M系列模块软件安装及使用
文章主要介绍关于M系列模块的相关内容。我们以M2101模块为例，它主要应用在热电偶温度采集方面。
图 1 模块介绍
一、M模块的软件安装
M系列模块的全称叫做MODBUS远程I/O模块，顾名思义，M系列各型号的模块都是基于标准的MODBUS RTU协议来完成设备间的通信。关于协议的规定及内容，大家可以到官网的视频中心观看相应内容。在使用M2101模块之前（以下简称模块），我们可以从官网下载它的应用软件。
要注意的是这个软件只能安装在Windows操作系统中。
打开官网smacq.cn。
图 2 应用下载和安装（一）
进入服务支持页面点击应用软件往下翻就可以找到MODBUS远程I/O模块数据采集软件。
图 3 应用下载和安装（二）
点击下载后会跳转到网盘界面，然后输入官网中给出的提取码就可以下载文件了。
图 4 应用下载和安装（三）
为节约时间，我们已提前将文件下载并解压完成。打开已经解压好的文件夹，双击setup.exe程序，软件就开始安装。
图 5 应用下载和安装（四）
大家可以自行选择软件的安装路径
图 6 应用下载和安装（五）
一直点击下一步，等待一会，软件就安装好了。
图 7 应用下载和安装（六）
二、模块使用准备
在开始菜单中可以找到刚刚下载的软件。现在软件方面的准备已经基本完成，想要使用模块，我们还需要其它的设备：一个热电偶传感器，它可以作为模块的信号来源；一台带有RS-485接口的windows操作系统的计算机。如果没有这样的计算机则可以使用USB转RS-485转换器完成信号的转化。模块还需要一个9～24V的直流电源为其供电。那么在本视频的实验中，我们使用了SDS1011转换器（以下简称转换器），这个转换器不仅可以将模块的RS-485信号转换为USB信号，还可以为模块提供9～24V的直流电压。
图 8 试验设备
在使用转换器前需要下载它的驱动程序，我们可以在官网产品分类页面中，点击SDS1011隔离型USB转换器。
图 9 SDS驱动下载和安装（一）
进入详情页后，就可以找到它的驱动下载链接，点击下载就可以了。
图 10 SDS驱动下载和安装（二）
有一点需要注意，文件解压后的文件名是：PS-dirver。打开文件夹后，双击setup.exe，在弹出的对话框中点击安装就可以了。
图 11 SDS驱动下载和安装（三）
转换器的其他内容，大家可查看它的用户手册了解。
在开始设备接线前，我们首先介绍一个使用技巧，在模块和转换器出厂时，其底部都会有一个便于安装的导轨。我们将模块的导轨拆卸下来，因为螺丝的设计便可以将这两种设备组合到一起。要注意的是，两个设备的电源端（Vs+）和GND端应在同一边，这样连接起来后使用就更加方便了。
图 12 安装技巧
三、设备接线
接下来开始正式的接线，我们使用的是K型热电偶。黑线一端是它的工作端、热端，而在它的冷端有两根导线。首先我们将红色线连接到IN 4 + 端，将绿线连接到了IN 4 - 端。
图 13 热电偶接线
然后把模块与转换器的地线（GND）和电源线（Vs+）互相连接。之后将模块的485-A和转换器的485-A相连，模块的485-B端口和转化器的485-B端口相连。
图 14 电源及485转换连接
最后将转换器与电脑的USB接口连接后，便能看到两设备的指示灯亮起，这样就可以使用模块采集温度信号了。
图 15 设备连线
四、采集温度信息
打开刚刚下载的数据采集软件，点击“Device List”搜索设备，这时会弹出一个窗口，让我们选择COM口并配置相关的参数。保持默认，点击Search，对弹出的对话框点击确定，这样COM端口就设置成功了。
图 16 搜索设备并连接
鼠标点击Function Config，在弹出的界面中，可以选择使用的热电偶的类型。因为我们使用的是K型热电偶，所以对AI 4通道不做改动。
图 17 热电偶型号选择
点击Set to Default就可以保存设置。
图 18 保存默认设置
当然在这个界面点击Run按钮，是能够显示热电偶的当前温度的，
图 19 简单显示温度
但这样操作不仅不能保存历史数据，也没有波形图来直观的反应温度的变化情况，所以我们点击Exit退出此界面，然后鼠标点击“Data logger”，进行更加详细的数据记录。在这个页面中需要我们选择使用的通道，因为我们将热电偶接入通道4，所以只要点亮通道4就可以了。而且在页面中也可以看到，前几个通道的热电偶的类型已经随着刚才的设置改动了。点击Add to List将其加入任务列表。
图 20 添加采集任务
如果要删除任务可以在任务列表选中任务后，点击Delelte form List将其删除。
图 21 删除采集任务
在数据存储方面，软件默认将数据以CSV的格式储存在C盘中。我们可以点击旁边的文件夹图标，去修改它的存储路径。
图 22 修改存储路径
如果不需要保存历史数据，则可以取消勾选数据存储选项。
图 23 取消数据保存
点击Acquisition按钮，便可进入到数据采集窗口，在此界面中点击RUN按钮就能启动采集了。
图 24 开始采集
可以在软件中看到，现在的环境温度为22℃，将热电偶放入热水中，能看到软件显示的温度迅速上升，达到77℃左右。
图 25 数据记录（一）
当热电偶离开热水后，温度又开始下降，这说明模块与采集卡之间可以正常通信。
图 26 数据记录（二）
结束采集程序，调整坐标显示，就可以清楚的看到温度的变化情况。
图 27 温度变化
波形图中突然下降的一小段是因为热电偶离开了热水。打开保存的历史记录，便能看到各时刻采集卡所采集的数据信息。
图 28 记录的数据信息
五、恢复出厂设置
