簡易幅頻特性測試儀簡易幅頻特性測試儀 摘要摘要 根據題目要求 設計了一種幅頻特性測試儀 采用精度為 8 位的 DAC 芯片 DA0832 產生有效 值為 1V 的正弦波 采用具有 10 位 ADC 功能的單片機 STC12C5A60S2 實現被測信號的檢測 采 用運算放大電路 實現提高輸入阻抗和降低輸出阻抗的目的 采用按鍵功能 可設定輸出正弦波的 頻率 經測試 該幅頻測試儀能夠輸出有效值為 1V 的正弦波 無明顯失真 全頻段幅度誤差在 輸出正弦波的頻率范圍為 100 10kHZ 誤差為 交流信號的測量精度為 分辨率為 0 01V 輸出 阻抗小于 10 輸入阻抗大于 100k 關鍵詞 關鍵詞 DAC0832 10 位 ADC 頻率可調正弦波 目錄 1 1 方案論證與比較方案論證與比較 1 1 1 總體思路 1 1 2 各模塊方案的選擇與論證 2 2 2 系統設計系統設計 5 2 1 總體設計 5 2 2 硬件電路設計 5 2 2 1 拉力值測量模塊 5 2 2 2 電機驅動模塊 8 2 2 3 透明膠被拉動距離測量模塊 8 3 3 軟件設計軟件設計 10 3 1 算法的標定實驗 10 3 2 軟件流程 14 4 4 系統測試系統測試 16 4 1 測試儀器 設備 16 4 2 測試方法步驟與結果分析 17 4 2 1 拉力值的測試 17 4 2 1 拉伸距離的測試 17 5 5 結論結論 18 參考文獻 參考文獻 19 附錄 附錄 20 附 1 電路圖 20 附 2 實驗測試圖 21 附 3 實物圖 22 1 1 方案論證與比較 1 1 總體思路 根據題目的要求 該幅頻特性測試儀的功能是能夠輸出可調頻率的正弦波給被測電 路 并測量經過測量電路后的正弦波信號的變化 從而得出被測電路的幅頻特性 其原理 當被測電路的輸入為正弦信號時 則輸出的穩態響應也是一個正弦信號 其 頻率和輸入信號的頻率相同 但幅度和相位發生了變化 而變化取決于角頻率 X 若把輸 出的穩態響應和輸入正弦信號用復數表示 并求它們的復數比 則得公式 1 1 1 1 j G jAe 其中 G j 稱為頻率特性 A 是輸出信號的幅值與輸入信號幅值之比 稱為 電路網絡幅頻特性 ej 是輸出信號的相角與輸入信號的相角之差 稱為相頻特性 其中 電路幅頻特性是電路網絡的一個重要特性 本文探討電路網絡幅頻特性參數的測試 在實際測量中 用一個隨著時間按一定規律 并在一定頻率范圍內掃動的信號對被測電路 進行快速 定性或定量的動態測量 給出被測電路網絡的電路網絡幅頻特性實時測量結 果 測量原理見圖 1 1 被被測測 網網絡絡 正正弦弦激激 勵勵信信號號 數數據據采采集集 和和處處理理 圖 1 1 測量原理 為了顯示被測電路在不同頻率下 輸出信號對輸入信號的放大倍數圖像 必須要有 顯示模塊 為了能控制儀器輸出不同范圍的頻率 必須要有按鍵輸入模塊 CPU 顯顯示示 按按鍵鍵 信信號號處處理理 正正弦弦波波信信號號被被測測電電路路 信信號號檢檢測測 圖 1 2 幅頻特性測試儀原理框圖 2 經以上總體思路分析 得出以下系統原理圖 如圖 1 2 所示 由本系統產生正弦激 勵信號去激勵被網絡 通過采集輸入被測網絡之前的信號幅值與從被測網絡出來的信號 的幅值 相除得到被測對各頻率正弦信號的增益情況 從而得出被測網絡的電路網絡幅 頻特性 1 2 各模塊方案的選擇與論證 根據幅頻特性測試儀原理框圖可知 該測試儀主要由四部分組成 分別為正弦 波發生模塊 控制模塊 交流信號幅值檢測模塊和顯示模塊 下面對這四部分進行方案 的選擇與論證 1 1 正弦掃頻信號發生模塊方案 正弦掃頻信號發生模塊方案 正弦掃頻信號發生器是本設計的核心部分 要求能產生優于 5HZ 誤差的頻率 且在 100HZ 10KHZ 范圍內 步進為 100HZ 方案一 采用傳統的直接頻率合成法合成 方案一 采用傳統的直接頻率合成法合成 經過混頻 倍頻 分頻網絡和帶通濾波 