畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機(jī)的智能型電機(jī)轉(zhuǎn)速測定儀設(shè)計

1、目錄目錄 1 1 引言引言.1 2 2 系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)實現(xiàn).2 3 3 硬件設(shè)計硬件設(shè)計.2 3.1 方案實現(xiàn)原理.2 3.2 硬件設(shè)計框圖.3 3.3 硬件電路原理圖.4 3.4 槽型光電傳感器 itr8402.4 3.5 isp 下載口.5 3.6 電源電路.5 3.7 脈沖信號完成電路.5 3.8 單片機(jī)控制系統(tǒng)電路.6 3.9 超速報警電路.7 3.10 pcb 連線.8 4 4 程序設(shè)程序設(shè)計計.8 4.1 程序設(shè)計思路.9 4.2 系統(tǒng)程序.10 5 5 設(shè)計總結(jié)設(shè)計總結(jié).14 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).15 致謝致謝.16 附錄附錄.17 1 智能型電機(jī)轉(zhuǎn)速測定儀設(shè)計智能型電機(jī)轉(zhuǎn)速測定儀設(shè)

2、計 摘要摘要：本文詳細(xì)介紹了一種基于單片機(jī)的智能型電機(jī)轉(zhuǎn)速測定儀的設(shè)計。該設(shè)計以 at89s52 單片機(jī)作為主控核心，與光電傳感器、led 數(shù)碼管、蜂鳴器等構(gòu)成硬件操作，再利 用 c 語言編程，最終完成電機(jī)轉(zhuǎn)速測定儀的設(shè)計。本文詳細(xì)闡述了如何利用光電傳感器實 現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的信號接受，運用單片機(jī)單片機(jī) at89s52 對脈沖信號進(jìn)行處理計算，然后通過 數(shù)碼顯示管顯示出來。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：測速；光電傳感器；at89s52 單片機(jī)最小系統(tǒng)；電機(jī)；數(shù)碼管； intelligent motor speed cryoscope design dengqiuling information science a

3、nd technology school, zhanjiang normal university, zhanjiang , 524048 abstract: this paper introduces a kind of intelligent motor speed based on single chip design of the hsp. this design as the core, at89s52 scm control with photoelectric sensors, led digital tube, hardware composition, etc, buzzer

4、 reusing the c programming language, and finally finished the design of motor speed tester. this paper expounds how to realize the motor speed by photoelectric sensor signal by monolithic integrated circuit at89s52 scm, on the pulse signal processing, and then calculated by xianshiguan digital displ

5、ay. keywords: speed; photoelectric sensor; at89s52 scm system of minimum; motor; digital tube; 1 1 引言引言 近年來，隨著電力電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)及控制技術(shù)等的快速發(fā)展，伺服 2 驅(qū)動系統(tǒng)不斷朝著數(shù)字化、智能化方向發(fā)展.要滿足高性能伺服驅(qū)動系統(tǒng)高精度、 高可靠性等要求，轉(zhuǎn)速控制是實現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié).如何獲得電動機(jī)精確的轉(zhuǎn)速信號 以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的高精度控制，就成了單片機(jī)控制電機(jī)測度的一個突出的問題之一。 在電動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中，在電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝測速發(fā)電機(jī)或光電編碼盤 等測速裝置，利用電機(jī)中的轉(zhuǎn)子位置傳感器

6、所產(chǎn)生的脈沖信號來反映它的轉(zhuǎn)速。 通常所用的位置傳感器有霍爾傳感器和光電式傳感器?；魻杺鞲衅骶哂薪Y(jié)構(gòu)簡 單緊湊、靈敏度高，傳送過程無抖動現(xiàn)象，頻率響應(yīng)寬、壽命長等優(yōu)點。但霍 爾傳感器存在一定程度的磁不敏感區(qū)，會降低電機(jī)運行的可靠性，且對安裝位 置要求精確，因此安裝調(diào)試比較復(fù)雜，如要用于產(chǎn)品開發(fā)，會間接增加開發(fā)成 本。光電式傳感器是利用光電元件，對帶有糟口（或柵）的旋轉(zhuǎn)圓盤的位置進(jìn) 行通斷信號變化的接收，產(chǎn)生一系列反映轉(zhuǎn)子位置的脈沖信號。其檢測分辨率 高，適用于檢測各種一般電動機(jī)。因為光電傳傳感器性能比較穩(wěn)定，這在應(yīng)用 中是相當(dāng)重要的。 本設(shè)計介紹利用光電傳感器模塊來測定電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法。相對于傳

