输入调节组件及包含该组件的螺线管磁场测定实验仪的制作方法

本发明实施例涉及电力电子技术领域，更具体地，涉及一种输入调节组件及包含该组件的螺线管磁场测定实验仪。

背景技术：

霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔(e.h.hall)于1879年在研究金属的导电机制时发现的。当电流垂直于外磁场通过导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差。许多大学通过开设螺线管磁场测定实验课来使学习者更好的理解霍尔效应，并使学习者对其有更直观的认识

在螺线管磁场测定实验中，需要进行实验参数的精密调节，螺线管磁场测定仪的调节旋钮使用非常频繁。但是由于传统实验仪器的调节旋钮内部常常使用的是电位器，导致实验中经常出现接触不良，数据不稳定等问题，严重影响实验的准确性和实验效果。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种克服上述问题的输入调节组件及包含该组件的螺线管磁场测定实验仪。

一方面本发明实施例提供了一种输入调节组件，所述输入调节组件包括：调节旋钮、至少一个切换按键、光电编码器、微控制器和显示屏；其中，

所述调节旋钮与所述光电编码器的转轴连接，所述调节旋钮转动时带动所述光电编码器的转轴同步转动；

所述至少一个切换按键与所述微控制器连接，用于切换所述微控制器调节的待输入对象；

所述微控制器与所述光电编码器的输出端连接，用于根据所述光电编码器产生的脉冲信号，获取所述调节旋钮的旋转方向、旋转角度及旋转速度，并根据所述旋转方向、所述旋转角度及所述旋转速度对相应的对相应的输入对象进行调节；

所述显示屏与所述微控制器连接，用于指示所述输入调节组件所调节的待输入对象。

进一步地，所述微控制器为c8051f系列单片机或stc系列单片机。

进一步地，所述显示屏为12864lcd液晶屏。

另一方面本发明实施例提供了一种螺线管磁场测定实验仪，所述螺线管磁场测定实验仪包括：输入调节组件、励磁电流输出电路、霍尔传感器输入电路、霍尔元件以及螺线管；其中，

所述输入调节组件为以上所述的输入调节组件；

所述励磁电流输出电路分别与所述输入调节组件中的微控制器和所述螺线管连接，用于通过所述输入调节组件对所述螺线管中的励磁电流进行调节；

所述霍尔传感器输入电路分别与所述输入调节组件中的微控制器和霍尔传感器连接，用于获取所述霍尔传感器中产生的电压值。

进一步地，所述励磁电流输出电路包括压控电压源和压控恒流源；其中，

所述压控恒流源包括集成运放、场效应管以及采样电阻；

所述压控电压源与所述压控恒流源连接，用于调节所述压控恒流源的供电电压，将所述场效应管两端的电压控制在预设值。

进一步地，所述霍尔传感器输入电路中包括压差限幅放大器电路、偏置电压调节电路和模数转换电路；其中，

所述压差限幅放大器电路分别与所述偏置电压调节电路、所述模数转换电路及所述霍尔传感器的输出端连接，用于将所述霍尔传感器产生的电压和所述偏置电压调节电路产生的电压放大至预设范围后，输入至所述模数转换电路中。

本发明实施例提供的一种输入调节组件及包含该组件的螺线管磁场测定实验仪，所述输入调节组件通过光电编码器将调节旋钮和微处理器连接，将调节旋钮的旋转方向、旋转角度及旋转速度转换为脉冲信号输入微处理器，并通过微处理器解析和分析后，对相应的待输入对象进行调节，同时通过切换按键可切换不同的待输入对象。通过包含光电编码器的输入调节组件，可实现输入调节的全数字化，使得输入调节既快速又准确。所述螺线管磁场测定实验仪包含该输入调节组件，使得仪器使用中的故障率大幅度降低，实验操作过程更加方便、简洁，从而达到更好的使用效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种输入调节组件的结构示意图；

图2为本发明实施例中int0中断程序的流程图；

图3为本发明实施例中定时中断程序的流程图；

图4本发明实施例提供的另一种输入调节组件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种螺线管磁场测定实验仪的电路结构示意图；

图6为本发明实施例中压控恒流源的电路结构示意图；

图7为本发明实施例中压差限幅放大器的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种输入调节组件的结构示意图，如图1所示，所述输入调节组件包括：调节旋钮101、至少一个切换按键102、光电编码器103、微控制器104和显示器105。其中：

