一种基于光电编码器的实验教学装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光电编码器的实验教学装置，属于光电信息实验教学领域，一种基于光电编码器的实验教学装置，包括电机控制与波形显示模块

【技术实现步骤摘要】
一种基于光电编码器的实验教学装置


[0001]本专利技术涉及光电信息实验教学领域，更具体地说，涉及一种基于光电编码器的实验教学装置
。

技术介绍

[0002]光电编码器是一种传感器，主要用于检测机械运动的速度
、
位置
、
角度，它是一种集光
、
机
、
电为一体的检测装置，它具有分辨率高
、
精度高
、
结构简单
、
体积小
、
使用可靠
、
易于维护
、
性价比高等优点
。
近些年来，光电编码器发展为一种成熟的多规格
、
高性能的系列工业化产品，在数控机床
、
机器人雷达
、
光电经纬仪
、
地面指挥仪
、
高精度闭环调速系统
、
伺服系统等诸多领域中得到了广泛的引用
。
[0003]单片机是微型计算机的重要分支，在工业自动化
、
通信设备
、
智能仪器仪表
、
消费类电子产品及武器装备等领域均有非常广泛的应用，单片机课程已成为高等学校电气类
、
电子信息类
、
自动化类
、
计算机类等所有电类专业的专业基础课
。
[0004]目前基于光电编码器的单片机实验系统主要是利用单片机采集光电编码器信号测量转速，然而实验系统没有对转速进行精确控制，且对光电编码器输出信号的观察需要额外借助示波器完成，体积大
、
成本高
、
操作不方便
。

技术实现思路

[0005]1.
要解决的技术问题
[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于光电编码器的实验教学装置，它可以实现对转速进行精确控制，且对光电编码器输出信号的观察无需额外借助示波器
。
[0007]2.
技术方案
[0008]为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案
。
[0009]一种基于光电编码器的实验教学装置，包括电机控制与波形显示模块
、
单片机实验模块
、
直流电机
、
光电编码器
、
联轴器和支架，所述光电编码器与直流电机同轴安装于支架上，所述直流电机上的转轴与所述光电编码器上的转轴通过联轴器连接，所述直流电机接线连接到电机控制与波形显示模块电机接口，所述光电编码器接线连接至电机控制与波形显示模块或单片机实验模块光电编码器接口
。
[0010]进一步的，所述的单片机实验模块和电机控制与波形显示模块硬件结构相同，由外壳
、
触控显示屏与电路板组成，所述触控显示屏安装在外壳表面，所述触控显示屏接口通过连接线与电路板连接，所述外壳有电源接口
、
程序下载接口
、
电机接口与光电编码器接口
,
所述电机控制与波形显示模块用于控制直流电机旋转方向和速度，且可以用于对光电编码器
A、B
和
Z
三相输出波形
、
输出脉冲频率
、
周期信息进行测量与显示，所述单片机实验模块用于供学生编写程序完成采集光电编码器输出测量直流电机转速功能
。
[0011]进一步的，所述的电路板包含电源模块
、
单片机系统
、
电平转换电路
、
触控显示屏
接口
、
光电编码器接口和电机接口
。
[0012]进一步的，所述的电源模块由外部直流电源供电，通过直流转直流芯片和低压差线性稳压器产生不同大小的电压，连接到电路各部分
。
[0013]进一步的，所述的电平转换电路由
N
沟道
MOS
管和电阻组成
。
[0014]进一步的，所述的光电编码器为有
A、B
和
Z
三相输出的增量式光电编码器
。
[0015]进一步的，所述的直流电机采用自带速度反馈的直流电机
。
[0016]进一步的，一种基于光电编码器的实验装置实验方法，包括以下步骤：
[0017]S1
：将光电编码器与直流电机安装完成，其转轴通过联轴器与支架连接，连接线接到电机控制与波形显示模块对应接口；
[0018]S2
：打开电机控制与波形显示模块电源，触控显示屏显示直流电机控制界面；
[0019]S3
：通过操作触控显示屏设置直流电机旋转速度和方向；
[0020]S4
：单片机采集直流电机速度反馈信号计算电机实际转速并通过触控显示屏显示，单片机根据设定转速与实际转速采用
PID
算法控制输出到直流电机的
PWM
占空比，使直流电机转速稳定到设定转速附近；
[0021]S5
：转速稳定后，操作触控显示屏将显示界面切换为波形显示界面；
[0022]S6
：单片机根据电机转速选择合适的采样率采集光电编码器
A、B
和
Z
三相输出脉冲信号并计算脉冲信号频率，通过显示屏显示三路脉冲信号波形及频率；
[0023]S7
：多次改变电机旋转速度和方向，观察电机旋转速度和方向不同时光电编码器输出脉冲频率和相位的变化；
[0024]S8
：将光电编码器接线连接到单片机实验模块，学生编写单片机程序，利用单片机实验模块采集光电编码器输出信号并完成电机转速的测量
。
[0025]3.
有益效果
[0026]相比于现有技术，本专利技术的优点在于：
[0027]本方案能够通过操作触摸屏控制电机旋转方向并精确控制直流电机转速，能对电机旋转方向
、
速度
、
光电编码器
ABZ
三相输出波形及脉冲频率信息进行实时显示，并通过让学生编写程序采集并处理光电编码器信号测量转速，使学生更加深入且直观地了解单片机与光电编码器的原理与应用方法，具有结构简单
、
体积小
、
成本低
、
操作方便
、
实验现象直观等特点
。
附图说明
[0028]图1为本专利技术的结构图；
[0029]图2为本专利技术电路板结构图
。
[0030]图中标号说明：
[0031]1、
电机控制与波形显示模块；
2、
单片机实验模块；
3、
直流电机；
4、
光电编码器；
5、
联轴器；
6、
支架...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于光电编码器的实验教学装置，其特征在于：包括电机控制
、
波形显示模块
、
单片机实验模块
、
直流电机
、
光电编码器
、
联轴器和支架，所述光电编码器与直流电机同轴安装于支架上，所述直流电机上的转轴与所述光电编码器上的转轴通过联轴器连接，所述直流电机接线连接到电机控制与波形显示模块电机接口，所述光电编码器接线连接至电机控制与波形显示模块或单片机实验模块光电编码器接口
。2.
根据权利要求1所述的一种基于光电编码器的实验教学装置，其特征在于：所述的单片机实验模块和电机控制与波形显示模块硬件结构相同，由外壳
、
触控显示屏与电路板组成，所述触控显示屏安装在外壳表面，所述触控显示屏接口通过连接线与电路板连接，所述外壳有电源接口
、
程序下载接口
、
电机接口与光电编码器接口
,
所述电机控制与波形显示模块用于控制直流电机旋转方向和速度，且可以用于对光电编码器
A、B
和
Z
三相输出波形
、
输出脉冲频率
、
周期信息进行测量与显示，所述单片机实验模块用于供学生编写程序完成采集光电编码器输出测量直流电机转速功能
。3.
根据权利要求2所述的一种基于光电编码器的实验教学装置，其特征在于：所述的电路板包含电源模块
、
单片机系统
、
电平转换电路
、
触控显示屏接口
、
光电编码器接口和电机接口
。4.
根据权利要求3所述的一种基于光电编码器的实验教学装置，其特征在于：所述的电源模块由外部直流电源供电，通过直流转直流芯片和低压差线性稳压器产生不同大小的电压，连接到电路各部分
。5.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱正，郭小宝，陈茂森，刘羽欣，李博，周镕鑫，石璨，张森，李荣廷，程丽，张杨，田凤军，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：