器完成對頻率的算術運算 但由于采用大量的模擬環節 導致直接頻率合成器的結構復 雜 體積龐大 成本高 而且容易引入干擾 影響系統的穩定性 難以達到較高的頻譜 穩定性 方案二 采用鎖相環間接頻率合成 方案二 采用鎖相環間接頻率合成 PLLPLL 雖然具有工作頻率高 寬帶 頻譜質量 好的優點 但是由于鎖相環本身是一個惰性環節 鎖定時間較長 故頻率轉換時間較長 很難滿足系統要求的高速度指標 另外 由于模擬方法合成的正弦波參數都很難控制 不易實現 方案三 采用直接數字式頻率合成 方案三 采用直接數字式頻率合成 DDSDDS 其原理如圖 1 3 所示 用控制芯片的存儲器 儲存的所需波形量化數據 按不同頻率要求 以頻率控制字為步進對相位增量進行累加 以累加相位值作為地址碼讀取存放在存儲器內的波形數據 經過 D A 轉換和幅度控制 再濾波即可得到所需波形 由于 DDS 具有帶寬很寬 頻率轉換時間極短 小于 20 s 頻率分辨率高 全數字化結構便于集成等優點 以及輸出相位連續 頻率 相位和幅度 均可實現程控 完全可以滿足本題目的要求 DDS 有著較多的優點 但是 DDS 技術也有 內在的缺陷 雜散噪聲 正正弦弦 查查詢詢表表 ROM 數數 模模 轉轉換換器器 DAC 二二階階低低通通 濾濾波波器器 out f CLK f 圖 1 3 DDSDDS 原理框圖原理框圖 為了全面實現題目的要求 選擇最合適的三號方案作為正弦波掃頻信號發生器的核 心 實現高速 高精度 高穩定性的正弦信號輸出 3 2 2 控制模塊方案 控制模塊方案 方案一 用方案一 用 FPGAFPGA 等可編程器件作為控制模塊的核心 等可編程器件作為控制模塊的核心 FPGA 可以實現各種復雜的邏 輯功能 規模大 密度高 體積小 穩定性高 易于功能擴展 采用并行的輸入 輸出 方式 提高了系統的處理速度 適合作為大規模實時系統的控制核心 就 FPGA 的制造 工藝而言 FPGA 掉電后數據會丟失 上電后必須進行一次配置 因此 FPGA 在應用中需 要配置電路和一定的程序 并且 FPGA 器件作為一個數字邏輯器件 競爭和冒險正是數 字邏輯器件較為突出的問題 因此在使用時必須注意毛刺的消除及抗干擾性 從而增大 了電路或程序的復雜程度和可實施性 方案二 用方案二 用 STC12C5A60S2STC12C5A60S2 單片機為系統的主控核心 單片機為系統的主控核心 單片機具有體積小 使用靈 活 擁有較強的指令尋址和運算功能等優點 而且單片機的功耗低 價格低廉 采用單片機作為控制器比 FPGA 更適合本系統的規模 充分考慮到綜合性價比和控 制的方便程度 確定選擇方案二作為系統的控制核心模塊方案 3 3 交流信號幅值測量方案 交流信號幅值測量方案 方案一 采用真有效值轉換芯片 如方案一 采用真有效值轉換芯片 如 AD637AD637 將輸入信號轉換成有效值的形式輸出 供后級的 A D 采樣 此種方案的測量精度較高 但由于有效值轉換芯片轉換的過程相對 較長 一般為幾十到幾百個 ms 對于幅頻特性 需要采集很多個點 此種方案的測量 過程將是很長的 方案二 采用方案二 采用 ADCADC 測量方式 測量方式 這種方案只要將經過被測電路的信號輸入經過 ADC 轉 換 在控制芯片中對數據進行處理 篩選出幅值 該方案的優點是電路和程序控制都簡 單易行 缺點是賦值的測量精度取決于 ADC 轉換芯片的轉換速度和控制芯片的運算速度 綜合所有的因素 采用方案二更適合本設計 4 4 顯示模塊方案 顯示模塊方案 方案一 采用方案一 采用 LEDLED 數碼管顯示 數碼管顯示 雖然功耗低 控制簡單 但顯示能力有限 人機界 面較差 方案二 采用方案二 采用 1286412864 液晶屏顯示 液晶屏顯示 可以顯示多種字符 并能同時顯示多組數據 漢 字 字符清晰 人機界面友好 方案二的液晶顯示方式有效解決 LED 只能顯示數字等幾個簡單字符的缺點 具有性 能好 