最后我们介绍如何将模块恢复出厂设置，倘若模块被修改过设置并且已经忘记了设置的内容，就可以用到恢复出厂设置功能。我们先把热电偶和485-A、B上的导线拆下来，然后将模块的INIT端口与GND端口连接。
图 29 恢复出厂设置连线
接通电源，在看到模块的LED指示灯闪亮三次后，它就会恢复出厂设置了。
图 30 LED灯变化
文章通过采集热电偶的温度数据，简单介绍了M模块的使用。模块其它内容和使用方法都可以在网站中查询。
图 1 模块介绍
一、M模块的软件安装
M系列模块的全称叫做MODBUS远程I/O模块，顾名思义，M系列各型号的模块都是基于标准的MODBUS RTU协议来完成设备间的通信。关于协议的规定及内容，大家可以到官网的视频中心观看相应内容。在使用M2101模块之前（以下简称模块），我们可以从官网下载它的应用软件。
要注意的是这个软件只能安装在Windows操作系统中。
打开官网smacq.cn。
图 2 应用下载和安装（一）
进入服务支持页面点击应用软件往下翻就可以找到MODBUS远程I/O模块数据采集软件。
图 3 应用下载和安装（二）
点击下载后会跳转到网盘界面，然后输入官网中给出的提取码就可以下载文件了。
图 4 应用下载和安装（三）
为节约时间，我们已提前将文件下载并解压完成。打开已经解压好的文件夹，双击setup.exe程序，软件就开始安装。
图 5 应用下载和安装（四）
大家可以自行选择软件的安装路径
图 6 应用下载和安装（五）
一直点击下一步，等待一会，软件就安装好了。
图 7 应用下载和安装（六）
二、模块使用准备
在开始菜单中可以找到刚刚下载的软件。现在软件方面的准备已经基本完成，想要使用模块，我们还需要其它的设备：一个热电偶传感器，它可以作为模块的信号来源；一台带有RS-485接口的windows操作系统的计算机。如果没有这样的计算机则可以使用USB转RS-485转换器完成信号的转化。模块还需要一个9～24V的直流电源为其供电。那么在本视频的实验中，我们使用了SDS1011转换器（以下简称转换器），这个转换器不仅可以将模块的RS-485信号转换为USB信号，还可以为模块提供9～24V的直流电压。
图 8 试验设备
在使用转换器前需要下载它的驱动程序，我们可以在官网产品分类页面中，点击SDS1011隔离型USB转换器。
图 9 SDS驱动下载和安装（一）
进入详情页后，就可以找到它的驱动下载链接，点击下载就可以了。
图 10 SDS驱动下载和安装（二）
有一点需要注意，文件解压后的文件名是：PS-dirver。打开文件夹后，双击setup.exe，在弹出的对话框中点击安装就可以了。
图 11 SDS驱动下载和安装（三）
转换器的其他内容，大家可查看它的用户手册了解。
在开始设备接线前，我们首先介绍一个使用技巧，在模块和转换器出厂时，其底部都会有一个便于安装的导轨。我们将模块的导轨拆卸下来，因为螺丝的设计便可以将这两种设备组合到一起。要注意的是，两个设备的电源端（Vs+）和GND端应在同一边，这样连接起来后使用就更加方便了。
图 12 安装技巧
三、设备接线
接下来开始正式的接线，我们使用的是K型热电偶。黑线一端是它的工作端、热端，而在它的冷端有两根导线。首先我们将红色线连接到IN 4 + 端，将绿线连接到了IN 4 - 端。
图 13 热电偶接线
然后把模块与转换器的地线（GND）和电源线（Vs+）互相连接。之后将模块的485-A和转换器的485-A相连，模块的485-B端口和转化器的485-B端口相连。
图 14 电源及485转换连接
最后将转换器与电脑的USB接口连接后，便能看到两设备的指示灯亮起，这样就可以使用模块采集温度信号了。
图 15 设备连线
四、采集温度信息
打开刚刚下载的数据采集软件，点击“Device List”搜索设备，这时会弹出一个窗口，让我们选择COM口并配置相关的参数。保持默认，点击Search，对弹出的对话框点击确定，这样COM端口就设置成功了。
图 16 搜索设备并连接
鼠标点击Function Config，在弹出的界面中，可以选择使用的热电偶的类型。因为我们使用的是K型热电偶，所以对AI 4通道不做改动。
图 17 热电偶型号选择
点击Set to Default就可以保存设置。
图 18 保存默认设置
当然在这个界面点击Run按钮，是能够显示热电偶的当前温度的，
图 19 简单显示温度
但这样操作不仅不能保存历史数据，也没有波形图来直观的反应温度的变化情况，所以我们点击Exit退出此界面，然后鼠标点击“Data logger”，进行更加详细的数据记录。在这个页面中需要我们选择使用的通道，因为我们将热电偶接入通道4，所以只要点亮通道4就可以了。而且在页面中也可以看到，前几个通道的热电偶的类型已经随着刚才的设置改动了。点击Add to List将其加入任务列表。
图 20 添加采集任务
如果要删除任务可以在任务列表选中任务后，点击Delelte form List将其删除。
图 21 删除采集任务
在数据存储方面，软件默认将数据以CSV的格式储存在C盘中。我们可以点击旁边的文件夹图标，去修改它的存储路径。
图 22 修改存储路径
如果不需要保存历史数据，则可以取消勾选数据存储选项。
图 23 取消数据保存
点击Acquisition按钮，便可进入到数据采集窗口，在此界面中点击RUN按钮就能启动采集了。
图 24 开始采集
可以在软件中看到，现在的环境温度为22℃，将热电偶放入热水中，能看到软件显示的温度迅速上升，达到77℃左右。
图 25 数据记录（一）
当热电偶离开热水后，温度又开始下降，这说明模块与采集卡之间可以正常通信。
图 26 数据记录（二）
结束采集程序，调整坐标显示，就可以清楚的看到温度的变化情况。
