实验四-四节传送带的模拟控制

实验背景

传送带是一种在工业生产中广泛使用的机械设备，主要用于运输物品或产品。在实际生产中，传送带的控制通常是自动化的，可以通过编程或电路设计来实现。本次实验旨在模拟控制四节传送带的运动，以加深对传送带的控制理解。

实验内容

实验器材

• Arduino Uno开发板 • USB数据线 • 4个直流电机

• 4个 TIP120功率三极管 • 面包板 • 杜邦线 •

连线工具

实验原理

本实验的四节传送带模型如下图所示： --------------- | ① | --------------- || || || || || || --------------- | ② | --------------- || || || || || || --------------- | ③ | --------------- || || || || || || --------------- | ④ | ---------------

其中，①、②、③、④分别代表四节传送带。

四节传送带均由一个直流电机驱动，电机的控制采用PWM控制方式，由Arduino板的数字输出口控制。TIP120功率三极管用于驱动电机，保证电机能够得到足够的电流。

根据传送带的物料流转实际，本实验采用了如下控制方式：

1. 最开始，四节传送带均停止运动，物品位于第一节传送带上。 2. 首先，第一节传送带启动运动，将物品向第二节传送带上运动。 3. 当物品运动到第二节传送带上时，第一节传送带停止运动，第二节传送带启动运动，将物品向第三节传送带上运动。

4. 当物品运动到第三节传送带上时，第二节传送带停止运动，第三节传送带启动运动，将物品向第四节传送带上运动。

5. 当物品运动到第四节传送带上时，第三节传送带停止运动，第四节传送带启动运动，将物品运出实验器材。

根据上述控制方式，可以实现四节传送带的物料流转。具体的控制代码将在下一节中介绍。

实验步骤

1.

连接电路

将4个电机分别连接到TIP120功率三极管的基极上。将每个TIP120功率三极管的集电极连接到Arduino Uno开发板的GND上，隔离二极管的发射极和Arduino Uno的数字引脚。将四个电机的正极分别连接到12V电源的正极，电源的负极连接到Arduino Uno开发板的GND上。

2.

编写代码

本实验的代码主要包括两个函数：setup()和loop()。setup()函数主要用于初始化Arduino板的数字输出口，loop()函数主要用于控制传送带的运动状态。

以下是本实验的代码：

// 定义变量

int m1 = 5; // 第一节传送带电机控制 int m2 = 6; // 第二节传送带电机控制 int m3 = 9; // 第三节传送带电机控制 int m4 = 10; // 第四节传送带电机控制

// 初始化函数 void setup() {

pinMode(m1, OUTPUT); pinMode(m2, OUTPUT); pinMode(m3, OUTPUT);

pinMode(m4, OUTPUT);

digitalWrite(m1, LOW); digitalWrite(m2, LOW); digitalWrite(m3, LOW); digitalWrite(m4, LOW); }

// 控制函数 void loop() {

// 第一节传送带启动

digitalWrite(m1, HIGH);

analogWrite(m1, 150); // 控制电机转速 delay(3000); // 控制时间

// 第一节传送带停止，第二节传送带启动 digitalWrite(m1, LOW); digitalWrite(m2, HIGH); analogWrite(m2, 150); delay(3000);

// 第二节传送带停止，第三节传送带启动 digitalWrite(m2, LOW); digitalWrite(m3, HIGH); analogWrite(m3, 150); delay(3000);

// 第三节传送带停止，第四节传送带启动 digitalWrite(m3, LOW); digitalWrite(m4, HIGH); analogWrite(m4, 150); delay(3000);

// 第四节传送带停止

digitalWrite(m4, LOW); }

3. 上传代码

使用USB数据线将Arduino Uno开发板连接到电脑上，使用Arduino IDE根据插件提示上传代码到Arduino板。

4.

测试实验

打开12V电源，Arduino板会自动启动，实验器材开始工作。检查四节传送带的控制状况，调整电机转速或者调整控制时间，直到可以实现预期的物料流转效果。

实验

通过本次实验，可以了解传送带的控制方式以及传送带的运动机理。同时也可以了解Arduino板的数字输出口控制方式，以及如何使用功率三极管来驱动电机。对于工业自动化控制的研究有一定的借鉴作用。