當(dāng) Ip 變化時(shí) 平衡受到破壞 霍爾器件有信號(hào)輸出 即重復(fù)上述過(guò)程重新達(dá)到平衡 被測(cè)電流的任何變化都會(huì)破壞這一平衡 一旦磁場(chǎng) 失去平衡 霍爾器件就有信號(hào)輸出 經(jīng)功率放大后 立即就有相應(yīng)的電流流過(guò)次級(jí) 繞組以對(duì)失衡的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償 從磁場(chǎng)失衡到再次平衡 所需的時(shí)間理論上不到 1 s 這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程 因此 從宏觀上看 次級(jí)的補(bǔ)償電流安匝數(shù)在任 何時(shí)間都與初級(jí)被測(cè)電流的安匝數(shù)相等 如圖 2 8 所示 為霍爾電流傳感器的工作 原理圖 15 第二章 傳感器及其采樣電路 9 2 3 2 基本性能參數(shù)基本性能參數(shù) 如表 2 1 所示 為 CHB 200S 電流傳感器的基本性能參數(shù) 表 2 1 CHB 200S 電流傳感器的基本性能參數(shù) 型號(hào) CHB 200S N I額定電流 RMS 200A P I測(cè)量范圍0 300A M R測(cè)量電阻 min M R max M R C VV 在 200A 或 300A 時(shí) 0 在 200A 時(shí) 50 在 300A 時(shí) 2 5 C VV 在 200A 或 300A 時(shí) 20 在 200A 時(shí) 50 在 300A 時(shí) 20 M I測(cè)量電流 輸出電流 額定值為 100mA 對(duì)應(yīng)原邊電流為 200A N K匝數(shù)比1 2000 C V 電源電壓 C V 5 VV f 頻率范圍 0 100kHz a T工作溫度 070CC 如表 2 1 可知 由于傳感器線圈的匝數(shù)比為 1 2000 所以當(dāng)測(cè)量電流為 100mA 時(shí) 對(duì)應(yīng)的原邊電流為 200A 2 3 3 采樣電路設(shè)計(jì)采樣電路設(shè)計(jì) 測(cè)量電壓的計(jì)算公式為 在實(shí)際過(guò)程中 電動(dòng)汽車(chē)的起動(dòng)時(shí)電流最大 約為 60A 取測(cè)量電阻 40 M R 則只要測(cè)量出電壓的值 便能得出原邊電流的值 其換算公式為 M V P I 2000 50 M PM V IV M R 2 1 2 2 2000 P MMM I VIR AA M R 第二章 傳感器及其采樣電路 10 圖 2 9 所示 電流傳感器的采樣電路連接圖 圖 2 9 電流傳感器的采樣電路連接圖 圖 2 10 霍爾電壓傳感器工作原理 2 4 霍爾電壓傳感器霍爾電壓傳感器 本設(shè)計(jì)采用的是宇波 CHV 25P 閉環(huán)電壓霍爾傳感器 該傳感器是采用霍爾磁補(bǔ) 償?shù)脑砉ぷ鞯?2 4 1 工作原理工作原理 霍爾電壓傳感器的工作原理與閉環(huán)式電流傳感器相似 也是以磁平衡方式工作 的 原邊電壓 VP 通過(guò)限流電阻 Ri 產(chǎn)生電流 流過(guò)原邊線圈產(chǎn)生磁場(chǎng) 聚集在磁環(huán) 內(nèi) 通過(guò)磁環(huán)氣隙中霍爾元件輸出信號(hào)控制的補(bǔ)償電流 IS 流過(guò)副邊線圈產(chǎn)生的磁 場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償 其補(bǔ)償電流 IS 精確的反映原邊電壓 VP 如圖 2 10 所示 是電壓傳感 器的工作原理圖 2 4 2 基本性能參數(shù)基本性能參數(shù) 如表 2 2 所示 為 CHV 25P 電流傳感器的基本性能參數(shù) 第二章 傳感器及其采樣電路 11 表 2 2 CHV 25P 電流傳感器的基本性能參數(shù) 型號(hào) CHB 200S N I額定電流10mA RMS P I測(cè)量范圍0 14m A M R測(cè)量電阻 min M R max M R 15 C VVV 在 10mA 或 14mA 時(shí) 0 在 10mA 時(shí) 350 在 300A 時(shí) 190 M I 測(cè)量電流 輸出電流 輸出額定值為 25mA 對(duì)應(yīng)原邊電流為 10mA N K匝數(shù)比2500 1000 C V 電源電壓 C V 5 VV f 頻率范圍 0 100kHz a T工作溫度 070CC S R 副邊內(nèi)阻 70 