图 27 温度变化
波形图中突然下降的一小段是因为热电偶离开了热水。打开保存的历史记录，便能看到各时刻采集卡所采集的数据信息。
图 28 记录的数据信息
五、恢复出厂设置
最后我们介绍如何将模块恢复出厂设置，倘若模块被修改过设置并且已经忘记了设置的内容，就可以用到恢复出厂设置功能。我们先把热电偶和485-A、B上的导线拆下来，然后将模块的INIT端口与GND端口连接。
图 29 恢复出厂设置连线
接通电源，在看到模块的LED指示灯闪亮三次后，它就会恢复出厂设置了。
图 30 LED灯变化
文章通过采集热电偶的温度数据，简单介绍了M模块的使用。模块其它内容和使用方法都可以在网站中查询。
图 1 试验设备
因为实验中要用到两个模块，所以在使用组态王与硬件连接时首先要修改每个模块的ID号，这样组态王软件才能在添加设备时对它们作出区分。
这里要强调的是，我们在使用M Manger软件修改模块的ID号时，每个模块一定要单独进行改动。关于设备的连线情况以及如何修改ID号，大家可以参考我们制作的M系列视频，之后我们也会陆续将文档上传，在这里就不详细说明了。
图 2 之前视频内容
另外要注意的一点是，在改变模块ID号后就应该把M Manger软件关闭，否则计算机上的相关串口会一直被M软件占用。
二、使用组态王与M1001连接
在完成以上准备工作后，就能在组态王上开始创建工程了。打开组态王软件，在工程管理器页面点击新建，软件会弹出一个新建工程向导页面，跟随向导程序，就可以完成新工程的建立。
图 3 新建工程
我们来演示一下。首先要选择的是工程所在目录，默认新建工程的路径是放在系统桌面上的，点击浏览则可以修改工程路径。在实验中我们将工程放在example文件夹下。
图 4 修改工程路径
点击下一页，这页是要我们为新建工程命名并为它做一个简单描述。我们把工程名称叫做测试，在工程描述中填写：M系列模块的简单测试。
图 5 工程描述
点击完成，软件会提示我们是否将新建的工程设为当前工程，选择“是”就可以了。
图 6 完成工程新建
双击我们刚刚新建的工程进入开发系统，将弹出的页面关闭。点击文件列表中的设备选项
图 7 点击设备
鼠标双击右侧的新建。
图 8 点击新建
在出现的向导界面中选择PLC。
图 9 选择PLC
然后选择莫迪康的ModbusRTU，选择COM。
图 10 莫迪康—PLC—COM
点击下一页，将设备命名为M1001
图 11 设备命名
在选择与设备连接的串口时
图 12 选择连接串口
我们可以到M系列软件中查看
图 13 在M软件中查看串口
也可以在电脑设备管理器的端口中查看模块使用的串口
图 14 在设备管理器查看串口
这里我们选择COM3。
图 15 选择串口
点击下一页，需要我们为安装的设备指定地址，这里填写一开始为模块设置的ID号就可以了。
图 16 确认模块地址
点击下一页，此界面的选项不做改变，保持默认即可。
图 17 保持默认
点击下一页，检查一下我们的设备信息是否正确。点击完成，这样设备就设置好了。
图 18 查看设置
现在我们可以测试一下设备和软件是否可以正常通讯。右键设备，点击测试。
图 19 测试设备
在出现的页面中选择设备测试，在寄存器中输入0001，数据类型选择Bit。点击添加，点击读取。如果能够看到软件读取的数据，就说明它们之间已经可以进行通讯了。
图 20 设备通讯
这里有一个疑问，为什么寄存器、数据类型要这样设置呢？模块的用户参考手册给出了答案。进入官网，打开手册，找到M1001远程IO模块Modbus映射表。在这张表上可以看到继电器0的地址是：0001，也就是我们在软件上需要输入的寄存器地址。又因为继电器只有开、关两种状态，所以数据类型选择Bit，这种数据类型只有0或1。
图 21 寄存器地址
接下来进行数据库的设置，进入数据词典。
图 22 设置数据词典（一）
在它右侧的变量名中双击新建，将变量名命名为M1R0，变量类型为I/O离散。这个变量类型就对应着继电器的开和关两种状态。
图 23 设置数据词典（二）
连接设备选择M1001，寄存器写00001，数据类型选择Bit，读写属性选择只写。因为我们只需要控制继电器的通断就可以了。点击确定，这个变量就设置完成了。
图 24 设置数据词典（三）
再次双击新建，软件会自动为新建变量排序并且寄存器地址也会自动后延。
图 25 设置数据词典（四）
因为M1001模块有4个寄存器，所以要新建4个变量。接着添加M1001模块上的DI（数字输入）相关的变量。双击新建，变量名设置为M1DI0，变量类型还是I/O离散，连接设备不变，
图 26 设置数据词典（五）
寄存器根据用户手册填写地址为10001，
图 27 寄存器地址
数据类型选择Bit，读写属性选择只读。因为我们只需要知道，DI端口输入的是高电平还是低电平就可以了。
图 28 设置数据词典（六）
根据模块的接口，我们需要建立6个这样的变量。
图 29 设置数据词典（七）
全部新建完成后，我们就需要设置它的画面内容。点击画面，点击新建。
图 30 新建画面
将画面命名为M系列，点击确定，进入画面设置窗口
图 31 设置画面窗口
在工具箱中选择打开图库，在弹出的图片管理器中选择开关。大家可以在这个图库中选择自己喜欢的样式，鼠标双击它，就可以在画面窗口添加了。
图 32 画面设置
同时我们可以选中这些图标，将其简单排布一下。接着添加六个指示灯图标，以对应模块上的六个DI端口。然后为画面添加一个面板，并将它命名为M1001，调整字体大小，最后将画面锁定，这样布局就完成了。
图 33 完成画面布局
接下来要进行的是动画连接的内容，鼠标左键双击图标或者鼠标右键点击图标，在弹出的复选框中选择动画连接，都会出现向导页面。