控制方便 顯示方式多的優點 因此本設計采用方案二的 12864 液晶顯示屏作為 顯示模塊 4 2 系統設計 2 1 總體設計 系統總體框架如圖 2 1 所示 由 STC12C5A60S2 單片機處理器控制 DAC 轉換芯片 DAC0832 產生正弦激勵信號去激勵被網絡 將信號進行處理后輸送給具有 ADC 功能的單 片機 實現從被測網絡出來的信號的幅值的采集與處理目的 即可得到被測電路對各頻 率正弦信號的增益情況 從而得出被測電路的幅頻特性 STC 12C5A 60S2 單單片片機機 液液晶晶顯顯示示 四四位位獨獨立立 按按鍵鍵 DAC0832 正正弦弦波波 發發生生電電路路 被被測測電電路路 正正弦弦波波 信信號號 信信號號預預處處 理理電電路路 ADC 信信號號預預處處理理 電電路路 圖 2 1 系統總體框架 2 2 硬件電路設計 系統的核心硬件電路主要由兩個部分組成 分別為正弦波信號發生模塊和信號預處 理模塊 下面對這兩個模塊進行理論分析與參數計算 2 2 1 正弦波信號發生模塊 正弦波信號發生模塊的具體硬件結構由兩個部分組成 分別為基準源電路和 DAC0832 轉換電路 下面對這兩部分做詳細的介紹 1 基準源電路 TL431 的內部含有一個 2 5V 的基準電壓 所以當在 REF 端引入輸出反饋時 器件 可以通過從陰極到陽極很寬范圍的分流 控制輸出電壓 如圖 2 2 所示的電路中 當 R1 和 R2 的阻值確定時 兩者對 Vo 的分壓引入反饋 若 V o 增大 反饋量增大 TL431 的分流也就增加 從而又導致 Vo 下降 顯見 這個深度的負反饋電路必然在 VI 等于基準電壓處穩定 此時有公式 2 1 2 1 refo V R R V 1 2 1 選擇不同的 R1 和 R2 的值可以得到從 2 5V 到 36V 范圍內的任意電壓輸出 需要注 意的是 在選擇電阻時必須保證 TL431 工作的必要條件 就是通過陰極的電流要大于 1 mA 本設計采用的是 TL431 作為 DAC0832 的電壓基準源 2 5V 根據公式 2 2 可 5 得當 R1取零 R2取無窮時 輸出電壓為 2 5V 2 2 5 25 2 0 1 VVo 圖 2 2 TL431 典型應用圖 2 DAC0832 轉換電路 DAC0832 是一款轉換精度為 8 位 轉換速度為 1的 D A 轉換器芯片 Vref 引腳s 為芯片提供參考電壓 RFB 為反饋電阻引出端 與運算放大器輸出端相連接 DI7 DI0 數字量輸入信號 其中 DI0 為最低位 DI7 為最高位 CS 為片選信號 低電平有效 WR1 為寫信號 1 低電平有效 XFER 為轉移控制信號 低電平有效 WR2 為寫信號 2 低電平有效 IOUT1為模擬電流輸出端 1 當輸入數字為全 1 時 輸出電流最大 全 0 時 輸出電流為 0 如公式 2 3 2 3 RFB Vref 256 255 IOUT2為模擬電流輸出端 2 其與 IOUT1的關系如公式 2 4 IOUT1 I OUT2 C 常數 2 4 如圖 2 3 所示 通過控制片選端 寫數據端和數據位 從而控制 DA0832 輸出模擬 量 本儀器采用如圖 2 3 所示的單緩沖工作方式應用圖 一個輸入寄存器工作于直通狀 態 DAC 寄存器工作于受控狀態 此時只需一次寫操作 就開始轉換 轉換后直接輸 出數據 提高了 D A 的數據吞吐量 圖 2 3 單緩沖工作方式應用圖 其調幅的原理為 當數據口輸入的數字量為 0FFH 255 時 有公式 2 5 所示的電流量輸出 2 5 RFB V I ref out 256 255 1 輸出電壓如公式 2 6 所示 2 6 refouto VRFBIV 256 255 1 6 斷電和串口時鐘輸入端為 PD SCK 通過控制輸入該端口電平的不同時序 可以實 現數據輸入 輸出和增益通道的選擇 時序圖如圖 2 4 所示 圖 2 4 DAC0832 時序圖 7 2 2 2 電機驅動模塊 2 在電機驅動模塊的方案討論中擬定采用 LM298 芯片驅動直流減速電機 其硬件電路 如圖 2 5 所示 LM298 內有兩個 H 橋式電機驅動電路 可用來驅動兩個直流電機 本方案中只用其 中的一個 H 橋 標號為 A 在該電路中 電機的兩端各安裝有兩個二極管 這些二極管 都是從驅動器的輸出端連接到電機的電源端 或者接地端 其作用能限制和消除感應尖 峰電壓 其驅動原理 LM298 芯片的 1EN 是標號為 A 的 H 橋的使能端 1A1 和 1A2 可以控 制電機的正反轉 在控制電機的時候 當使能端 1EN 置高電平時 1A1 和 1A2 置不同 的高低電平時 電機實現正或反向轉動 當使能端 1EN 置低電平時 不管 1A1 和 1A2 的電平如何變化 電機均停止轉動 從而實現電機正反向轉動和停止的控制 圖 2 5 LM298 電機驅動電路 2 2 3 透明膠被拉動距離測量模塊 3 該模塊的主要硬件電路是編碼盤和光電傳感器 如圖 2 6 和圖 2 7 所示 硬件結構 為 將黑白顏色塊相互間隔的編碼盤安裝在電機的轉軸上 編碼盤穿過微型槽型對射光 電傳感器 其原理 當電機轉動時 編碼盤穿過對射式光電傳感器的槽型對射光電開關 旋轉 當編碼盤上的黑色部分擋住光線時 輸出低電平 當光線透過編碼盤的白色部分 時 輸出高電平 從而產生高低電平變化的脈沖 即把電機的旋轉角度轉換為脈沖數的 大小 將脈沖輸送給單片機的中斷功能進行計數即可得到拉動的距離 根據如圖所示的編碼盤 從白色部分和相鄰黑色部分依次穿過槽型對射光電開關的 時候 將產生一個從高電平到低電平的下降沿 輸送給單片機的外部中斷輸入端從而觸 發中斷 根據標定實驗發現 進入中斷的次數與透明膠被拉動的距離是成線性關系的 8 因此 累計進入中斷的次數 即可得到透明膠帶被拉動的距離 圖 2 6 編碼盤 光電傳感器的核心部件為紅外發光二極管和硅平面光電三極管 發光二極管不間斷 地發送紅外光束 當編碼盤的黑色部分擋住光束時 光電三極管不導通 輸出低電平 反之輸出高電平 輸出脈沖經過 TTL 電平轉換電路 如圖 2 5 中運算放大器 R3和 R4 所示 其構成一個單限比較器 輸出即為 TTL 電平脈沖 滿足單片機的檢測需要 圖 2 7 光電傳感器原理圖 9 3軟件設計 3 1 算法的標定實驗 在該儀器的測量中 硬件電路測量出拉力傳感器的輸出電壓值的數字量 光電傳感 器輸出脈沖量 要測量出透明膠帶被拉伸的拉力和距離 需要軟件程序算法來實現 以 下兩個標定實驗為算法的實現奠定基礎 1 拉力值與轉換后的電壓值的關系 實驗方法與步驟 如附圖 4 所示 將儀器放在水平的平面上 將拉力傳感器的上端 固定在金屬支架的上端 使用電子秤稱出質量為 M 的沙子 使用示波器測量拉力傳感 器的輸出端的電壓值 V 即質量為 M 的沙子所產生的拉力 F 對應轉換后的電壓值 V 重復以上的步驟 從 1mg 5kg 以 1mg 為步進進行測量 質量 M 的沙子與產生拉力 F 的關系如公式 3 1 所示 3 1 8 9 MF 測試物體與轉換后的電壓值關系實驗數據如表 3 1 所示 通過 MATLAB 對數據進行 線性擬合分析得到如圖 3 1 所示質量與電壓值的關系圖像 表表 3 13 1 測試物體質量與電壓值標定實驗測試物體質量與電壓值標定實驗 測試物體質量 kg電壓值 VADC 值 0 140 689 0 3051139 0 4451 1175 0 581 4215 0 671 5240 0 7851 6273 0 961 8329 1 022354 1 242 2403 1 3852 5443 1 512 6480 1 662 9523 1 8153 2564 1 9353 3601 2 0153 4630 2 1953 6676 2 333 8719 2 414750 2 624 2793 2 714 3820 2 824 