所述调节旋钮101与所述光电编码器103的转轴连接，所述调节旋钮101转动时带动所述光电编码器103的转轴同步转动。所述至少一个切换按键102与所述微控制器104连接，用于切换所述微控制器104调节的待输入对象。所述微控制器104与所述光电编码器103的输出端连接，用于根据所述光电编码器103产生的脉冲信号，获取所述调节旋钮101的旋转方向、旋转角度及旋转速度，并根据所述旋转方向、所述旋转角度及所述旋转速度对相应的待输入对象进行调节。

其中，输入调节组件中调节旋钮101一般是操作者通过手动旋转，旋转方向和旋转量根据实际需求确定。输入调节组件中切换按键102的数量可以根据时间需求设定，但至少包含一个切换按键102，可以实现不同待输入对象的选择，当选定待输入对象后，操作调节旋钮101即可对选定的待输入对象进行调节。所述显示屏105与所述微控制器104连接，用于指示所述输入调节组件所调节的待输入对象。

其中，需要说明的是，根据实际需求，显示屏105可以是led显示屏，通过操作切换按键102切换输入调节组件所调节的待输入对象时，可以点亮led显示屏上不同位置的发光二极管，每个发光二极管对应于一个待输入对象，那么通过显示屏105就可以明确指示正在调节的待输入对象，即获知输入调节组件正在调节哪个具体的待输入对象。当然，显示屏105的具体结构不限于led显示屏，例如，为了获得更丰富的输入调节组件调节信息，显示器105可以为液晶显示器。

具体地，输入调节组件主要通过以下步骤实现对待输入对象的调节：

(1)光电编码器103可选用增量式100脉冲/圈，a、b两相输出的产品。选择单片机作为微控制器104，单片机外中断输入int0(或int1)和一位i/o端口，分别连接编码器信号输出端的a、b(或b、a)相。

(2)定义整形变量count，在该变量取值范围的中值(或附近)确定一初值x0。

(3)在外中断服务程序中，根据编码器正转和反转分别对变量count进行加1和减1操作。

(4)定义整形变量w为功能计数器，w＝0、1、2、...代表相应功能。

(5)开通20ms定时中断，根据当前count的数值x和初值x0的差δx＝x-x0在中断服务程序中确定编码器转动的方向和快慢：

优选地，当δx>0时，调节旋钮101为正方向旋转，当δx<0时，调节旋钮101为反方向旋转；当5<∣δx∣<10时，调节旋钮101为低速旋转，当∣δx∣≥10时，调节旋钮101为高速旋转。

(6)根据w功能计数器数值，执行对应功能控制存储器参数的快速调节和精细调节。

优选地，快速调节：正转加20，反转减20；精细调节：正转加1，反转减1。或者改变布尔存储器数据，执行开关操作。执行完成后需将变量count的值恢复为初值x0。

(7)在主程序中，根据控制存储器数值，完成对应功能的执行。

进一步地，通过int0中断实现光电编码器103旋转方向、旋转角度及旋转速度的获取，如图2所示，count计数器初始值为100，在编码器转动时，其数值发生变化。当光电旋转编码器正方向转动，count数值增加，当光电旋转编码器反方向转动，count数值减少。count的数值在0到200之间变化，在设定时间20ms内，count值偏离初值越远，表示编码器转动越快。count计数器每次偏离初值超过5或者10时，偏离值都会在20ms一次的定时器中断服务程序中被纠正，使其回到初始值附近，同时完成相应调节功能。

进一步地，切换按键102的切换功能通过定时中断程序实现，如图3所示，该程序完成编码器和按键的定时扫描，定时周期是20ms。光脉冲计数器count的初值为100，根据编码器旋钮转动方向，count值增加或者减少。

jm＝0-3是功能选择界面，监控程序在0-3之间改变jm值后使count值返回初值。在确认按键按下后，使程序进入jm+4界面，去完成相应的控制功能。

jm＝4是偏压调整界面，在此界面下，根据编码器旋钮转动的方向和快慢完成dac0数值的增减。count>110或count<90表示旋钮快速转动，dac0值被快速调整，每次调整20；当110>count>105或90<count<95表示旋钮慢速转动，dac0值被精细调整，每次改变1。