图 34 动画连接（一）
点击页面中变量名旁的问号（？）按钮
图 35 动画连接（二）
为开关图标选择M1Rx相关变量，为指示灯图标选择M1DIx相关变量。点击确定，动画连接就建立成功了。
图 36 动画连接（三）
如此这般将各图标都建立完成后，点击文件，点击全部存保存设置。
图 37 动画连接（四）
回到工程浏览器页面，点击VIEW进入运行系统界面。
图 38 运行动画
点击画面选择打开，选择需要打开的画面点击确定，就能运行我们刚刚设置的画面并通过它控制M1001模块。
图 39 选择动画
我们实验一下，点击开关图标，可以明显听到模块内继电器的开关动作。使用导线，将任意DI端口与DGND短接，都可以看到画面中的指示灯会做出相应改变。
图 40 动画运行
关于M1001模块的设置已经完成了，关闭画面。
图 41 关闭画面
三、使用M2101与组态王连接
接下来我们开始设置模块M2101的相关内容，首先新建一个设备，设备型号还是选择PLC——莫迪康——ModbusRTU——COM。
图 42 新建设备
设备名称为M2101，串口依旧选择COM3，指定地址为2，其他均不变。
图 43 建立设备连接
设备新建完成后，设置数据词典的相关内容，将新建的变量名为M2IN0，变量类型选择I/O整数。连接设备选择M2101，寄存器的地址填写需要参考用户手册。
图 44 选择寄存器地址
在M2101模块的Modbus映射表上，我们可以看到IN 0通道的寄存器地址是30101。
图 45 寄存器地址
将其写入软件中同时手册中说明，寄存器的返回值是16位整型数据且是有符号的，所以数据类型选择SHORT，变量类型也对应着我们刚刚选择的I/O整数。另外当模块上的接口没有热电偶接入时，其返回值是-2713，所以我们可以将变量中的最小值改为-3000，最小原始值也要改为-3000。这里的最小（大）值是指：变量在现实中表达的工程值的大小，如：压力、温度等。而最小（大）原始值是指：采集设备中寄存器数字量的最小（大）值。
图 46 变量设置
根据模块上的接口，我们要添加从M2NI0～NI7这八个变量名。全部建立完成后我们开始设置软件的画面。为了方便观察，就把两个模块的动画连接放在一个画面当中了。在画面中放置8个文本，将文本排列整齐，并添加画板命名为M2101。
图 47 添加画面
然后为每个文本按顺序添加动画连接，因为我们需要输出M2101模块的温度值，所以选择模拟值输出。
图 48 动画连接（一）
在弹出的页面中点击表达式旁的问号（？）按钮
图 49 动画连接（二）
选择相应变量名。
图 50 动画连接（三）
输出格式设置整数位为5，小数位为2，显示格式为十进制。由用户手册可知，当返回数据为2483时，表示温度为248.3℃，而实际温度为24.83℃，所以我们要将显示值再除以10，直接在表达式中直接输入“/10”就可以了。
图 51 动画连接（四）
点击确定，点击确定，这样就设计好了。其它文本的动画连接也是这样设置。全部完成后，点击文件选择全部存。
将K型热电偶连接到M2101模块上，进入到运行系统中看看能否显示温度值，打开画面我们发现，软件画面没有正确显示M2101的信息，但M1001依然受到控制。说明软件和模块的连接没有问题，这时我们关闭页面，退出运行系统，再次打开VIEW，打开刚才的画面。这时软件就能正常显示模块信息了。
图 52 M2101动画效果
最后补充一点，如果大家想要使用组态王与M2002模块连接的话，数据类型就要选择UNSHORT，因为这个模块的数据类型是无符号的16位整型数据。
图 53 补充
其中动力电池被称为新能源汽车的心脏，也是各汽车品牌形成差异化的关键因素。这颗“心脏”要驱动汽车这样的庞然大物，其能量是如何得到的呢？
以85D版ModelS电池包为例，该电池包有16个模组，每组有444节圆柱形电芯。
将这些电芯串联起来，就可以得到一个高电压、大容量的强力“心脏”了。当然这只是一种很简单的说法，真正的电池系统要复杂很多。
现在我们知道了电芯是动力电池的基础单元，那么对它的实时监控就显得非常必要。但在监测过程中我们会遇到一个问题，那就是串联电池组会产生较大的共模电压。所谓共模电压就是每一导体和所规定的参照点之间出现的向量电压的平均值。
以实验中的十节串联电池组为例，假设每节电池的电压均为3.6V，那么第十节电池的最高节点处的电压就是36V，十节与九节电池之间的电压值为32.4V，这样两节电池间就产生了34.2V（（36+32.4）/2=34.2）的共模电压。
这么大的共模电压输入到设备中很可能会影响它的运行，甚至损坏元器件。如何解决这种负面影响呢？最好的办法就是隔离。而本次实验所采用的PS2024V采集卡，它的每个通道都是隔离型的，可以很好的防止共模电压的影响。
电池包测试实验
2.1、实验准备
接下来我们将使用PS2024V完成一个关于串联电池组充放电测试的实验。
电池组是由10节锂电池串联在一起组成的，每节锂电池的平均电压在4.1V左右。而且我们会从整个电池组的正负极引出两根导线，用来测量它们在充放电时的电压变化情况。同时将电流传感器串联到回路上，以观察电池组在充放电时的电流变化。PS2024V型采集卡共有24组差分通道，按照每节电池的正负极将引线连接到采集卡上。最后通过USB线缆将电脑与采集卡相连。
2.2、放电实验
当电池组放电时，将水泥电阻串联至整个回路中，电阻的参数是30Ω100W。这里要注意的是，锂电池不能过度放电，也就是电压不能低于最低放电电压2.5V-2.75V。
打开趋势图，我们可以看到电池组的放电曲线，放电电流没有明显的变化。
但在放电过程中，有三节电池发生过放现象，它们的电压大小快速下降。
