基于AT89C51的寬范圍高精度的電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)

基于AT89C51的寬范圍高精度的電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)摘要電機轉(zhuǎn)速是電機運行的重要參數(shù)之一，準確測量電機轉(zhuǎn)速對于電機的監(jiān)控和控制至關(guān)重要。本文介紹了一種基于AT89C51單片機的寬范圍高精度的電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用脈沖計數(shù)法來測量電機轉(zhuǎn)速，可以在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn)高精度測量。該系統(tǒng)具有簡單、可靠、成本低廉等優(yōu)點，適用于各種類型的電機轉(zhuǎn)速測量及控制。關(guān)鍵詞：單片機；電機轉(zhuǎn)速；測量系統(tǒng)；脈沖計數(shù)法AbstractMotorspeedisoneoftheimportantparametersofmotoroperation.Accuratemeasurementofmotorspeediscriticalformonitoringandcontrollingthemotor.ThispaperdescribesanAT89C51-basedwide-range,high-precisionmotorspeedmeasurementsystem.Thesystemusespulsecountingmethodtomeasuremotorspeed,andcanachievehigh-precisionmeasurementinawiderangeofspeeds.Thesystemhastheadvantagesofsimplicity,reliability,andlowcost,andissuitableforvarioustypesofmotorspeedmeasurementandcontrol.Keywords:microcontroller;motorspeed;measurementsystem;pulsecountingmethod1.引言電機是工業(yè)生產(chǎn)和生活中廣泛使用的一種設(shè)備，其運行狀態(tài)的監(jiān)控和控制對于保證生產(chǎn)和生活的正常進行至關(guān)重要。電機的轉(zhuǎn)速是電機運行狀態(tài)的重要參數(shù)之一，因此準確測量電機轉(zhuǎn)速對于電機運行狀態(tài)的監(jiān)控和控制至關(guān)重要。目前，常見的電機轉(zhuǎn)速測量方法有接觸式和非接觸式兩種。接觸式方法通常使用測速輪或光電編碼器等轉(zhuǎn)子上的測量裝置來測量轉(zhuǎn)速，但該方法由于測量裝置的復(fù)雜性和易損性，存在應(yīng)用范圍狹窄、精度低等問題。非接觸式方法通常使用霍爾傳感器、激光傳感器等感應(yīng)裝置來測量轉(zhuǎn)速，但該方法由于對裝置和環(huán)境的限制需要特殊環(huán)境和裝置支持，因此成本較高。本文提出了一種基于AT89C51單片機的寬范圍高精度的電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用脈沖計數(shù)法來測量電機轉(zhuǎn)速，具有簡單、可靠、成本低廉等優(yōu)點，適用于各種類型的電機轉(zhuǎn)速測量及控制。下面將詳細介紹該系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件實現(xiàn)。2.系統(tǒng)設(shè)計2.1系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)的框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)框圖該系統(tǒng)采用霍爾傳感器來檢測電機轉(zhuǎn)速脈沖信號，并使用背光液晶顯示屏顯示電機轉(zhuǎn)速。單片機AT89C51作為控制中心，用于采集和計數(shù)脈沖信號，計算電機轉(zhuǎn)速并輸出到顯示屏。2.2脈沖計數(shù)電路設(shè)計電機霍爾傳感器輸出的是一種模擬信號，需要經(jīng)過適當?shù)男盘柼幚聿拍軌虮粏纹瑱C采集和計數(shù)。本系統(tǒng)使用數(shù)字寬帶比較器LM393將霍爾傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并在單片機上進行計數(shù)。如圖2所示，該電路包括比較器、霍爾傳感器、電阻和電容等組成，其中霍爾傳感器探頭位置和磁鐵位置之間應(yīng)該保持約2mm的距離。圖2脈沖計數(shù)電路設(shè)計電路工作原理為：霍爾傳感器將感應(yīng)到的磁鐵信號轉(zhuǎn)換為霍爾信號輸出，經(jīng)過差分放大后通過比較器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，用于驅(qū)動單片機中的計數(shù)器進行計數(shù)。由于計數(shù)器的計數(shù)時鐘為單片機的時鐘，因此可以通過控制計數(shù)器的計數(shù)時間來實現(xiàn)不同范圍的轉(zhuǎn)速測量。2.3軟件設(shè)計本系統(tǒng)中軟件設(shè)計包括計數(shù)器控制、顯示屏控制、脈沖信號采集和計算等功能。脈沖信號采集和計算功能：單片機從比較器中采集到脈沖信號后，通過計數(shù)器進行計數(shù)。根據(jù)計數(shù)器的計數(shù)值和計數(shù)時間可以計算得到電機轉(zhuǎn)速。計算公式為：$$v=\\frac{n}{t}\\times\\frac{60}{p}$$其中，v為電機轉(zhuǎn)速；n為計數(shù)器計數(shù)值；t為計數(shù)時間；p為霍爾傳感器每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)。顯示屏控制功能：使用GLCD12864背光液晶顯示屏顯示電機轉(zhuǎn)速。顯示屏控制程序主要開啟顯存，設(shè)置顯示方式，使能液晶背光等操作，然后將轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)顯示在屏幕上。3.系統(tǒng)實現(xiàn)為了驗證系統(tǒng)的可行性和運行效果，搭建了系統(tǒng)的樣機并進行了實驗測試。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速在寬范圍內(nèi)的高精度測量，并且具有穩(wěn)定性和可靠性。實現(xiàn)過程中，需注意以下幾點：（1）選用合適的計數(shù)時間和計數(shù)器分頻，以適應(yīng)不同范圍的電機轉(zhuǎn)速測量。（2）設(shè)計合理的脈沖計數(shù)電路，保證脈沖信號的穩(wěn)定性和有效性。（3）合理編寫顯示控制程序，使數(shù)據(jù)顯示清晰、美觀。4.結(jié)論本文介紹了一種基于AT89C51單片機