7、統(tǒng)的方 法而言，該方法將大大降低成本，其性能穩(wěn)定，器件體積小，適用于進(jìn)行各種 電機(jī)測速。 2 系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)實現(xiàn) 本系統(tǒng)利用光電傳感器和單片機(jī)相結(jié)合，運用了編碼盤不停的切割光電傳 感器產(chǎn)生一連串的脈沖，編碼管裝在電機(jī)上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動的時候，編碼管就回 切割光電傳感器，產(chǎn)生信號，然后經(jīng)過比較器產(chǎn)生一連串的脈沖信號，脈沖信 號通過單片機(jī) at89s52t1 計數(shù)管腳輸入，單片機(jī)對脈沖進(jìn)行計數(shù)，再通過算法 把計到的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)為速度。 因為本設(shè)計是針對電機(jī)轉(zhuǎn)速測定，所以報警電路是必需。通過程序的編寫 和外部電路設(shè)定，共同完成了本測定儀的報警系統(tǒng)。外部超速報警電路按鍵是 用于設(shè)定額定速度值,每按一次單片機(jī)內(nèi)部

8、自加 1,并在數(shù)碼管中顯示。通過外 部按鍵設(shè)定超速額定值,這便于本電機(jī)轉(zhuǎn)速測定儀更智能化,更便利化。 3 3 硬件設(shè)計硬件設(shè)計 3.13.1 方案實現(xiàn)原理方案實現(xiàn)原理 光電傳感器是選用機(jī)械鼠標(biāo)里面的對射式的光電傳感器。它的工作原理是： 當(dāng)接收管接收到來自發(fā)射管的信號時，接收管就導(dǎo)通，沒接到信號時，接收管 3 就截止。利用它的這一特性，可以用一編碼盤不停的切割光電對管，利用光電 對管的特性產(chǎn)生一連串的脈沖，編碼盤就利用鼠標(biāo)里面現(xiàn)成的。編碼盤裝在電 機(jī)上，電機(jī)轉(zhuǎn)動后，編碼盤就不停的切割光電對管。從而產(chǎn)生一定頻率的方波, 由于這樣直接產(chǎn)生的方波電壓比較小，不能被單片機(jī)的計數(shù)引腳直接識別。因 此直接產(chǎn)

9、生的方波經(jīng)過一個比較器產(chǎn)生一個五伏左右的方波，該方波信號被單 片機(jī)的計數(shù)管腳 t1 接收，利用另一定時器定一中斷周期，然后處理這一周期內(nèi) 接收到的脈沖次數(shù)，通過計算便可得出電機(jī)的轉(zhuǎn)速.編碼盤有十個孔，編碼盤轉(zhuǎn) 動一圈能夠產(chǎn)生 10 個脈沖，精度達(dá)到 0.1r/s，如果想要提高測速的精度，只 需改變編碼盤上的孔數(shù)即可。 3.23.2 硬件設(shè)計框圖硬件設(shè)計框圖 單片機(jī)單片機(jī) 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 電源電源 脈沖信號脈沖信號 完成完成 外部信號外部信號 輸入輸入 數(shù)碼管顯數(shù)碼管顯 示示 圖圖 3-13-1 硬件設(shè)計框圖硬件設(shè)計框圖 如圖 3-2 的硬件電路原理圖所示,本硬件設(shè)計的電路過程如下:接通電源,

10、裝 在電機(jī)的編碼管切割光電傳感器得到信號,信號經(jīng)比較器得到一個脈沖信號,脈 沖信號通過 t1 腳輸入單片機(jī)內(nèi),單片機(jī)進(jìn)行計算、處理，在數(shù)碼管中顯示。如 電機(jī)轉(zhuǎn)速超過報警電路額定值，報警電路進(jìn)行報警。 4 3.33.3 單片機(jī)單片機(jī) 89s5289s52 功能特性功能特性 圖圖 3-23-2 單片機(jī)單片機(jī) 89s5289s52 引腳圖引腳圖 如圖 3-2 所示，單片機(jī) at89s52 是一種低功耗、高性能 cmos8 位微控制器， 具有 8k 在系統(tǒng)可編程 flash 存儲器.使用 atmel 公司高密度非易失性存儲器 技術(shù)制造，與工業(yè) 80c51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 flash 允許

