畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).doc

廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 廣東白云學(xué)院廣東白云學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文論文 開(kāi)題報(bào)告開(kāi)題報(bào)告 題目 基于霍爾傳感器的控制電機(jī)測(cè)速題目 基于霍爾傳感器的控制電機(jī)測(cè)速裝置裝置 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 課課 題題 類類 型 型 論文論文 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 學(xué)學(xué) 生生 姓姓 名名 學(xué)學(xué) 號(hào) 號(hào) 班班 級(jí) 級(jí) 0707 自動(dòng)化自動(dòng)化 2 2 班班 專業(yè) 全稱 自動(dòng)化專業(yè) 全稱 自動(dòng)化 系系 別 電子信息工程系別 電子信息工程系 指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師 師 20102010 年年 1010 月月 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘 要 在工業(yè)生產(chǎn)生活中 經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合 例如在發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī) 機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中 常需要分時(shí)或連續(xù)測(cè)量 顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)速度 為了能精確地測(cè)量轉(zhuǎn)速 還要保證測(cè)量的實(shí)時(shí)性 要 求能測(cè)的瞬時(shí)速度 針對(duì)工業(yè)上常見(jiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)了以單片機(jī) STC89C52 為控 制核心的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng) 本文介紹基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速系統(tǒng) 該系統(tǒng)利 用霍爾傳感器采集脈沖信號(hào) 通過(guò)定時(shí)計(jì)數(shù)法程序 將轉(zhuǎn)速結(jié)果實(shí)時(shí)顯示出來(lái) 實(shí)際測(cè)試表明 該系統(tǒng)能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量要求 關(guān)鍵詞 單片機(jī) 電機(jī)測(cè)速系統(tǒng) 霍爾傳感器 定時(shí) 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3 SENSOR BASED ON HALL OF MOTOR SPEED DEVICE DESIGN ABSTRACT In the course of industrial production in life often need to measure speed encounter various occasions For example AT the engines motors machine tool spindles and other rotating equipment s operation and control of the piolt often need frequent time sharing or continuous measurements show its speed and instantaneous velocity In order to accurately measured The rotate spee measurement system for the common engine is designed with the single chip STC89C52 This paper inroduces a microcomputer based hall sensor speed system the syetem uses Hall sensor pulse signal collected through the timer counting algorithm programs will speed the results of real time disply The result of the experiment shows that the measurement system is able to satisfy the requirement of the engine rotate speed measurement Key words Single chip Motor Speed System Hall sensor Timing 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 目錄 第 1 章 緒論 5 1 1 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的現(xiàn)狀 6 1 2 課題的研究背景和意義及研究?jī)?nèi)容 6 第二章 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置總體方案設(shè)計(jì) 7 2 1 系統(tǒng)原理框圖設(shè)計(jì) 8 2 2 總體方案的論證 8 2 2 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案論證 8 2 2 2 轉(zhuǎn)速測(cè)量方案論證 9 2 2 3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案論證 9 2 2 4 鍵盤顯示方案論證 10 2 2 5 轉(zhuǎn)速顯示方案論證 10 2 2 6 PWM 軟件實(shí)現(xiàn)方案論證 11 2 3 各模塊的分析 計(jì)算與硬件電路設(shè)計(jì) 11 2 3 1 轉(zhuǎn)速測(cè)量電路的設(shè)計(jì) 11 2 3 2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 12 2 3 3 LCD 顯示電路與 STC89C52 的接口設(shè)計(jì) 12 第三章 本系統(tǒng)各部分功能程序設(shè)計(jì) 13 3 1 系統(tǒng)總程序框圖設(shè)計(jì) 13 3 2 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量程序設(shè)計(jì) 14 3 3 按鍵控制程序設(shè)計(jì) 15 3 4 LCD 顯示程序設(shè)計(jì) 17 3 5 PWM 信號(hào)的單片機(jī)程序?qū)崿F(xiàn) 18 第四章本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與調(diào)試 19 4 1 制作 PCB 過(guò)程與步驟 19 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 5 4 2 焊接硬件電路 20 4 3 硬件部分測(cè)試 21 4 4 軟件部分調(diào)試 22 4 5 實(shí)驗(yàn)調(diào)試與系統(tǒng)優(yōu)化 23 第五章 總結(jié) 24 參考文獻(xiàn) 25 致 謝 26 附錄 1 硬件總圖 27 附錄 2 電路 PCB 版圖 28 附錄 3 ISIS 7 PROFESSIONAL 仿真圖 31 附錄 4 基于霍爾傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速裝置元件清單 32 附錄 5 程序清單 33 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 第 1 章 緒論 1 1 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的現(xiàn)狀 霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器 我國(guó)從 年代 開(kāi)始研究霍爾器件 經(jīng)過(guò) 余年的研究和開(kāi)發(fā) 目前已經(jīng)能生產(chǎn)各種性能的 霍爾元件 霍爾傳感器具有靈敏度高 線性度好 穩(wěn)定性高 體積小和耐高溫 等特點(diǎn) 測(cè)速裝置在電機(jī)控制系統(tǒng)中占有非常重要的地位 