工业控制技术实验指导书讲解

★018★★★★工业控制技术★★★★★实验指导书福建农林大学机电工程学院机械工程教研室编制0．前言 (1)实验一Arduino控制板工作原理与编程 (2)1.1 目的 (2)1.2 要求 (2)1.3 预备知识： (3)1）Arduino 2560的原理图； (3)2）走马灯程序的工作原理 (5)1.4 实验内容 (6)1.5实验步骤 (6)1.6 实验设备 (7)1.7思考 (7)1.8提高部分（选做） (7)1.9程序样例 (7)实验二直流电动机调压调速 (10)1.1 目的 (10)1.2 要求 (10)1.3 预备知识： (10)1）带编码器直流电动机的工作原理 (10)2）LCD1602的使用方法 (11)1.4 实验内容 (12)1.5实验步骤 (12)1.6 实验设备 (13)1.7思考 (13)1.8提高部分（选做） (13)1.9程序样例 (14)实验三直流电动机PWM调速 (15)1.1 目的 (15)1.2 要求 (15)1.3 预备知识： (15)1）L298N驱动模块的工作原理 (15)2）PWM调速原理 (16)1.4 实验内容 (16)1.5实验步骤 (17)1.6 实验设备 (18)1.7思考 (18)1.8提高部分（选做） (18)1.9程序样例 (18)实验四步进电动机转速转向控制 (24)1.1 目的 (24)1.2 要求 (24)1.3 预备知识： (24)1）二相步进电动机工作原理 (24)2）步进电机驱动器使用方法 (25)1.4 实验内容 (26)1.5实验步骤 (26)1.7思考 (27)1.8提高部分（选做） (27)1.9程序样例 (27)附一、实验报告格式 (29)附二、实验注意事项 (30)实验三直流电动机PWM调速（3学时）1.1 目的（1）了解直流电动机转速与转向控制原理；（2）熟悉L298N驱动模块的工作原理；（3）熟悉PWM调速原理；（4）掌握直流电动机PWM调速编程；1.2 要求（1）简要说明直流电动机转速与转向控制原理；（2）熟记L298N驱动模块的使用方法和工作原理；（3）熟练的通过PWM进行调速；（4）完成直流电动机PWM调速编程与实现；（5）编程实现直流电动机加速-匀速-减速过程;（6）提交经调试通过的程序一份并附实验报告一份（实验步骤、内容、结果及分析等）1.3 预备知识：1）L298N驱动模块的工作原理直流电机电源线接IN1和IN2，Arduino 上带有PWM 输出数字口接到ENA 上可调速。

编码器线按上次试验接法。

白色可调电源正负极接到模块上的VCC 和GND上。

2）PWM 调速原理平均值u 为：u=(t1*U)/(t1+t2) = (t1*U)/T=d*U 式中d 为占空比，d=t/T占空比越大，平均电压越高，速度则越大， 所以通过调节占空比可以调速。

1.4实验内容1） 通过改变占空比来调节电机速度 2) Ardunino 的程序编写与编译, 下载3) 用外用表测出不同占空比时对应的电机两端的电压 电机 旋转 方式 控制端 IN1 控制端 IN2 输入PWM 信号改变 脉宽可调速调速端ENAM1 正转 高 低 高 反转 低 高 高 停止 低 低 高 IN1IN2ENAOUT1OUT2OUT3OUT4IN3IN4ENB6V 动力电源5) 绘出占空比、电压和速度之间的关系曲线1.5实验步骤1.准备好实验所需材料。

2.把Arduino、LCD1602、电机、L298N和可调电源连接好;电机橙色和黄色线连接到L298N模块的OUT1和OUT2管脚上，IN1和IN2连接到Arduino 的数字口，ENA连接到带PWM输出的数字口，+5连接到Arduino的电源管脚上，模块上的VCC和GND连接到可调电源的正负极。

3.编写控制程序。

4.把下载线连接到电脑上进行下载。

5.用外用表测出不同占空比对应的电压值并记录。

6.由LCD1602读出不同占空比对应的电机速度并记录。

7.绘制出d、u、n之间的关系曲线。

8.试验完成后整理好自己的材料。

1.6 实验设备Arduino实验箱一套(包括:Arduino控制板一个，L298N驱动模块一个，USB下载线一个，杜邦线若干，带编码器直流电机一个，12v电源一个，1602 液晶一个)；PC机一台及其它附件；可调电源一台；数字示波器一台。

