電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)

1、 電機課程設(shè)計題 目： 電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng) 目錄：1、摘要-32、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-33、獲取脈沖信號的方法-43、1霍爾傳感器-43、2 光電傳感器-533光電編碼器-64、硬件連接圖及原理-65、實驗程序及分析-86仿真-157、PROTEL DXP原理圖-168、PCB圖-169、硬件調(diào)試結(jié)果與分析-1710、謝詞-1711、參考文獻-181.摘要測速是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問題，學(xué)會使用單片機技術(shù)設(shè)計測速儀表具有很重要的意義。     要測速，首先要解決是采樣的問題。在使用模擬技術(shù)制作測速表時，常用測速發(fā)電機的方法，即將測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸與待測軸相連，測速發(fā)

2、電機的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。使用單片機進行測速，可以使用簡單的脈沖計數(shù)法。只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個或固定的多個脈沖，并將脈沖送入單片機中進行計數(shù)，即可獲得轉(zhuǎn)速的信息。2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本文主要針對電機的轉(zhuǎn)速進行測量，然后用數(shù)碼管把電機的轉(zhuǎn)速顯示出來！本裝置主要有兩部分構(gòu)成。1光電測速部分。2測得的脈沖處理處理和顯示部分！光電測速部分主要由光電傳感器構(gòu)成！脈沖處理部分主要經(jīng)施密特觸發(fā)器對接收到的脈沖進行波形校正，由單片機的T1口輸入，經(jīng)80C51處理后顯示輸出電機的轉(zhuǎn)速下面我們來了解一下光電測速部分！。3、脈沖信號的獲得     可以有多種方式來獲得脈沖

3、信號，這些方法有各自的應(yīng)用場合。下面逐一進行分析。31霍爾傳感器     霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于開關(guān)信號采集的有CS3020、CS3040等，這種傳感器是一個3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路（OC）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖1所示是CS3020的外形圖，將有字面對準(zhǔn)自己，三根引腳從左向右分別是Vcc，地，輸出。此主題相關(guān)圖片如下：1.jpg   圖1 CS3020外形圖     使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機械結(jié)構(gòu)也可

4、以做得較為簡單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，就會不斷地產(chǎn)生脈沖信號輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個脈沖輸出。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。 這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。3.2光電傳感器     光電傳感器是應(yīng)用非常廣泛的一種器件，有各種各樣的形式，如透射式、反射式等，基本的原理就是當(dāng)發(fā)射管光照射到接收管時，接收管導(dǎo)通，反之關(guān)斷。以透射式為例，如圖2所示，當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接

5、收之間的間隙時，開關(guān)管關(guān)斷，否則打開。為此，可以制作一個遮光葉片如圖3所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過時，產(chǎn)生脈沖信號。當(dāng)葉片數(shù)較多時，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個脈沖信號。圖2光電傳感器的原理圖此主題相關(guān)圖片如下：3.jpg圖3遮光葉片3.3光電編碼器     光電編碼器的工作原理與光電傳感器一樣，不過它已將光電傳感器、電子電路、碼盤等做成一個整體，只要用連軸器將光電傳感器的軸與轉(zhuǎn)軸相連，就能獲得多種輸出信號。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動、機器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。如圖4所示，是某光電編碼器的外形。此主題相關(guān)圖片如下：4.

6、jpg圖4 成品光電編碼器這次課設(shè)我選的是光電傳感器，采用穿透法測量電機轉(zhuǎn)速。光電傳感器的原理上面有詳細(xì)的介紹。當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時，開關(guān)管關(guān)斷，否則打開。為此，可以制作一個遮光葉片如圖3所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過時，產(chǎn)生脈沖信號。當(dāng)葉片數(shù)較多時，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個脈沖信號。 這里我們才用轉(zhuǎn)10個孔的方式！在一分鐘的時間內(nèi)，假如產(chǎn)生了10000脈沖，則電機的轉(zhuǎn)速就為1000r/min.4、硬件連接     測速的方法決定了測速信號的硬件連接，測速實際上就是測頻，因此，頻率測量的一些原則同樣適用于測速。  &#

7、160;  通常，可以用計數(shù)法、測脈寬法和等精度法來進行測試。所謂計數(shù)法，就是給定一個閘門時間，在閘門時間內(nèi)計數(shù)輸入的脈沖個數(shù)；測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計數(shù)門，對一個高精度的高頻計數(shù)信號進行計數(shù)。由于閘門與被測信號不能同步，因此，這兩種方法都存在±1誤差的問題，第一種方法適用于信號頻率高時使用，第二種方法則在信號頻率低時使用。等精度法則對高、低頻信號都有很好的適應(yīng)性。     這里為簡化討論，僅采用計數(shù)法來進行測試。如上圖：因為光電傳感器不好仿真，這里我們采用了555芯片構(gòu)成一個施密特觸發(fā)器，由光電傳感器得到的脈沖由2，5腳

8、輸入，經(jīng)3腳輸出接到單片機的T1（P3.5）.。經(jīng)89C51編程處理后由P1口輸出通過數(shù)碼管顯示出轉(zhuǎn)速！5、實驗程序及分析     測量轉(zhuǎn)速，使用光電傳感器，被測電機帶動紙片旋轉(zhuǎn)，我們在紙片上開了10小孔，電機每旋轉(zhuǎn)一周就會產(chǎn)生10個脈沖，產(chǎn)生12個脈沖，要求將轉(zhuǎn)速值（轉(zhuǎn)/分）顯示在數(shù)碼管上。實驗程序如下：#include <REG52.H>#define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define ulong unsigned long#define LED_DAT P1sbi