jm＝5是电流调整界面，在此界面下，根据编码器旋钮转动的方向和快慢完成dac1数值的增减。count>110或count<90表示旋钮快速转动，dac1值被快速调整，每次调整20；当110>count>105或90<count<95表示旋钮慢速转动，dac1值被精细调整，每次改变1。

jm＝6是开关界面，监控程序在执行开关动作后直接返回jm＝2界面。

jm＝7是励磁电流方向控制界面，监控程序在执行换向动作后直接返回jm＝3界面。

本发明实施例提供的一种输入调节组件，通过光电编码器将调节旋钮和微处理器连接，将调节旋钮的旋转方向、旋转角度及旋转速度转换为脉冲信号输入微处理器，并通过微处理器解析和分析后，对相应的待输入对象进行调节，同时通过切换按键可切换不同的待输入对象。通过包含光电编码器的输入调节组件，可实现输入调节的全数字化，使得输入调节既快速又准确。

基于上述实施例，优选地，如图4中104’所示，所述微控制器为c8051f系列单片机或stc系列单片机，例如可以选用c8051f020单片机；如图4中105’所示，所述显示屏为12864lcd液晶屏，例如可以选用sn12864r液晶屏。需要说明的是，以上列举的单片机型号及液晶屏型号只是本发明实施例的一种优选型号，在实践中，也可以根据需求选用其他型号的单片机和液晶屏。

图5为本发明实施例提供的一种螺线管磁场测定实验仪的电路结构示意图，如图5所示，所述螺线管磁场测定实验仪包括：输入调节组件、励磁电流输出电路、霍尔传感器输入电路、霍尔元件以及螺线管。其中：

所述输入调节组件为上述实施例所述输入调节组件。所述励磁电流输出电路分别与所述输入调节组件中的微控制器和所述螺线管连接，用于通过所述输入调节组件对所述螺线管中的励磁电流进行调节。所述霍尔传感器输入电路分别与所述输入调节组件中的微控制器和霍尔传感器连接，用于获取所述霍尔传感器中产生的电压值。

具体地，在利用本发明实施例提供的螺线管磁场测定实验仪进行实验过程中，通过调节输入调节组件中的切换按键可以选择待输入对象，选定输入对象后就可以通过调节旋钮对具体的待输入对象进行调节。

本发明实施例提供的一种螺线管磁场测定实验仪，其包含的输入调节组件通过光电编码器将调节旋钮和微处理器连接，将调节旋钮的旋转方向、旋转角度及旋转速度转换为脉冲信号输入微处理器，并通过微处理器解析和分析后，对相应的待输入对象进行调节，同时通过切换按键可切换不同的待输入对象，使得包含该输入调节组件的仪器使用中的故障率大幅度降低，实验操作过程更加方便、简洁，从而达到更好的使用效果。

基于上述实施例，所述励磁电流输出电路包括压控电压源和压控恒流源。其中：

所述压控恒流源包括集成运放、场效应管以及采样电阻；

所述压控电压源与所述压控恒流源连接，用于将所述场效应管两端的电压控制在预设值。

具体地，如图6所示，vdc3是来自微控制器dac0输出，l1和r16是外部励磁线圈等效电路。集成运放u3a、场效应调整管q1和采样电阻r13等构成恒流压控恒流源主体。集成运放u3b、u3c、u3d和dc-dc模块等构成压控电压源，作用是动态调整恒流源的供电电压。在0-500ma不同电流输出情况下，维持场效应调整管q1两端电压始终在2.4v左右。这样减少q1发热，提高电源效率，同时保障励磁输出不惧短路。

基于上述实施例，所述霍尔传感器输入电路中包括压差限幅放大器电路、偏置电压调节电路和模数转换电路。其中：

所述压差限幅放大器电路分别与所述偏置电压调节电路、所述模数转换电路及所述霍尔传感器的输出端连接，用于将所述霍尔传感器产生的电压和所述偏置电压调节电路产生的电压放大至预设范围后，输入至所述模数转换电路中。

具体地，如图7所示，来自霍尔传感器和偏置电压调整电路的两路电压信号由j1端口接入，集成运放u1进行压差放大后经r5、j2口送adc电路。来自mcu的2.4v参考电压由vdc1端引入，集成运放u2提供1.2v输出参考。集成运放u4a、u4b和u4c等构成限幅电路，将j2端口输出的信号电压限制在-100mv至+2.5v内，对后级adc电路起到保护作用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。