11、程序存儲 器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器.在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 cpu 和在 系統(tǒng)可編程 flash，使得 at89s52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超 有效的解決方案。 3.43.4 槽型槽型光電傳感器光電傳感器 itr8402itr8402 圖圖 3-33-3 槽型槽型光電傳感器光電傳感器 itr8402itr8402 如圖 3-3 所示是槽型光電傳感器 itr8402，此光電傳感器把一個光發(fā)射器 和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側(cè)。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在 無阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測物體從槽中通過時，光被遮擋，光 電開關(guān)便動作。輸出一個開關(guān)控制信

12、號，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次 控制動作。槽形開關(guān)的檢測距離因為受整體結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。光電 5 傳感器裝載電機(jī)上，從電路板引出導(dǎo)線與其連接，當(dāng)編碼盤切割光電傳感器的 時候，其信號就可通過導(dǎo)線傳到比較器，從而形成脈沖信號。光電傳感器是效 率最高、最可靠的檢測裝置。在現(xiàn)代電子領(lǐng)域中傳感器是獲取信息的工具，它 涉及整個科學(xué)技術(shù)、國防、航空、航天、交通運輸、能源、機(jī)械、石油、化工、 輕工、紡織等工業(yè)部門和環(huán)境保護(hù)、生物醫(yī)學(xué)工程等和日常生活的各個領(lǐng)域， 是現(xiàn)代信息技術(shù)的重要支柱技術(shù)之一。 3.53.5 ispisp 下載口下載口 圖 3-4 所示的是 isp 下載口，運用 isp 下載口

13、將程序下載在 89s52 大單片 機(jī)中，實現(xiàn)對射式光電傳感器與速度轉(zhuǎn)換的計算。isp 下載口的 1、7、9 腳分 別與單片機(jī) p1.5、p1.6 和 p1.7 連接，實現(xiàn)單片機(jī)程序下載完成，5 腳接單片 機(jī)的 ret 腳，這是復(fù)位鍵，實現(xiàn)復(fù)位使用.5v 電源是供電給下載口。 圖圖 3-43-4 ispisp 下載口下載口 3.63.6 電源電路電源電路 圖 3-5 所示是電源電路，電源部分為整個電路提供穩(wěn)定的 5 伏直流電，使 整個電路能正常工作。電源部分包括一個由四個二極管組成的整流管對電流起 到整流作用，c01、c02、c03 和 c04 在電路中起到濾波、加強(qiáng)負(fù)載的作用。 圖圖 3-53

14、-5 電源部分電源部分 3.73.7 脈沖信號完成電路脈沖信號完成電路 編碼管裝在電機(jī)上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，編碼管就不斷對光電傳感器的光電對 6 管進(jìn)行切割得到電機(jī)轉(zhuǎn)速信號，電機(jī)轉(zhuǎn)速信號通過比較器后得到一個脈沖信號， 脈沖信號輸入單片機(jī) t1 腳，在單片機(jī)中進(jìn)行處理、計算。脈沖信號生成電路中 的 rw1 電位器是用于調(diào)定圖中比較器 1 腳的電壓，使轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)為脈沖信號， 如圖 3-5 所示。 圖圖 3-63-6 脈沖信號生成電路脈沖信號生成電路 3.83.8 單片機(jī)控制系統(tǒng)電路單片機(jī)控制系統(tǒng)電路 脈沖信號通過 t1 腳輸入單片機(jī) 89s52，經(jīng)過單片機(jī)的內(nèi)部程序處理，將脈 沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)樗俣仍诠碴帞?shù)

15、碼管顯示。單片機(jī) x1 腳和 x2 腳連接的時起振電路， p2.6 腳連接本設(shè)計的報警電路，當(dāng)輸入的電機(jī)轉(zhuǎn)速超過設(shè)定的速度時，p2.6 腳 就會發(fā)出信號令報警電路鳴響。當(dāng)脈沖信號輸入，單片機(jī)對脈沖信號進(jìn)行處理、 計算，然后通過 po 口輸出，在數(shù)碼管中顯示 ret 腳連接的是復(fù)位電路，當(dāng)按鍵 按下的時候，單片機(jī)復(fù)位，如圖 3-7 所示。 7 圖圖 3-83-8 單片機(jī)控制系統(tǒng)電路單片機(jī)控制系統(tǒng)電路 3.93.9 超速報警電路超速報警電路 圖 3-8 所示的是超速報警電路，該電路用于電機(jī)速度超過本電路設(shè)定速度 的時候進(jìn)行報警，圖中的 q9013 三極管用于報警電路的開關(guān)，該三極管是 pnp 管，