1.7思考(1)如何通过程序来控制电机加速-匀速-减速？(2)分析d、u、n之间的关系。

（重点）1.8提高部分（选做）（1）通过PID算法实现电机转速的控制。

（2）利用4X4矩阵键盘调节电机转速。

1.9部分程序样例1.#include <LiquidCrystal.h>#include <FlexiTimer2.h>LiquidCrystal lcd(36,37,30,31,32,33);unsigned char keyvalue[4][4]={{0},{0},{0},{0}};unsigned char key;volatile unsigned long tt;unsigned int aa;unsigned char i,j,k,l;unsigned int table[13]={51,68,85,102,119,136,153,170,187,204,221,238,255};//对应不同的占空比#define PinA 2 //中断0#define IN3 42#define IN4 43#define DUTY 6void keyscan() // 扫描按键{for(int i=22;i<26;i++){digitalWrite(i,LOW);for(int j=26;j<30;j++)keyvalue[i-22][j-26]=digitalRead(j);digitalWrite(i,HIGH);}}void keyprocess() // 键值处理{for(int m=0;m<4;m++){for(int l=0;l<4;l++){if(keyvalue[m][l]==0)key=m*4+l+1;}}}void setup(){key=0;pinMode(PinA,INPUT); //D2脚为输入pinMode(IN3,OUTPUT);pinMode(IN4,OUTPUT);pinMode(DUTY,OUTPUT);lcd.begin(16,2);FlexiTimer2::set(500,flas);for(int i=22;i<30;i++)pinMode(i,OUTPUT);for(int i=22;i<30;i++)digitalWrite(i,HIGH);for(int i=26;i<30;i++)pinMode(i,INPUT);attachInterrupt(0,count,RISING);FlexiTimer2::start();}{while(1){keyscan();keyprocess();lcd.setCursor(0,0);switch(key) //通过按键改变占空比来调节速度{case 1: lcd.print(" forward ");lcd.setCursor(2,1);lcd.print(" ");digitalWrite(IN4,HIGH); //正转digitalWrite(IN3,LOW);break;case 2: lcd.print(" reversion ");lcd.setCursor(2,1);lcd.print(" ");digitalWrite(IN4,LOW); //反转digitalWrite(IN3,HIGH);break;case 3:analogWrite(DUTY,table[0]);lcd.setCursor(8,0);lcd.print(" 20.00");lcd.setCursor(8,1);lcd.print(i);lcd.print(j);lcd.print(k);lcd.print(l);break;case 4:analogWrite(DUTY,table[1]);lcd.setCursor(8,0);lcd.print(" 26.67");lcd.setCursor(8,1);lcd.print(i);lcd.print(j);lcd.print(k);lcd.print(l);break;case 5:analogWrite(DUTY,table[2]);lcd.setCursor(8,0);lcd.print(" 33.33");lcd.setCursor(8,1);lcd.print(i);lcd.print(j);lcd.print(k);lcd.print(l);break;case 6: analogWrite(DUTY,table[3]);lcd.setCursor(8,0);lcd.print(" 40.00");lcd.print(i);lcd.print(j);lcd.print(k);lcd.print(l);break;case 7:analogWrite(DUTY,table[4]);lcd.setCursor(8,0);lcd.print(" 46.67");lcd.setCursor(8,1);lcd.print(i);lcd.print(j);lcd.print(k);lcd.print(l);break;case 8:analogWrite(DUTY,table[5]);lcd.setCursor(8,0);lcd.print(" 53.33");lcd.setCursor(8,1);lcd.print(i);lcd.print(j);lcd.print(k);lcd.print(l);break;case 9:analogWrite(DUTY,table[6]);lcd.setCursor(8,0);lcd.print(" 60.00");lcd.setCursor(8,1);lcd.print(i);lcd.print(j);lcd.print(k);lcd.print(l);break;case 10:analogWrite(DUTY,table[7]);lcd.setCursor(8,0);lcd.print(" 66.67");lcd.setCursor(8,1);lcd.print(i);lcd.print(j);lcd.print(k);lcd.print(l);break;case 11:analogWrite(DUTY,table[8]);lcd.setCursor(8,0);lcd.print(" 73.33");lcd.setCursor(8,1);lcd.print(i);lcd.print(j);lcd.print(k);lcd.print(l);break;case 12:analogWrite(DUTY,table[9]);lcd.print(" 80.00");lcd.setCursor(8,1);lcd.print(i);lcd.print(j);lcd.print(k);lcd.print(l);break;case 13:analogWrite(DUTY,table[10]);lcd.setCursor(8,0);lcd.print(" 86.67");lcd.setCursor(8,1);lcd.print(i);lcd.print(j);lcd.print(k);lcd.print(l);break;case 14:analogWrite(DUTY,table[11]);lcd.setCursor(8,0);lcd.print(" 93.33");lcd.setCursor(8,1);lcd.print(i);lcd.print(j);lcd.print(k);lcd.print(l);break;case 15:analogWrite(DUTY,table[12]);lcd.setCursor(8,0);lcd.print(" 100");lcd.setCursor(8,1);lcd.print(i);lcd.print(j);lcd.print(k);lcd.print(l);break;case 16:analogWrite(DUTY,0);lcd.print(" stop ");lcd.setCursor(2,1);lcd.print(" ");break;}if(key>2&&key<16){lcd.setCursor(3,0);lcd.print("DUTY:");lcd.setCursor(14,0);lcd.print("%");lcd.setCursor(2,1);lcd.print("SPEED:");lcd.setCursor(12,1);lcd.print("r/m");}}}void count(){tt++;}void flas() //每隔500ms读一次脉冲{//noInterrupts(); //关闭总中断aa=(tt*120)/334;tt=0;i=aa/1000;j=aa%1000/100;k=aa%100/10;l=aa%10;//interrupts(); //打开总中断}。