9、t LED_SEG0 = P03;sbit LED_SEG1 = P02;sbit LED_SEG2 = P01;sbit LED_SEG3 = P00;/sbit pin_SpeedSenser = P35; /光電傳感器信號接在T1上#define TIME_CYLC 100 /12M晶振，定時器10ms 中斷一次 我們1秒計算一次轉(zhuǎn)速 / 1000ms/10ms = 100#define PLUS_PER 10 /碼盤的齒數(shù) ，這里假定碼盤上有10個齒，即傳感器檢測到10個脈沖，認(rèn)為1圈#define K 100.0 /校準(zhǔn)系數(shù)unsigned char code table=0x3f,

10、0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; uchar data Disbuf4;/ 顯示緩沖區(qū) uint Tcounter = 0; /時間計數(shù)器bit Flag_Fresh = 0; / 刷新標(biāo)志 bit Flag_clac = 0; /計算轉(zhuǎn)速標(biāo)志 bit Flag_Err = 0; /超量程標(biāo)志 /在數(shù)碼管上顯示一個四位數(shù) void DisplayFresh();/計算轉(zhuǎn)速，并把結(jié)果放入數(shù)碼管緩沖區(qū) void ClacSpeed();/初始化定時器T0void init_timer0();/初始化定時器T1void init_timer1

11、();/延時函數(shù) void Delay(uint ms);void it_timer0() interrupt 1 /* interrupt address is 0x000b */TF0 = 0; /d定時器 T0用于數(shù)碼管的動態(tài)刷新 /TH0 = 0xC0; /* init values */TL0 = 0x00; Flag_Fresh = 1; Tcounter+; if(Tcounter>TIME_CYLC) Flag_clac = 1;/周期到，該重新計算轉(zhuǎn)速了 void it_timer1() interrupt 3 /* interrupt address is 0x001

12、b */TF1 = 0; /定時器T1用于單位時間內(nèi)收到的脈沖數(shù) /要速度不是很快，T1永遠(yuǎn)不會益處Flag_Err = 1; /如果速度很高，我們應(yīng)考慮另外一種測速方法，：脈沖寬度算轉(zhuǎn)速 void main(void)Disbuf0 = 0; /開機時，初始化為0000Disbuf1 = 0; Disbuf2 = 0;Disbuf3 = 0; init_timer0();init_timer1();while(1) if(Flag_Fresh) Flag_Fresh = 0; DisplayFresh(); / 定時刷新數(shù)碼管顯示 if(Flag_clac) Flag_clac = 0; C

13、lacSpeed(); /計算轉(zhuǎn)速，并把結(jié)果放入數(shù)碼管緩沖區(qū) Tcounter = 0;/周期定時 清零 TH1=TL1 = 0x00;/脈沖計數(shù)清零 if(Flag_Err) /超量程處理 /數(shù)碼管顯示字母'EEEE' Disbuf0 = 0x9e; /開機時，初始化為0000 Disbuf1 = 0x9e; Disbuf2 = 0x9e; Disbuf3 = 0x9e; while(1) DisplayFresh();/不再測速 等待復(fù)位i /在數(shù)碼管上顯示一個四位數(shù)void DisplayFresh()P2 |= 0xF0;LED_SEG0 = 0;LED_DAT = t

14、ableDisbuf0;Delay(1);P2 |= 0xF0;LED_SEG1 = 0;LED_DAT = tableDisbuf1;Delay(1);P2 |= 0xF0;LED_SEG2 = 0;LED_DAT = tableDisbuf2;Delay(1);P2 |= 0xF0;LED_SEG3 = 0;LED_DAT = tableDisbuf3;Delay(1);P2 |= 0xF0;/計算轉(zhuǎn)速，并把結(jié)果放入數(shù)碼管緩沖區(qū)void ClacSpeed()uint speed ; uint PlusCounter;PlusCounter = TH1*256 + TL1;speed =

15、K*(PlusCounter/PLUS_PER)/60;/K是校準(zhǔn)系數(shù)，如速度不準(zhǔn)，調(diào)節(jié)K的大小Disbuf0 = (speed/1000)%10; Disbuf1 = (speed/100)%10; Disbuf2 = (speed/10)%10;Disbuf3 = speed%10;/初始化定時器T0void init_timer0()TMOD &= 0xf0; /定時10毫秒 /* Timer 0 mode 1 with software gate */TMOD |= 0x01; /* GATE0=0; C/T0#=0; M10=0; M00=1; */TH0 = 0xC0; /

16、* init values */TL0 = 0x00; ET0=1; /* enable timer0 interrupt */EA=1; /* enable interrupts */TR0=1; /* timer0 run */延時函數(shù) void Delay(uint ms)uchar i;while(ms-) for(i=0;i<100;i+);/初始化定時器T1void init_timer1()TMOD &= 0x0F; /* Counter 1 mode 1 with software gate */TMOD |= 0x50; /* GATE0=0; C/T0#=1; M10=0; M00=1; */TH1 = 0x00; /* init values */TL1 = 0x00; ET1=1; /* enable timer1 interrupt */EA=1; /* enable interrupts */TR1=1; /* timer1 run */6.軟件仿真：如上圖：光電傳感器測得脈沖由555的2或5腳輸入，由555的三腳輸出，接入AT9C51的P3.5口。P2.4-P2.7為