5850 2 914 6875 2 9954 8895 3 1254 8930 10 圖圖 3 13 1 測試物體質量與電壓值的關系圖像測試物體質量與電壓值的關系圖像 從圖 3 1 所示圖像可以得出結論 排除測量和機械誤差帶來的影響 拉力傳感器將 拉力轉換成電壓值 兩個變量之間的關系是線性的 通過 MATLAB 對數據進行線性擬合分析得到如圖 3 2 所示的質量與 ADC 值的關系圖像 圖圖 3 23 2 測試物體質量與測試物體質量與 ADCADC 值的關系圖像值的關系圖像 從圖 3 2 所示圖像可以得出結論 排除測量和機械誤差帶來的影響 ADC 測量 值與拉力值之間的關系是線性的 如公式 3 2 其中 y 為質量值 x 為 ADC 值 3 2 7 53 00353 0 xy 2 拉動距離與轉換后的脈沖數目的關系 實驗方法與步驟 如附圖 5 所示 將儀器放在水平的平面上 游標卡尺倒置后 將 其游標部分捆綁在儀器的金屬支架上端 將細線的一端纏繞在減速電機的導輪上 另一 端捆綁在游標卡尺的主尺上 設定好所要測量的脈沖數目 N 后 首先讀取當前游標卡尺 的數值 X1 開啟電機運轉 當達到脈沖數目 N 時由單片機自動控制電機停止 此時 11 記錄下游標卡尺上的數值 X2 即所要測量的脈沖數 N 產生的拉動距離 X 為公式 3 3 3 3 12 XXX 為了使實驗的結果更加準確可靠 從少到多不同的脈沖數目都進行實驗 實驗的數 據結果如下表 3 2 表 3 3 表 3 4 表 3 5 所示 表表 3 23 2 130130 個脈沖標定實驗個脈沖標定實驗 脈沖數目 N 個拉動距離 X cmN X 個 mm 1281 498 590604 1291 518 543046 1291 528 486842 1291 58 6 1281 498 590604 1291 4888 669355 1291 528 486842 1301 5188 5639 1291 5028 588549 1291 528 486842 則得平均每毫米產生的脈沖數目為公式 3 4 8 560658 3 4 10 10 1i Xi 表表 3 33 3 320320 個脈沖標定實驗個脈沖標定實驗 脈沖數目 N 個拉動距離 X cmN X 個 mm 3233 798 522427441 3213 758 56 3223 778 541114058 3223 768 563829787 3223 778 541114058 3213 768 537234043 3203 748 556149733 3223 728 655913978 3233 788 544973545 3203 738 579088472 則得平均每毫米產生的脈沖數目為公式 3 5 8 560184512 3 5 10 10 1i Xi 12 表表 3 43 4 420420 個脈沖標定實驗個脈沖標定實驗 脈沖數目 N 個拉動距離 X cmN X 個 mm 4204 968 467742 4194 9028 547532 4214 9288 543019 4194 8628 617853 4204 9398 503746 4214 918 574338 4214 9368 529173 4192 87814 55872 4214 978 470825 4204 9188 540057 則得平均每毫米產生的脈沖數目為公式 3 5 8 532698 3 5 10 10 1i Xi 表表 3 53 5 520520 個脈沖標定實驗個脈沖標定實驗 脈沖數目 N 個拉動距離 X cmN X 個 mm 5206 0968 530184 5226 1168 53499 5226 18 557377 5216 1288 501958 5235 17210 11214 5236 2068 427328 5216 1168 51864 5246 1368 