16、低電平有效。當(dāng)輸入為低電平的時候，三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，報警器 鳴響，beep 是報警器。當(dāng)測到的速度大于設(shè)定的額定速度值時，報警器就會鳴 響，這時就知道電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過了設(shè)定的速度。圖中的 p2.6 是連接單片機(jī) p2.6 腳，超速信號從 p2.6 腳輸出，經(jīng)過 q9013 三極管到蜂鳴器，報警器鳴響。 圖圖 3-83-8 報警電路報警電路 8 3.103.10 pcbpcb 連線連線 圖圖 3-93-9 智能型電機(jī)轉(zhuǎn)速測定儀智能型電機(jī)轉(zhuǎn)速測定儀 pcbpcb 電路電路 4 4 程序設(shè)計程序設(shè)計 4.14.1 程序設(shè)計思路程序設(shè)計思路 本程序使用 c 語言進(jìn)行編程，首先設(shè)定初始值為 50ms

17、，信號進(jìn)入的中斷時 間為 50ms，計數(shù) 20 次即為 1s.因為使用 t1 腳的外部中斷功能，只有脈沖信號 進(jìn)入單片機(jī)時，單片機(jī)才進(jìn)行計算。脈沖信號進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)部的程序 運用 zhuansu=(tl1+256*th1)/50 公式進(jìn)行計算出此時的電機(jī)轉(zhuǎn)速.此時電機(jī)的 速度，將數(shù)據(jù) p0 腳輸出，共陰數(shù)碼管顯示，如果電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過報警電路設(shè)定 的速度，那么報警器就會響，超速的速度通過數(shù)碼管顯示出來。報警電路的速 度額定值是運用外部設(shè)定，單片機(jī)內(nèi)部只要設(shè)定自加 1 程序，根據(jù)外部報警電 路的指示進(jìn)行額定值設(shè)定。此次設(shè)計電機(jī)轉(zhuǎn)速測定儀的程序采用的是 c 程序設(shè) 計，程序的各個部分除了必要的

18、信息交流外彼此之間也是相互獨立的。這種結(jié) 構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦? 便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。圖 4-1 就是本次程序 設(shè)計的流程框圖，其清楚地表明本次程序設(shè)計的思路和步驟。 9 n n y y y y n n n n 圖圖 4-1 軟件設(shè)計流程圖軟件設(shè)計流程圖 設(shè)初值為 50ms 讀出計算的脈沖數(shù) 計數(shù) 1s 時間? 開始 計算出轉(zhuǎn)速 報警 顯示 超速 10 4.24.2 系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序 #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit p26=p26; /百位 sbit p25=p25

19、; /十位 sbit p24=p24; /個位 sbit p20=p20 ; sbit p21=p21; sbit p22=p22; sbit beep=p23; void delay(uchar n); void key_s1(void) ; void key_s2(void) ; void key_s3(void) ; void xianshi1(); void xianshi2(); void chuli(uint m); void beeping(unsigned char t); uchar dop; /標(biāo)志位 uchar cishu; char temp1=60; uchar st

20、atus_flag; unsigned char bai,shi,ge; uint l,cmp; uchar a10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; uint zhuansu; void delay(uchar n) uint i,j; for(i=0;in;i+) for(j=0;j121;j+) ; void key_s1(void) uint i; p20=1; if(p20=0) temp1+; 11 for(i=0;i50;i+) xianshi2(); void key_s2(void) uint i; p21=

21、1; if(p21=0) temp1-; for(i=0;i1) status_flag=0; if(status_flag=0) for(i=0;i15;i+) xianshi1(); if(status_flag=1) for(i=0;i0;t-) beep=!beep; for (bmp=0;bmp100;bmp+) xianshi1(); main() beep=0; xianshi1(); tmod=0 x51;/t0 工作在定時器方式，操作模式 1，t1 工作在計數(shù)方式操作模 式 1 th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; th1

22、=0;/t1 自動計算輸入脈沖的值 tl1=0; et0=1;/允許定時器 0 溢出中斷 tr0=1;/ 定時器 0 運行 et1=1;/允許計數(shù)器 1 溢出中斷 tr1=1;/計數(shù)器 1 運行 ea=1; while(1) key_s3(); switch(status_flag) case 1: key_s1(); key_s2(); for(l=0;ltemp1) beeping(4); chuli(cmp); xianshi1(); break; default: break; 14 5 5 設(shè)計總結(jié)設(shè)計總結(jié)及展望及展望 本次設(shè)計從 3 月上旬到 5 月中旬這段時間進(jìn)行的，在這段時間內(nèi)