停止放电后，我们来计算一下电池组的放电量，打开数据记录表格，其有效数据是从第4行到第1312行，每次循环测量所用的时间是6s，所以用电流值乘以每次循环的测量时间，就可以计算出本次循环的放电量。但电流是随时间不断变化的，那么就要以电流对时间的积分计算出真实的放电量。而电流与时间的对应函数我们并不知道，所以本次实验使用“梯形估算法”来计算具体的放电量。由于接线问题，起始时刻的电流值大小无法得知，首次循环的放电量只能以恒定电流值乘以时间来计算，而其余循环则使用梯形估计法。在Excel表格中输入相应公式。要注意，此时的放电量单位是As，需要对这些值求和并转换为mAh。最终计算出总的放电量是2609.41mAh。
2.3、充电实验
接下来开始电池组的充电实验，使用的充电电源是恒流恒压电源，因为每节电池电压均在截止电压（2.5V～2.75V）之上，所以采用较大电流（1A）充电。在实际使用过程中，应该选用适配的充电器对电池充电。
打开趋势图，可以明显看到电池组的充电曲线，当到达指定电压后，充电电流明显减弱。
还是以同样的方法，我们计算出电池组的充电量为2641.28mAh。
以上就是本篇文章的全部内容，希望对您有所帮助。
一、运行原理及内部结构
大家都知道磁极之间同性相斥，异性相吸，而步进电机就是利用了这一特性。
在电机内部的定子和转子上，转子的极性不发生改变，但定子的极性会根据输入的电流发生变化，判断极性的方法是安培右手定则。
当通电方向顺序按照AA’——BB’——AA’——BB’四个状态周而复始进行变化，电机可顺时针转动；
当通电时序为AA’——B’B——A’A——BB’时，电机就逆时针转动。而且输入的电脉冲频率越高，电动机转动就越快。
二、驱动电流的产生
现在我们已经知道了步进电机是依靠电流产生的极性工作，那么这样的电流要怎样输入呢？最开始人们是根据使用需求，设计一种专门的硬件电路来控制电机的转动。
但这样做的问题是：当需求发生变化时，就要重新设计电路。这无疑会增加步进电机的使用成本和难度，于是一种专门的驱动器便产生了，也就是我们在实验中使用的步进电机驱动器。
驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组（定子）按一定顺序通电，控制电机转动。为了方便控制驱动器产生的电脉冲，人们又引入了控制器。它会发出脉冲信号和方向信号到步进电机驱动器中，进而达到控制步进电机的目的。这样，我们就构建出一个步进电机控制系统了。
三、使用采集卡控制步进电机转动
在本次实验中，USB-3123数据采集卡充当控制器的角色。驱动器的型号是TB6600两相步进电机驱动器，它可以实现电机正反转控制，旋转角度控制等功能，还可以进行细分数及电流大小设定。我们来具体介绍一下：
PUL端是步进控制，当它接收到一个脉冲信号，就控制电机旋转一下；DIR端可以控制电机的正反转，高电平正转，低电平反转；EN端是使能端，输入高电平时，电机进入脱机状态，电机不响应脉冲信号，输入低电平时，电机接受脉冲信号开始正常运转。视频中使用共阴极接法连接采集卡与步进电机驱动器。将EN-、DIR-、PUL-接入采集卡的DGND端，将EN+与DO 0端口连接，DIR+连接到DO 1端口，PUL+连接到DO 2端口。
驱动器的A、B端口与电机的A、B相连接，至于如何判断电机的四根接线是否为同一组，我们可以直接查阅产品手册或者将任意两根线短接，然后转动电机的轴，如果转动时感到有明显的阻力，那么这两根线为同一组。判断完成后，将它们连接就可以了。
在电源接口中，VCC连接电源正极，GND连接电源负极。要注意的是驱动器工作在直流电压9-42V之间。实验输入的是12V的直流电压。
然后调节拨码开关的状态，将1、2、3端口分别调节成ON、ON及OFF状态，也就是一倍细分；因为电源开关的额定电流是1.2A，所以将4、5、6拨码开关调节成ON、OFF、ON状态。
关于驱动器的其它内容，大家可以参考其使用手册，这里就不详细说明了。最后将采集卡与电脑连接，这样就完成了接线。
打开Smacq提供的do_waveform_full.vi范例，控制采集卡的DO端口输出数字波形。在范例前面板上，SamplePeriod(ns)控件是控制采集卡的输出周期；DoCycle控件可以控制输出次数；Value数组是控制采集卡产生的波形。
在数字波形图中可以显示每个端口的输出波形，行0表示Do 0端口、行1表示Do 1端口……数字波形图中的每一排表示一个Value的输入数据，保留数组中的两个元素并将其它数据删除，这样每个通道输出的脉冲就很清晰了。现在驱动器的细分数是1，也就是当它接收到200个脉冲时电机的轴就会走一圈，而且PUL端口是与采集卡的Do 2连接的，所以我们调整输入波形为0000，0100，DoCycle为200，周期为3000000（频率是333.3Hz），点击运行，能看到步进电机的轴转了一圈。
减小周期为1000000ns，可以看到电机的转速有明显的提高，当然如果周期太小（1000），就会超过电机的响应频率了。
然后，改变拨码1、2、3的状态为ON、OFF、OFF。这是控制电机为四倍细分，接收到800个脉冲时电机才会旋转一周。所以按照我们刚才的设置，点击运行后，电机会转动四分之一圈。
将拨码调整为原来的状态（ON、ON、OFF）。根据上文介绍，想要使电机反转，就要给DIR端一个高电平，所以输入数据0000，0110。点击运行，可以看到它反方向转动了一圈。
最后验证电机的使能端口，让Do 0输出高电平，即在数组中输入0001、0111，点击运行后看到，电机并不发生旋转。当在数组中输入0000、0110，点击运行，步进电机会转动一周。
以上就是使用Smacq数据采集卡控制步进电机的全部内容。
测量原理
RTD能够测量温度是利用了金属电阻随温度的升高而升高这一性质。为什么金属会具有这样的特性呢？是因为金属原子的最外层电子数少，容易失去电子。
当大量的金属原子聚集时，绝大部分的金属原子就会失去其价电子（最外层电子）。
这时正离子又会以一定的几何形式排列起来，在固定的位置上做高频的热振动，而失去的电子则成为自由电子，在正离子间运动，大量自由电子的移动，就造成了金属的导电性较好。
但是，当金属的温度升高时，正离子间的热振动幅度变大，这就会阻碍自由电子的移动，表现为金属的阻值增大。
常见类型
不是所有的金属都适合做测量电阻。经过筛选人们将铂、铜、镍作为RTD的使用材料。
铂的特性稳定、耐腐蚀，不会因高低温引起物理或化学的变化，所以铂RTD是测量温度最准确最稳定的一种，在工业生产中使用最广泛。常见的型号有PT100、PT500、PT1000等。
镍是一种硬且有延展性的金属，比较耐腐蚀，但长时间的使用会使镍金属加速老化，影响测量精度，所以镍RTD的使用范围很小。
铜是比较柔软且有良好延展性和导电性的金属，在一定温度下铜的电阻-温度线性度很好，但铜在高温下会发生氧化反应,影响精度，所以铜RTD在低温场景下的使用比较多，常见的型号有Cu50、Cu100。
这些RTD的型号是什么意思呢？以PT100为例，PT表示它是铂电阻，100表示它在0℃时，电阻的阻值是100Ω。其他型号的表示方法也是这样。
RTD的优势
从上图可以看出RTD的电阻－温度线性度是最好的。
表格比较了热电阻、热敏电阻、热电偶这三种传感器。可以发现，在中低温的温度测量中，RTD具有明显的优势。高温测量时,使用热电偶的效果更好。在一定温度下,使用精度很高的热敏电阻更合适。虽然热电阻的线性度比较好，但是如果想获得相对准确的温度值，我们通常还是以查表的方式来实现。下图是PT100的热电阻分度表。
测量方法
我们知道了RTD的测量原理，那么就要说一说RTD是如何测量的。
测量电阻我们首先想到的就是利用欧姆定律：R=U/I。
在测量阻值较小的电阻时，通常使用恒流源作为激励，然后测量电阻两端的电压，通过计算得到其电阻值。而且RTD所用的激励电流最大为5mA，所以一般使用1mA甚至更小的电流作为激励。具体的测量方法分为二线制、三线制和四线制这三种形式。
二线制测量的电路图与上图基本一致，不过在实际测量中会有线电阻的影响。如下图所示：
?是导体的电阻系数也就是电阻率
?是导体的长度
?是导体的横截面积
现在我们尝试计算线电阻的阻值。假设使用一个导线长度为1米的PT100进行温度测量，导线的半径为0.2毫米，已知现在导线的电阻率为1.74×10-8
可以计算得到一根导线的阻值是0.14Ω，二线制测量需要引出两根导线，那么一共就有0.28Ω的电阻误差。当测量电阻是111.29Ω时，查看PT100的热电阻分度表可知，温度是29℃。但因为有导线带来的电阻误差，实际电阻值是111.01Ω，查表得到实际温度是２８℃。可知导线带来了1℃的误差，随着导线加长，误差会进一步加大。我们再看四线制。如下图：
它的方法是引出两根导线直接测量电阻的电压值，这就排除了导线电阻的影响，所以得到的温度是最精确的。但由于它增加了两根导线，会提高实现难度和使用成本，所以四线制只有在需要高精度的实验室中才会用到。而三线制则在成本和测量精度之间找到了平衡，受到使用者的青睐。
这种方法是通过增加一个电流源，抵消了线电阻上产生的电压，将误差控制在合理的范围内。这里我们进行简单说明：电压值V我们通过V1-V2得到，分析一下电流I1的流向，I1从电流源1中流出经过线电阻1到RTD电阻，最后经过线电阻3。
可知此方法测得的电压值只是上的电压值，这样也就消除了线电阻带来的影响。
温度采集
下面我们使用PT100，检测一下手机在使用过程中的温度变化情况。我们用三线制的PT100薄膜热电阻，对手机进行温度测量。这种热电阻是新一代的温度测量和调节传感器，它的响应时间快，精度高，尺寸小，适用于液体、气体等介质，以及固体表面等温度的测量。
如果是不锈钢套管热电阻，它会将热电阻阻体以及引线插入到不锈钢套管内，套管可以起到保护作用，是最常见的封装方式（如下图所示）。
测量温度时，热电阻的测温端与被测物贴合。我们将热电阻连接到M2111RTD温度采集模块上。通过一个485串口转换器和电脑连接，这样就可以在电脑上显示实时的温度情况。
上图是连接好的状态，然后将电阻温度传感器放在手机摄像头旁的位置。设置采集软件相关参数。现在开始测试，进入游戏，我们要看看玩一局游戏，手机大约会升高多少度。
测试完成后，分析波形图可以发现：几个下降区间是因为将手机放在了温度较低的桌面上导致的，波形整体呈上升趋势。
查看储存的CSV文件，可以看到传感器在每个时刻采集到的温度。
回到波形图，放大纵坐标可以看到，现在手机温度为37.7℃，手机的初始温度是32.4℃，一局游戏大约是15分钟。可以计算到，玩游戏时手机每分钟大约升高0.35℃。当然这只是一个估算还有很多情况没有考虑到。
以上就是我们使用RTD传感器测量温度的全过程，软件使用及模块信息均可在网站的相关页面查看。
差压传感器是能感受两个压力间的差值的传感器。
绝压传感器是能感受相对于绝对压力的压力的传感器。这里的绝对压力是指物体承受的实际压力，是以真空状态为起点计算的压力。
压力定义
我们将均匀垂直作用在物体表面上的力称为压力。压力的单位是：帕斯卡，简写为Pa。压强的定义是：均匀垂直作用在物体表面单位面积的压力。在日常生活和工程中，常把压强称为压力并用“P”表示。
传统的压力传感器是机械结构的，这种传感器体积大，质量重还没有电学输出，精确度不高的同时也不利于信息传递。
压力传感器
随着科技的的发展，新型的压力传感器产生了，它的体积小，质量轻，在众多领域中被广泛使用。
新型压力传感器可以将，压力的变化转换为阻值的变化。但电阻是不容易直接作为信号被采集的，所以我们还需要将电阻的变化转换为电压或电流的变化，以便于采集卡采集数据。要完成电阻到电压的转化，我们需要用到一种特殊的电路，那就是惠斯通电桥。
惠斯通电桥
它是能精确测量电阻变化的测量电路，有趣的是惠斯通电桥不是由惠斯通发明的，而是由英国发明家克里斯蒂在1833年发明。因为惠斯通第一次用这种电路测量电阻，所以人们才把它称为惠斯通电桥。
惠斯通电桥是由四个电阻，R1、R2、R3、R4顺序连接形成的一个环形电路。环形电路的对角接入一个直流电源作为激励，另一个对角接入负载，它的四个电阻又叫做电桥的桥臂。
分析电路图可知，输出电压V0是由R2处的电压值减去R3处的电压值得到。根据欧姆定律：
当R1·R3=R2·R4时，V0=0，此时电桥平衡。当我们改变任意桥臂的电阻，就会破坏电桥的平衡，使V0两端产生电位差，从而输出电压。这样我们就可以将电阻的变化转变为电压的变化。
在使用惠斯通电桥作为测量电路时，一般将R4变为应变电阻，其他三个电阻R1=R2=R3=R。如图
与上述电路分析一致，可以得到
在公式中V0、VEX和R都是已知量，则ΔR的值就可以计算出来。那么如何将电阻变化与压力产生的应变(ε)建立联系呢？有一个公式
其中GF是应变片的特性参数——灵敏度，GF的值由生产商提供。这样就可以通过输出电压求出应变值，最终得到压力的大小。
以上内容是惠斯通电桥中的四分之一桥，那么二分之一桥与四分之一桥有何异同呢？我们先来看二分之一桥的电路图。
可见，二分之一桥只是将R3电阻也变为应变电阻。电路简化后则是：
V0的计算也和四分之一桥相同，可以得到：
因为二分之一桥有两个应变电阻，所以方程中出现了两个未知量。而一个方程不能求解两个未知量的值，怎么办呢？我们仔细分析应变电阻在材料上的位置就会发现：当我们给材料一个向下的压力时，应变电阻R4拉伸的应变值为ε，随之而改变的应变电阻R3会收缩，应变值为-vε。R4与R3受力产生的应变比是一个固定值v，称为泊松比。因为
下面我们给出全桥的电路图
全桥的计算与半桥计算方法相差不多，要注意的地方就是四个应变电阻的位置情况，因为它出现了四个未知量。这三种桥路都有这其自身的限制与优势，我们要根据实际情况进行选择。在使用惠斯通电桥时，电桥一般都不会处于平衡状态即V0=0，所以需要进行调零处理，一般有软件调零、调零电路、缓存调零这三种方法。其中调零电路是真实将电路中的不平衡消除，而另外两种方法只是在数值上将V0抵消掉，具体的实现方法我们就不一一详解了。
现在我们已经得到了惠斯通电桥输出的电压值V0，但这个电压值很小，一般都是毫伏级的电压。在传感器上标注的单位一般是mV/V，表示的是传感器的灵敏度。当传感器灵敏度为2mV/V，激励电源是10V时，传感器的满载输出为20mV。这么小的输出电压，就需要经过放大电路或是运算放大器，将其放大为标准电压。
如图，是一种常用的放大电路和运算放大电路
采集压力数据实验
下面我们将完成使用USB-3123数据采集卡采集压力传感器数据的实验。
实验中使用的是，SRD-1004程控放大器。
它可以用软件或拨码开关来控制放大倍数，同时也能为传感器提供5V的直流电源。将Switch EN开关上拨，是控制放大器使用拨码开关调整放大倍数，将PGA 0处的1、2开关上拨可以调整PGA 0的放大倍数为1000倍。我们使用上述配置完成本次实验。
压力传感器的相关参数是，灵敏度：２.０ｍV／V，量程：5kg。因为实验中给传感器提供了5V的电压，所以其满量程输出是10mV。我们将传感器输出电压放大１０００倍，那么输出电压最大则是10V，满足采集卡的量程。
接下来我们简单说明一下各器件之间应该怎样连接。
将传感器的电源线与放大器的电源连接，将传感器的正负信号线与放大器的正负信号输入端连接，将放大器的输出信号端与采集卡AI 0端相连，将放大器的GND端与采集卡的AI Sense端相连，将采集卡的AI Sense端与AGND端短接，最后通过USB线缆将放大器和采集卡接入电脑。
调整采集卡相关的参数，将采样率设置为5 Sa/s/ch。
将单位变换打开，设置传感器输出电压，上限10V，下限-10V，传感器量程上限5000，下限-5000，单位为g（克）。
这里设置正负是因为，传感器将拉力表示为正值，将压力表示为负值。完成设置后开始调整画布，关闭自动调整Y坐标并将坐标固定为-5000~5000。
点击启动。我们可以看到传感器不受力时，测量值在0刻度线上。
将500g的砝码放在传感器上，可以看到采集卡采集数据为-500。
给传感器一个拉力，可以看到数值为正值。
以上是我们对静态压力的测量，但数据采集卡更大的优势是，对于瞬时压力的采集。下面我们来试一试，这次将采集卡的采样率调整为10000，使采集卡能对瞬时的压力有较好的反应，其余设置不变。调整画布横坐标为0~30，这样会方便我们观察。更改完成后，用螺丝刀敲击传感器，在画布中可以发现瞬时的压力被捕捉到，以手型工具调整横坐标，我们就可以清晰地看到敲击传感器时，压力的变化情况。
以上就是我们关于压力传感器的全部内容。
它指的是一种自带电量放大器或电压放大器的加速度传感器，也有人将它叫做ICP。这种称呼产生于上世纪六七十年代，当时有很多厂家生产这种带内置电路的压电传感器，其中PCB公司将自己生产的传感器命名为ICP，其他公司也就开始使用这一称谓。
随着市场的扩大，PCB公司就将ICP注册为商品名，导致其他公司无法使用，所以业内提出以IEPE来命名这种传感器，并逐渐受到了行业内众多公司的认同，其中包括PCB公司。因为国内的PCB的产品较多，所以ICP的叫法也就沿用下来。