539765 5236 1348 526247 5216 1228 510291 則得平均每毫米產生的脈沖數目為公式 3 6 8 516309 3 6 10 10 1i Xi 根據以上數據可得到結論 一次拉動的距離越長 每毫米產生的脈沖數目就約少 但都維持在每毫米產生大概 8 5 個脈沖 誤差小于 0 1 個脈沖 產生誤差的原因在于減速電機從啟動到勻速轉動和從勻速轉動到停止都需要一定的 時間 細繩本身的彈性拉伸 測量過程中游標卡尺的晃動和讀取游標卡尺數值時的誤差 根據題目的要求 測量拉動的范圍為 0 5cm 精度為 1mm 如果按每毫米 8 5 個脈 沖計算 則允許最大的脈沖誤差個數為公式 3 7 3 7 17 0 50 5 8 由于 0 17 大于標定實驗時的最大誤差 0 1 因此將 8 5 個脈沖作為每毫米產生的脈沖 個數是準確的 13 3 2 軟件流程 軟件部分采用 C 語言編寫 為了配合串口通信 采用的晶振頻率為 11 0592MHZ 由調度模塊 ADC 模塊 外部中斷子程序 鍵盤服務程序和顯示服務子程序構成 主 程序如圖 3 3 所示 進入主程序后 首先進行 ADC 功能 外部中斷和液晶的初始化 然后進入開機顯示 最后進入大循環 循環內不斷執行按鍵的檢測 當有鍵按下時 執 行按鍵功能 否則直接返回 外部中斷服務程序的功能是在測量的時候對光電傳感器的脈沖進行計數 每 1mm 時 計算拉動的距離 并讀取 ADC 值轉換為拉力 當 ADC 值小于 55 時 即表示透明膠帶 被拉斷 此時關閉電機 將拉動距離與拉力兩者結合在液晶顯示屏上繪點 并儲存該數 據 最后通過串口發送信息給上位機 其程序流程如圖 3 4 所示 ADC 中斷中檢測輸送給單片機的電壓值 其程序流程如圖 3 5 所示 圖 3 3 主程序流程圖 圖 3 5 ADC 中斷程序流程圖 圖 3 4 外部中斷程序流程圖 主程序中實時檢測按鍵功能 按鍵有四位 Function 鍵可實現不同功能間的切換 加減鍵可在查詢功能時翻閱前后歷史數據 確定鍵可實現置位 測量和量程切換功能 根據功能標志位 Function 的不同 進入不同的按鍵功能 總共有 4 種功能 分別為置位 測量 量程切換和查閱歷史等功能 具體程序流程如圖 3 6 所示 Y N 開開始始 ADC 外外部部中中 斷斷 液液晶晶初初始始化化 開開機機顯顯示示 掃掃描描按按鍵鍵 按按鍵鍵 子子程程序序 清清ADL 請請求求標標志志位位 ADC中中斷斷 讀讀ADC值值 退退出出 Count 外外部部中中斷斷 退退出出 測測量量 標標 志志位位 1 Count last 8 計計算算拉拉動動距距離離 讀讀ADC值值并并 轉轉換換成成拉拉力力 繪繪點點 串串口口發發送送 儲儲存存 Y N N ADC值值 3 N Y Function 2 Y N N Y Function 2Function 0 N Y Function 1 N Y 啟啟動動電電機機 準準備備 標標志志1 Adc 55 停停電電機機 準準備備 標標志志位位置置1 Adc 55 測測量量 標標志志位位置置1 外外部部計計數數清清0 準準備備 標標志志位位置置0 啟啟動動電電機機 Function 0 Y N Y Y 報報錯錯 N N 按按鍵鍵 子子程程序序 量量程程切切換換 Function 1 圖 3 6 鍵盤服務程序 15 4 系統測試 4 1 測試儀器 設備 示波器示波器 型號 DS1052E 性能 帶寬 50MHz 時基精度 50ppm 垂直靈敏度 2 mV div 5 V div 垂直分辨率 8 bits 圖 4 1 DS1052E 示波器 作用 在拉力與轉換后電壓值的標定實驗中用于測量電壓值的大小 萬用表 萬用表 型號 DT9205 性能 直流電壓測量 200mv 200v 準確度 0 5 直流電流測量 2mA 200mA 準確度 1 2 電阻測量 200 2M 準確度 0 