a TC 110 原邊內(nèi)阻 70 a TC 250 2 4 3 采樣電路設(shè)計(jì)采樣電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)所用的電動(dòng)車(chē)為采用 6 個(gè) 8V 的蓄電池串聯(lián)供電 串聯(lián)電壓為 48V 由霍爾 電壓傳感器的工作原理可知 原邊電流 1 N N S V I RR 由于 取 則 250 S R 原邊內(nèi)阻 1 4 7Rk 3 1 4 95 10 NN N S VV I RR 由于 則測(cè)量電流 2500 1000 MN II 3 2 5 2 5 4 95 10 N MN V II 由于測(cè)量電壓 取測(cè)量電阻 MMM VIR 200 M R 則 3 4 95 10 9 9 2 5 200 M NM V VV 2 3 2 4 2 5 第二章 傳感器及其采樣電路 12 所以 只要測(cè)量出電壓的值 就能求出電壓的值 其中 電壓由 USB 采 M V N V M V 集卡采集 如圖 2 11 所示 為電壓傳感器采樣電路連接圖 圖 2 11 電壓傳感器采樣電路連接圖 2 5 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章首先介紹了霍爾效應(yīng)和霍爾傳感器 并對(duì)霍爾傳感器進(jìn)行簡(jiǎn)單的分類(lèi) 然 后分別介紹分別介紹了霍爾轉(zhuǎn)速傳感器 霍爾電力傳感器 霍爾電壓傳感器的工作 原理 基本性能參數(shù)和采樣電路的設(shè)計(jì)方法 在介紹完霍爾轉(zhuǎn)速傳感器采樣電路的 設(shè)計(jì)后 還對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器的采樣電路進(jìn)行測(cè)試 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 采樣電路的設(shè)計(jì)符 合要求 第三章 調(diào)理電路及直流穩(wěn)壓電源 13 第三章第三章 調(diào)理電路及直流穩(wěn)壓電源調(diào)理電路及直流穩(wěn)壓電源 3 1 調(diào)理電路調(diào)理電路 信號(hào)調(diào)理 就是信號(hào)處理電路 把模擬信號(hào)變換為用于數(shù)據(jù)采集 控制過(guò)程 執(zhí)行計(jì)算顯示讀出或其他目的的數(shù)字信號(hào) 模擬傳感器可測(cè)量很多物理量 如溫度 壓力 光強(qiáng)等 但由于傳感器信號(hào)不能直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 這是因?yàn)閭鞲衅鬏?出是相當(dāng)小的電壓 電流或電阻變化 因此 在變換為數(shù)字信號(hào)之前必須進(jìn)行調(diào)理 調(diào)理就是放大 緩沖或定標(biāo)模擬信號(hào)等 使其適合于模 數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC 的輸入 然 后 ADC 對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化 并把數(shù)字信號(hào)送到 MCU 或其他數(shù)字器件 以便用 于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理 16 3 2 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的調(diào)理電路霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的調(diào)理電路 3 2 1 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 施密特觸發(fā)器可以把不規(guī)則的輸人波形變成良好的矩形彼 圖 3 1 是它的輸人 輸出特性 由圖 3 1 可以看到 該電路有兩個(gè)穩(wěn)態(tài) 一個(gè)穩(wěn)態(tài)輸出高電平 另一個(gè)穩(wěn)態(tài) OH V 輸出低電平 但是這丙個(gè)穩(wěn)態(tài)信號(hào)要靠輸人信號(hào)電平來(lái)維持 OL V 施密特觸發(fā)器的另一個(gè)特點(diǎn)是輸入輸出的回差特性 當(dāng)輸入信號(hào)高于時(shí) 電 T V 路處于一個(gè)穩(wěn)態(tài) 輸出高電平 人稱(chēng)為上觸發(fā)電平或正向閾值電壓 當(dāng)輸人信 OH V 號(hào)低于時(shí) 電路處于另一個(gè)穩(wěn)態(tài) 輸出低電平 稱(chēng)為下觸發(fā)電平或負(fù)向 T V OL V T V 閾值電壓 圖 3 1 密特觸發(fā)器輸入輸出特性 0 V0 Vi VOH OH VT VT VOL 第三章 調(diào)理電路及直流穩(wěn)壓電源 14 3 2 2 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器 國(guó)產(chǎn)集成施密特觸發(fā)器有雙四輸入與非門(mén) 帶施密特觸發(fā)器 CT1013 CT4013 CT54 74F14 六反相器 帶施密特觸發(fā)器 CT1014 CT4014 CT54 74F14 等 其典型電路如圖 3 2 所示 圖 3 2 國(guó)產(chǎn)施密特觸發(fā)器 集成施密特觸發(fā)器的上觸發(fā)電平 大約在 1 7V 左右 下觸發(fā)電平大約在 T V T V 0 9V 左右 輸出高電平大約在 3 4V 左右 輸出低電平大約在 0 2V 左右 17 OH V OL V 3 2 3 HEF40106Bp 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器 1 基本特性 本設(shè)計(jì)采用的是型號(hào)為 HEF40106Bp 的集成施密特觸發(fā) 器 圖 3 3 管腳圖圖 3 4 管腳功能圖 第三章 調(diào)理電路及直流穩(wěn)壓電源 15 如圖 3 3 所示 為芯片的管腳圖 如圖 3 4 所示 為芯片的管腳功能圖 HEF40106Bp 在 0V 時(shí)的直流特性如表 3 1 所示 SS V25 amb T 表 3 1 直流特性 V DD V符號(hào)最小 V 典型 V 最大 V 回差電壓 5 10 15 H V 0 5 0 7 0 9 0 8 1 3 1 8 正向閾值電壓 5 10 15 P V 2 3 7 4 9 3 0 5 8 8 3 3 5 7 11 負(fù)向閾值電壓 5 10 15 N V 1 5 3 4 2 2 4 5 6 5 3 6 3 11 圖 3 5 表示的是 HEF40106Bp 的輸入輸出特性 本設(shè)計(jì) 如直流特性表查的 5 DD VV 正向閾值電壓的典型值為 3 0V 負(fù)向閾值電壓的典型值為 2 2V 回差電壓的 p V N V 典型值 pHN VVV 圖 3 5 輸入輸出特性 2 高阻抗驅(qū)動(dòng)電路 圖 3 6 表示的是施密特觸發(fā)器通過(guò)高阻抗驅(qū)動(dòng)的電路圖 如圖 3 6 所示 電容 C 寄生電容 電源 地端 回差電壓應(yīng)滿足 P C DD V SS V H V 否則 在脈沖的邊緣將會(huì)發(fā)生振蕩 其中 寄生電容與電路板的布置有關(guān) 一般 P C 很小 由于 5V 0 0 8V 取 此時(shí) RC 構(gòu)成 DD V SS V H V0 1CF 4 7RK 一個(gè)低通濾波器 把高頻的噪聲旁路掉 該濾波器的截止頻率為 3 1 DDSS PH VVC CV 第三章 調(diào)理電路及直流穩(wěn)壓電源 16 其中 是霍爾傳感器輸出信號(hào)的最大頻率 max f 圖 3 6 通過(guò)高阻抗的驅(qū)動(dòng)電路 3 2 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果 將上述的驅(qū)動(dòng)電路連同 HEF40106Bp 芯片焊接在一個(gè)電路板上 接 5V 電源 DD V 接地 把從霍爾傳感器輸出的信號(hào)接到口上 口接示波器 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如 SS V 1 I 1 O 圖 3 7 所示 與圖 2 7 比較可知 經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器的整形 輸出信號(hào)變成標(biāo)準(zhǔn)的 矩形脈沖 達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果 符合要求 圖 3 7 經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器整形的脈沖 3 3 霍爾電流 電壓傳感器的調(diào)理電路霍爾電流 電壓傳感器的調(diào)理電路 霍爾電流 電壓傳感器的輸出信號(hào)為直流電壓信號(hào) 但由于信號(hào)微弱并且在 傳輸過(guò)程中中受到高頻噪聲的影響 