压电效应
回归正题，IEPE既然是一种压电式传感器，那么它利用的原理自然是压电效应。压电效应又分为正压电效应和负压电效应。正压电效应是指：某些电介质在一定方向上受到外力作用产生形变时，介质内部会发生极化现象，在它的两个相对表面上，会产生正负相反的电荷。
当外力消失时，电荷就会消失，当外力的方向发生变化，电荷的极性也会随之改变。
逆压电效应是指：向电介质的极化方向上施加一个电场，介质会随之发生形变，当电场消失，介质的形变也会消失。由此可见压电效应是一种瞬时的变化，所以压电传感器可以测量动态量。
加速度转变电信号
IEPE也是一种加速度传感器，它是怎样将加速度转变为电信号的呢？
首先我们要明白加速度是什么。加速度是由牛顿第二定律定义的，常见表述是：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比。加速度的方向，与作用力的方向保持一致。公式表示为：a=F/m，其中F为物体受到的合力，m为物体的质量，a为物体的加速度，单位是。质量m一般不会变化，可以提前测得。而力F的大小，则可以利用压电效应测量，这样就可以求物体加速度的大小。
还有一个问题，因为力与加速度都是矢量，即它们都是有方向的。在实际应用中，我们也需要知道物体的加速方向，以判断物体所处的状态，如：倾斜角度有多大、是否发生反转，是否在晃动等等情况。为解决这样的问题，可以将传感器分为三部分，即X轴、Y轴和Z轴。
用X、Y表示在平面中的运动方向，Z轴表示在空间中的上升和下降，这样就可以判断物体的运动了。三轴加速度传感器虽然精确，但是使用成本较高，所以根据实际使用情况的不同，还有单轴，双轴等类型的传感器。
IEPE如何工作
说了这么多IEPE到底是如何工作的呢？首先IEPE整体组装在一个金属壳内，下面连接一个刚度较大的基座，在壳体内部，两片压电片组成压电元件并且表面镀银。压电片之间是金属片，它可以将压电元件产生的电荷，通过引线输入到集成电路中，压电片上方连接着一个质量较小的质量块，质量块由刚度较大的弹簧或是螺栓，对其施加预载荷。
在使用IEPE测量振动时，应将传感器与被测物固定在一起，由于弹簧的刚性大而质量块的质量小，所以质量块受到的振动与基座的振动是相同的。因为质量块不断变化的惯性力的作用，使得压电片受到的压力不断变化，从而产生高阻抗的电荷信号，这些电荷信号通过与金属片相连的引线，输入到内置的集成电路中。集成电路又将输入的电荷信号转化成低阻抗的电压信号输出。
IEPE还需要使用一个恒流源供电，电流一般在2mA~20mA之间。在大多数情况下，4mA的恒定电流值是一个很好的折衷方案，供电电压在18V～30V之间。
IEPE传感器的内部集成电路中一个很重要的器件就是电荷放大器，它可以将电荷信号转变为电压信号。其原理图如下：
计算UO与Q的关系，由电路图可知：
它便是IEPE输出的电压信号。但这个信号是交流信号叠加在直流电源上的电压信号，所以我们还要通过交流耦合，将信号中的直流成分去掉。使其变为以0V为基准的波形。
最后我们介绍一下IEPE的参数及其优缺点，IEPE的灵敏度单位是mV/g，其中g是重力加速度。灵敏度越高测量范围越小，灵敏度越低测量范围越大。传感器的最大量程是由最大输出电压与灵敏度的比值决定的。在选择传感器时，要特别注意这两个参数。
IEPE的优点是内部带有集成电路，导致它的抗干扰能力很好，可以用长轴电缆输出，而且方便安装，使用简单。缺点也因为内部的集成电路使的它的温度范围变窄，一般小于125℃，而且内部的集成电路与传感器承受同样的测试条件，很容易出现故障，对环境的要求也更高。
以上就是我们对IEPE相关内容的介绍。
采集IEPE的加速度信息
下面我们将通过实验，使用数据采集卡采集IEPE的加速度信息。
本次实验，我们通过风扇模拟物体发生损坏时震动信息的变化情况。
用到的实验器材有：USB-3213数据采集卡、SRD-1104-IEPE信号调理器、IEPE传感器和风扇。
SRD-1104-IEPE信号调理器，可以将IEPE的极性信号调整为双极性信号，而且能够为传感器提供4mA的恒流电源，同时调理器使用USB供电或者外接２４V电源。IEPE的有关参数是：量程10ｇ、激励电流2mA～20mA、灵敏度：501.5ｍV/g。各设备间的连接方式是：首先将IEPE传感器与信号调理器的IEPE 0接口相连；将IEPE信号调理器的IEPE OUT 0接口与采集卡的AI 0连接；将GND与采集卡的AI Sense连接；将采集卡上的AGND与Ai Sense短接。
然后将采集卡和信号调理器通过USB线缆连接到电脑上；最后将IEPE传感器固定在风扇边框上。
在采集实验数据前，我们还需要调整采集卡软件的有关设置：将纵坐标设置为-10～10，并且取消勾选自动调整坐标。
在软件设置中，勾选单端模式。
勾选AI 0通道。
采样率设置为10k。
勾选单位变化，使传感器输出电压为10～-10，传感器单位为“g”，传感器量程设置成10～-10。
选择数据存储路径。
其他内容不变，将横纵表设置为0～100。
点击启动，可以看到当风扇不转动时振动基本不发生，数据稳定在0坐标上。
当风扇正常转动时，数据在0.2～－0.2之间波动。
为了模拟风扇损坏的情况，我们在扇叶上粘贴一个纸团，破坏它的结构，当开启风扇时，可以看到它的震动信息有了明显的变化。
观察风扇前后的震动数据，可以很容易地判断出风扇是否发生了损坏，放大横坐标后可以清楚的观察到震动的波动情况。
打开数据存储路径，我们可以通过软件将数据转换为CSV格式。
以上就是使用数据采集卡采集IEPE传感器信号的全部内容。