8 作用 在方案討論中論證電機的負載電流是否超出 LM298 的最大 驅動電流 在系統測試時用于檢測制作的電路板參數 圖 4 2 DT9205 萬用表 電子秤電子秤 型號 ACS30 性能 量程 1g 30kg 精度 1g 作用 在拉力與轉換后電壓值的標定實驗和儀器參數測試實驗中 用于測量實驗重物的重量 圖 4 3 ACS30 電子秤 游標卡尺游標卡尺 性能 量程 0 18cm 精度 0 02mm 作用 在拉動距離與轉換后脈沖數目的標定實驗和儀器參數測試 實驗中用于測量實際的拉動距離 圖 4 4 游標卡尺 16 4 2 測試方法步驟與結果分析 4 2 1 拉力值的測試 1 測試方法與步驟 如附圖 4 所示 將儀器放在水平的平面上 拉力傳感器的上端固定在金屬支架的上 端 透明膠帶通過細線和拉力傳感器的下端連接 細線的另一端纏繞在減速電機的導輪 上 首先將透明膠帶的下端位置在金屬支架上進行定標 開啟電機運轉 手動控制按鍵 使電機停轉 用游標卡尺測量定標處與拉伸后透明膠帶下端的距離即為實際拉動距離 X 此時記錄液晶顯示屏拉力的數值 F1 使用沙子作為重物拉伸透明膠帶 使用游標卡 尺測量使其拉伸也為 X 此時用電子秤稱出質量重物質量為 M 重復以上的步驟 從 1mg 5kg 分散測量 10 組數據 質量為 M 的沙子與產生拉力 Fo 的關系如公式 4 1 所示 4 1 8 9 MF 2 測試結果與分析 按照以上測試步驟 得出如表 4 1 所示結果 表表 4 14 1 實際拉力值與顯示拉力值測試實際拉力值與顯示拉力值測試 顯示值顯示值 kg kg實際值實際值 kg kg絕對誤差絕對誤差 kg kg標稱相對誤差標稱相對誤差 滿量程相對誤差滿量程相對誤差 1 30551 3050 00050 0383140 015456 1 42911 43 0 0009 0 06294 0 02782 1 54561 5450 00060 0388350 018547 1 64441 645 0 0006 0 03647 0 01855 1 77151 78 0 0085 0 47753 0 26275 1 87031 875 0 0047 0 25067 0 14529 1 96561 960 00560 2857140 173107 2 20562 2050 00060 0272110 018547 2 37162 3650 00660 279070 204019 2 5412 56 0 019 0 74219 0 58733 2 87292 8650 00790 2757420 244204 2 98233 0 0177 0 59 0 54714 3 17293 1650 00790 2496050 244204 數據分析 誤差分析 拉力的顯示值與實際值的最大絕對誤差為 19g 最大標稱相對誤差為 0 478 最大的滿量程相對誤差為 0 587 量程 測量的最大量程為 3 165kg 重量大于該值后 顯示值保持不變 精度 測量的精度為 100mg 4 2 1 拉伸距離的測試 1 測試方法與步驟 如附圖 5 所示 將儀器放在水平的平面上 拉力傳感器的上端固定在金屬支架的上 端 透明膠帶通過細線和拉力傳感器的下端連接 細線的另一端纏繞在減速電機的導輪 17 上 首先將透明膠帶的下端位置在金屬支架上進行定標 開啟電機運轉 手動控制按鍵 使電機停轉 用游標卡尺測量定標處與拉伸后透明膠帶下端的距離即為實際拉動距離 X 此時 查看液晶顯示的拉動距離 L 重復以上步驟 在 1mm 5cm 之間 分散測量 10 組數據 2 測試結果與分析 按照以上測試步驟 得出如表 4 2 所示結果 表表 4 24 2 實際拉動距離與顯示距離測量數據實際拉動距離與顯示距離測量數據 實際距離顯示距離絕對誤差 cm標稱相對誤差 滿量程相對誤差 1 270 9 0 37 29 13385827 7 4 2 091