23、，通過自 身的努力、指導(dǎo)老師和同學(xué)們的幫助，設(shè)計任務(wù)還是順利完成的,實現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn) 速測定 。通過此次的設(shè)計，讓我更加鞏固 c 語言編程和 protel 的應(yīng)用，而且 很擴(kuò)展了相關(guān)電子的知識。這一切成果都是在本次設(shè)計中收獲的.第一點是我制 作電路板的時候遇到了很多的問題，例如：protel 的模擬調(diào)試常常無法調(diào)試正 確，pcb 連線圖出現(xiàn)了不少跳線等一些問題。不過我不灰心，也得到了大家的 幫助，最終把硬件的原理圖完成了，并把電路板制作出來。第二點就是在程序 編寫和調(diào)試中，出現(xiàn)了超速而無法報警，復(fù)位電路無法工作，晶振無法起振等 一些問題，這非常讓人苦惱，但是經(jīng)過劉老師和同學(xué)們的幫助，目前問題都一

24、一解決了。 在本次設(shè)計中讓我更加掌握了 c 語言和 protel 的知識，更讓我熟悉了相關(guān) 元件的一些功能和特性，例如 at89s52 芯片的應(yīng)用，光電傳感器的特性，穩(wěn)壓 管的特點等一些元件的使用。 經(jīng)過不斷努力，在設(shè)計的時間段內(nèi)完成論文和產(chǎn)品設(shè)計。產(chǎn)品硬件的檢測、 硬件和軟件的調(diào)試，論文書面稿都在設(shè)計時間內(nèi)完成。由于時間的限制，本設(shè) 計還存在許多值得研究和改進(jìn)的地方，例如：本設(shè)計是通過編碼盤切割光電傳 感器而進(jìn)行的電機(jī)測速，其精確度和數(shù)字化程度還有待改進(jìn)，目前本電機(jī)轉(zhuǎn)速 測定儀無法準(zhǔn)確精細(xì)、快速地測出電機(jī)速度，結(jié)果顯示存在一定的誤差。電機(jī) 轉(zhuǎn)速的超速設(shè)定值是通過外部按鍵設(shè)定的，雖然可根據(jù)情況

25、而設(shè)定其額定值， 但具有一定的不便性。今后必將努力學(xué)習(xí)相關(guān)的電子知識，對本設(shè)計的不足加 以改進(jìn)。 15 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 高有堂.設(shè)計與實戰(zhàn)指導(dǎo)m .武漢：電子工業(yè)出版社，1999.8：25-86. 2 鞠劍平.c 語言程序設(shè)計教程m.武漢：華中科技大學(xué)出版社， 2004.3：19-23. 3 顧斌、趙偉軍、王泰.單片機(jī)微計算機(jī)原理、開發(fā)及應(yīng)用m.北京：高等教 育出版社，2000.6：97-104. 4 譚浩強(qiáng).c 語言程序設(shè)計m.清華大學(xué)出版社，1995.9：18-89. 5 劉南平電子產(chǎn)品設(shè)計與制作技術(shù)m.北京：北京科學(xué)出版社， 2006.7：85-95. 6 趙承利.protel d

26、xp 電路設(shè)計基礎(chǔ)案例篇m.北京：北京中國鐵道出 版社.2000：27-36. 7 范力旻單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)m.北京：電子工業(yè)出版社，2009.9:59- 95. 8 張洪潤, 朱博, 馬鳴鶴編著 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程m.北京：清華大學(xué)出 版社，2009.9：02-46. 9 高平主編電子裝備設(shè)計技術(shù)m.西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2009.10:86-159. 16 致謝致謝 在此，要感謝我的指導(dǎo)老師劉如軍老師！感謝他在百忙之中抽空幫忙解決 問題，指導(dǎo)我完成硬件的測試，使我對課題的研究不斷得到深入，系統(tǒng)設(shè)計不 斷得到完善。同時也對關(guān)心我、幫助過我的老師和同學(xué)表示真誠的感謝！ 17 附錄附錄 硬件電路原理圖：硬件電路原理圖： 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:21-may-2010sheet of file:e:測測測測2.ddbdrawn by: