实验九 光敏电阻和摆锤测试
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实验九 光敏电阻和摆锤测试
一.实验目标
1.熟悉光敏电阻特性；
2.熟悉光敏检测电路、微分电路、比较器电路、驱动电路；
3.了解控制摆锤基本原理，为后面实验编写vi程序做准备；
二.硬件介绍
传感器和模电综合实验板主要由摆锤电路（摆锤+永磁体+光敏检测）、微分电路、比较器电路、线圈驱动电路组成。实现摆动可以持续进行下去。
2.1摆锤工作原理
一个单摆，在没有外力和外部能量输入下，会逐渐减小摆幅，直到停止摆动。因为摆动会受到空气阻力，连接处的摩擦力，消耗摆的动能。要使单摆能长久摆动，就要给予外力抵消这些损耗。简单的方法就是在每个周期推它一下，像荡秋千一样。单摆每个周期必然经过B，摆幅小也会经过。在单摆远离B的时候，向C方向推它一下。返回时，远离B时向A方向推它一下。这样单摆就可以长久运动下去。
模电摆锤实验板使用电磁力，在B点推一下永磁体摆锤，使摆动持续稳定进行下去。实验板的原理图如板上的丝印所示。线圈的中心是光敏电阻。光敏电阻输出接uA741微分器，微分器输出接比较器，最后比较器控制三极管恒流源带动线圈产生磁场。
电路的信号路径为：每当永磁体摆锤经过B点时，会遮光一次，光敏电阻输出一个鼓包波形。然后这个鼓包波形经过uA741的微分电路，将鼓包的上升和下降转换为正脉冲和负脉冲。脉冲接比较器，比较器只将正脉冲转化为方波，然后推动三极管恒流源。三极管带动线圈产生磁力推动永磁体摆锤。这样就实现了每当远离B点时推动一下摆锤。摆动可以持续进行下去。
2.2硬件电路
硬件电路如图所示：
图1 硬件原理图
图2 硬件实物图
2.3控制方式
当摆锤经过光敏电阻上方时，光敏电阻检测到光照发生变化；
摆锤靠近和远离时光敏电阻阻值变化方向不相同。靠近光敏电阻值由小变大，远离光敏电阻值由大变小；
当摆锤远离光敏电阻时，需要线圈产生一个推力推动摆锤，当摆锤靠近光敏电阻时，不需要这个推力，所有需要微分电路分辨出摆锤是靠近还是远离光敏电阻；
通过迟滞比较器输出脉冲，控制驱动电路来驱动线圈，线圈产生磁场，进而驱动摆锤；
三、实验步骤
轻推一下摆锤，启动摆动过程。然后打开硬木课堂平台的示波器，测试4个点的波形。
3.1 硬件电路连接
测试使用到4路示波器同时测试。连接关系如图所示
图3 电路连接
下表列出传感器板和EPI设备连接关系：
| 传感器板需要功能 | 传感器板接口 | EPI对应接口 | EPI接口功能 |
|---|---|---|---|
| 光敏电阻进行光电转换的输出 | T1 | AIN1 | 示波器AIN1 |
| 微分器输出 | T2 | AIN2 | 示波器AIN2 |
| 比较器门限电压 | T3 | AIN3 | 示波器AIN3 |
| 比较器输出 | T6 | AIN4 | 示波器AIN4 |
| 共地 | GND | GND | 与虚拟仪器共地 |
3.2示波器测量
摆锤开始摆动后，用示波器观察测试点波形如图。
图4 上位机观测
3.3硬件控制线圈信号
从示波器界面如图5可以看出，示波器通道1黄线是光敏电阻输出端，通道4绿色线是驱动线圈的方波。方波的高电平只在光耦的下降沿才驱动。
图5 驱动信号和光敏输出关系
3.4软件控制线圈方式
如果要想达到硬件电路的效果，要进行实时控制，需要采集和输出每一帧的数据时间很短，常规的示波器输入波形和信号源输出时间间隔比较长，不能做到实时采集输出，需要从新编写底层子vi，这里提供“数据流模块”文件夹，供实时采集输出使用。
在使用“数据流模块”，子vi和前面实验使用的子vi不同，使用时，设备会占用硬件所有资源，需要关闭工程前面打开的工程，否则波形会出错。具体的程序实现放在“数据流模块—关闭工程，单独运行”文件夹里。