所以為了使采集卡能夠采集到正確的信號(hào) 需 對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)理 3 2 3 max 11 f102127 z f 4 7 0 1 H RC 第三章 調(diào)理電路及直流穩(wěn)壓電源 17 本文采用 FilterLab 設(shè)計(jì)電流 電壓傳感器的調(diào)理電路 考慮到電流 電壓 信號(hào)均為直流信號(hào) 而且都采用 USB2080 采集卡對(duì)其信號(hào)進(jìn)行采集 所以其調(diào)理電 路的各設(shè)計(jì)參數(shù)相同 USB2080 的采用頻率 138Hz 到 400KHz 在滿足采樣定理的前 提下 設(shè)置調(diào)理電路的截止頻率為 4000Hz 采用巴特沃斯響應(yīng) 設(shè)計(jì)三階低通濾波 器 其響應(yīng)圖和電路圖如圖 3 8 3 9 所示 圖 19 表示濾波器的響應(yīng)特性 圖 20 表示濾波器的電路圖 19 21 圖 3 8 濾波器的響應(yīng)特性 圖 3 9 濾波器電路圖 3 4 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 由于霍爾傳感器和施密特觸發(fā)器的電源均為 5V 霍爾電流 電壓傳感器的電 源為 15V 15V 為滿足實(shí)驗(yàn)要求 專(zhuān)門(mén)制作了一個(gè)直流穩(wěn)壓電源 采用固定輸出的 三端集成穩(wěn)壓器 L7805 L7915 L7815 制作而成 集成穩(wěn)壓器是把功率調(diào)整管 取樣電路以及基準(zhǔn)穩(wěn)壓源 誤差放大器 啟動(dòng) 和保護(hù)電路等集成在一塊芯片上 形成的一種串聯(lián)型集成穩(wěn)壓電路 常見(jiàn)的集成穩(wěn) 壓器引出三個(gè)腳 它的輸出電壓有可調(diào)和固定兩種形式 固定式輸出電壓為標(biāo)準(zhǔn)值 第三章 調(diào)理電路及直流穩(wěn)壓電源 18 使用時(shí)不能再調(diào)節(jié) 可調(diào)式可通過(guò)外接元件 在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓 此外 還有輸出正電壓和輸出負(fù)電壓的三端集成穩(wěn)壓器 三端集成穩(wěn)壓器的型號(hào)有多種 常用的輸出為固定正電壓的型號(hào)有 W78XX 系 列 輸出為固定負(fù)電壓的型號(hào)為 W79XX 系列 輸出為可調(diào)正電壓的型號(hào)有 W317 系 列 輸出為可調(diào)負(fù)電壓的型號(hào)有 W337 系列 3 5 1 固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器 固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器的三端指輸入端 1 腳 輸出腳 2 腳 及公共 端 3 腳 三個(gè)引出端 固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器 W78XX 系列和 W79XX 系列各有 7 個(gè)品種 輸出電壓分別為 5V 6V 9V 12V 15V 18V 25V 最 大輸出電路可達(dá) 1 5A 公共輸出端的靜態(tài)電流為 8mA 型號(hào)后兩位數(shù)字 XX 為輸 出電壓值 例如 W781 表示輸出電壓 15V 在根據(jù)穩(wěn)定電壓值選擇穩(wěn)壓器的型號(hào) 0 U 時(shí) 要求經(jīng)整流濾波后的電壓要高于三端穩(wěn)壓器的輸出電壓 2V 3V 輸出負(fù)電壓要 低于 2V 3V 但不宜過(guò)大 因?yàn)檩斎肱c輸出電壓之差等于加在調(diào)整管上的 如 CE U 果過(guò)小 調(diào)整管容易工作在飽和區(qū) 降低穩(wěn)壓效果 甚至失去穩(wěn)壓作用 若過(guò)大 則功耗過(guò)大 3 5 2 輸出為輸出為 5V 的穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓電路 固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路如圖 3 10 所示 圖 3 10 中用 1 C 以抑制過(guò)電壓 抵消因輸入線過(guò)長(zhǎng)產(chǎn)生的電感效應(yīng)并消除自激振蕩 用以改善負(fù) 0 C 載的瞬態(tài)響應(yīng) 即瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)不至于引起輸出電壓有較大的波動(dòng) 1 C 一般選為滌綸電容 容量為至幾個(gè) 安裝時(shí) 兩電容應(yīng)直接與三端穩(wěn) 0 C0 1 F F 壓器的引腳根部相連 22 本設(shè)計(jì)中 選用 L7805 三端集成穩(wěn)壓器 采用 9V 1 0 33CF 0 0 1CF 的干電池提供電源 按圖 22 焊接電路 電路板焊接圖以及實(shí)測(cè)的穩(wěn)壓結(jié)果如圖 3 11 所示 圖 3 10 穩(wěn)壓電路圖 W7800 C1C0 12 3U1U0 第三章 調(diào)理電路及直流穩(wěn)壓電源 19 圖 3 11 5V 穩(wěn)壓電路 圖 3 12 15V 穩(wěn)壓電路 圖 3 13 15V 穩(wěn)壓電路 3 5 3 輸出為輸出為 15V 15V 的穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓電路 輸出為 15V 15V 的穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)方法與輸出為 5V 穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)方法相 同 本設(shè)計(jì)中 選用 L7815 L7915 三端集成穩(wěn)壓器 采用兩個(gè) 9V 的干電池提供電源 按圖 22 焊接電路 電 1 0 33CF 0 0 1CF 路板焊接圖以及實(shí)測(cè)的穩(wěn)壓結(jié)果如圖 3 12 3 13 所示 圖 3 12 是輸出為 15V 的穩(wěn) 壓電路 圖 3 13 是輸出為 15V 的穩(wěn)壓電路 3 6 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章首先介紹了調(diào)理電路的作用 然后介紹了霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的調(diào)理電路設(shè)計(jì) 方法 其中介紹了施密特觸發(fā)器和集成施密特觸發(fā)器 并對(duì)調(diào)理電路進(jìn)行實(shí)際測(cè)試 接著介紹了霍爾電流 電壓傳感器的調(diào)理電路的方法 最后補(bǔ)充介紹了利用集成三 端穩(wěn)壓器制作的直流穩(wěn)壓電源的方法 第四章 USB2080 采集卡 20 第四章第四章 USB2080 采集卡采集卡 4 1 功能概述功能概述 USB2080 卡是一種基于 USB 總線的數(shù)據(jù)采集卡 可直接與計(jì)算機(jī)的 USB 接口 連接 構(gòu)成實(shí)驗(yàn)室 產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心等各種領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集 波形分析和處理系 統(tǒng) 也可構(gòu)成工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控系統(tǒng) 它的主要應(yīng)用場(chǎng)合為 1 電子產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè) 2 信號(hào)采集 3 過(guò)程控制 4 伺服控制 4 1 1 基本功能基本功能 USB2080 采集卡的適用各種領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集 功能多 下面就把本實(shí)驗(yàn)所涉 及到的功能分條一簡(jiǎn)要介紹 1 轉(zhuǎn)換器 AD7899 1 兼容 AD7899 2 采用該轉(zhuǎn)換器時(shí)輸入量程范圍 為 5V 10V 2 輸入量程 10V 在 AD 模擬量輸入跳線中設(shè)置 3 轉(zhuǎn)換精度 14 位 把 10V 到 10V 的數(shù)按相同的間隔以二進(jìn)制的方式 存儲(chǔ)在 14 位的存儲(chǔ)器中 4 采樣頻率 138Hz 到 400KHz 在驅(qū)動(dòng)程序中設(shè)定為 5000Hz 到 60KHz 范圍內(nèi)的可自動(dòng)改變 5 AD 采集方式 連續(xù)采集 6 物理通道數(shù) 32 通道 單端 7 采樣通道數(shù) 在驅(qū)動(dòng)程序中設(shè)定為一個(gè)通道 0 通道 8 模擬量輸入方式 單端模擬輸入 9 模擬輸入阻抗 100 M 10 通道卻換方式 首末通道順序卻換 11 觸發(fā)方式 軟件內(nèi)觸發(fā) 12 觸發(fā)類(lèi)型 邊沿觸發(fā) 13 觸發(fā)方向 負(fù)向觸發(fā) 第四章 USB2080 采集卡 21 4 1 2 數(shù)據(jù)格式及換算關(guān)系數(shù)據(jù)格式及換算關(guān)系 本設(shè)計(jì)采用的是輸入量程為 10V 的雙極性的輸入 AD 雙極性模擬量輸入的數(shù) 據(jù)格式采用補(bǔ)碼的形式 如表 4 1 所示 表 4 1 數(shù)據(jù)格式及換算關(guān)系 輸入AD 原始碼 二進(jìn)制 AD 原始碼 十六進(jìn)制 求補(bǔ)后的碼 十進(jìn)制 正滿度01 1111 11111FFF16383 正滿度 1LSB01 1111 11101FFE16382 中間值 1LSB00 0000 000100018193 中間值 零點(diǎn) 00 0000 000000008192 中間值 1LSB11 1111 11113FFF8191 負(fù)滿度 1LSB10 0000 000110011 負(fù)滿度10 0000 000010000 假設(shè)從設(shè)備中讀取 AD 端口的數(shù)據(jù)保存在 ADBuffer 中 設(shè)電壓值為 Volt 那么 量程的轉(zhuǎn)換公式為 20000 00 16384uffer 0 2000 當(dāng)車(chē)速降低時(shí) 采樣頻率要隨著車(chē)速的降 低而減少 當(dāng)被采信號(hào)的頻率減到 100Hz 時(shí) 采樣頻率要降到 51200Hz 另外 在一個(gè) For 循環(huán)內(nèi) 采集到的脈沖個(gè)數(shù)也不能太多 采樣頻率越低 采 集到的脈沖個(gè)數(shù)就越高 因此應(yīng)該相應(yīng)的提高采樣頻率 一般規(guī)定 采樣頻率應(yīng)為 圖 5 11 變頻 1 被采樣信號(hào)最高頻率的 5 倍以上 此處取最低采樣頻率為 5000Hz 5000 215 5 滿 足要求 一個(gè) For 循環(huán)中有 8192 個(gè)數(shù) 設(shè)定最多檢測(cè)到 300 個(gè)脈沖 即 8192 300 27 個(gè)被采樣數(shù)就檢測(cè)到一個(gè)脈沖 此時(shí) 采樣頻率是信號(hào)最高頻率的 27 倍 滿足 要求 利用這是方法 使采樣頻率會(huì)隨著車(chē)速的變化而變化 使采樣頻率始終工作在 最佳的工作點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)了采樣頻率對(duì)車(chē)速的自動(dòng)跟蹤 圖 5 11 5 12 即為該方法的程序?qū)崿F(xiàn)方法 圖 5 12 變頻 2 5 2 6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 安裝好霍爾傳感器 把霍爾傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)施密特觸發(fā)器的整形 然后送 到 USB 采集卡的輸入引腳 19 經(jīng)采集卡的 AD 轉(zhuǎn)換 送到 LabVIEW 的測(cè)速程序 第五章 基于 LabVIEW 開(kāi)發(fā)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 36 圖 5 13 測(cè)速儀表指示 1 最后通過(guò)控制界面顯示出來(lái) 如圖 5 13 5 14 所示 為在某一車(chē)速下采集到 的電機(jī)轉(zhuǎn)速和車(chē)速 圖 5 14 測(cè)速儀表指示 2 5 3 LabVIEW 的測(cè)電流 電壓程序設(shè)計(jì)的測(cè)電流 電壓程序設(shè)計(jì) 5 3 1 LabVIEW 的測(cè)電流程序設(shè)計(jì)的測(cè)電流程序設(shè)計(jì) 霍爾電流傳感器輸出的信號(hào)首先經(jīng)過(guò)調(diào)理電路 然后被采集卡采集進(jìn)行 A D 轉(zhuǎn) 換 最后輸入到 LabVIEW 程序中顯示出來(lái) 由 2 3 3 節(jié)可知 只需將采集卡采集到 的每一個(gè)數(shù)字量乘以系數(shù) 50 便能得到原邊電流 Ip 的值 如圖 5 15 所示 為電動(dòng)車(chē) 在某一行駛工況下電流傳感器測(cè)得的電流 圖 5 15 某一工況下蓄電池電流 第五