所設(shè)計(jì)的基于霍爾元件 的脈沖發(fā)生器要求成本低 構(gòu)造容易 性能好 在電機(jī)電氣系統(tǒng)中存在著較為 惡劣的電磁環(huán)境下 具有較強(qiáng)的抗各種干擾脈沖的能力 同時(shí)不受脈 沖干擾 引起輸出信號(hào)的不穩(wěn)定 霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置由單片機(jī)控制 能夠做出使電機(jī)加速 減速的動(dòng) 作 還能夠精確測(cè)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速 來(lái)控制電機(jī)的工作情況等多種功能 因此 霍 爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)在目前的生活中應(yīng)用非常廣泛 比如機(jī)車的行 駛測(cè)速 工廠自動(dòng)電機(jī)停開(kāi) 汽車行駛速度顯示 溫室機(jī)器人的精密控制等技 術(shù)領(lǐng)域 也可應(yīng)用于復(fù)雜惡劣的航天航空工作環(huán)境 具有良好的民用和軍用應(yīng) 用前景 a 1 2 課題的研究背景和意義及研究?jī)?nèi)容 霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置可以看成簡(jiǎn)單的 計(jì)數(shù)器 從發(fā)展趨勢(shì)上看 霍 爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置設(shè)計(jì)研究方向是提出質(zhì)量更精確的測(cè)速方案 以及在 考慮在復(fù)雜的環(huán)境中工作也能保持性能的穩(wěn)定性 加上該設(shè)計(jì)將來(lái)會(huì)廣泛應(yīng)用 國(guó)民的生活生產(chǎn)中去 越來(lái)越多的搞高校也都很重視該題目的研究 霍爾傳感 器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)要涉及自動(dòng)化專業(yè)的許多課程 包括模擬電路 數(shù)字 電路 自動(dòng)控制原理 單片機(jī)原理 直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)等 在制作過(guò)程中需要 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 7 應(yīng)用很多所學(xué)的專業(yè)知識(shí) 因此 選擇設(shè)計(jì)霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置具有現(xiàn)實(shí)的 意義 霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置設(shè)計(jì) 是檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)監(jiān)控電機(jī)的運(yùn)行狀 況 因此 需解決兩方面的基本問(wèn)題 一是在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中利用傳感器感知 電機(jī)運(yùn)行環(huán)境 二是采用適當(dāng)?shù)乃惴ㄟM(jìn)行電機(jī)的速度控制 其設(shè)計(jì)內(nèi)容涵蓋機(jī)械 單片機(jī) 自動(dòng)控制 電子電路 傳感技術(shù)等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)領(lǐng)域 本系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)采用 STC89C52 單片機(jī)為控制核心 利用霍爾傳感器檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào) 通 過(guò)單片機(jī)處理信號(hào) 在 LCD 液晶屏顯示轉(zhuǎn)速 并且控制電機(jī)轉(zhuǎn)速快慢 并可以 自動(dòng)記錄運(yùn)行時(shí)間 整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 可靠性能高 此項(xiàng)目的研究目標(biāo)隨著隨著半導(dǎo)體集成電路 電力電子器件 控制原理和 稀土材料工業(yè)的發(fā)展 可以預(yù)見(jiàn)這種產(chǎn)品必然會(huì)逐步取代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)測(cè)速模式 近年來(lái)已廣泛應(yīng)用于家電 汽車 數(shù)控機(jī)床 機(jī)器人等更多的領(lǐng)域 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8 第二章基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置總體方案設(shè)計(jì) b 2 1 系統(tǒng)原理框圖設(shè)計(jì) 系統(tǒng)原理框圖如圖 2 1 所示 是一個(gè)帶按鍵輸入和顯示的閉環(huán)測(cè)量控制系 統(tǒng) 主體思想是通過(guò)系統(tǒng)設(shè)定信息和測(cè)量反饋信息計(jì)算轉(zhuǎn)速的大小 單片機(jī) STC89C52 速度信 號(hào)處理 電機(jī)控制 系統(tǒng)與反饋系統(tǒng) LCD 顯示器 控制按鍵 圖 2 1 系統(tǒng)總模塊化方框圖 各硬件部分的簡(jiǎn)介 各硬件部分的簡(jiǎn)介 1 單片機(jī) STC89C52 為系統(tǒng)的主控處理芯片 負(fù)責(zé)速度信號(hào)處理 電機(jī)控制系統(tǒng) LCD 顯示器驅(qū)動(dòng)與各反饋系統(tǒng) 2 LCD 顯示器電路 顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速與該系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間 3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 通過(guò) L298N 的控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 電機(jī) 轉(zhuǎn)速信號(hào)采集 電機(jī) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 9 4 控制按鍵電路 通過(guò)控制按鍵 可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速快慢的改變 5 電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集電路 采集電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)傳送給單片機(jī)進(jìn)行 處理 2 2 總體方案的論證 2 2 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案論證 方案一 采用一片單片機(jī) STC89C52 完成系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)速測(cè)量 LCD 顯示 按鍵控制 并輸出 PWM 控制信號(hào) 方案二 采用兩片單片機(jī) STC89C52 其中一片做成電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng) 專門電機(jī)驅(qū)動(dòng)和 PWM 控制信號(hào)輸出 另一片則系統(tǒng)主芯片 完成電機(jī)速度的按 鍵設(shè)定 轉(zhuǎn)速測(cè)量 LCD 顯示 并向電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)提供設(shè)定值和測(cè)量值 設(shè)定 PWM 信號(hào)控制速度等 方案一的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)單 控制及時(shí)有效 但是對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō) 一 片單片機(jī)足夠處理程序任務(wù) 處理難度不大 在資源有限的情況下 節(jié)約成本 在應(yīng)用生產(chǎn)中 市場(chǎng)價(jià)格會(huì)比較有利 方案二則與方案一相反 硬件增加 但 在程序設(shè)計(jì)上比較復(fù)雜 加大設(shè)計(jì)成本 雖然優(yōu)化鍵盤 顯示及擴(kuò)展其它功能 但是在國(guó)家提構(gòu)建倡節(jié)約性社會(huì) 在完成相同任務(wù)的條件下 使用最少的資源 方案選擇 因此通過(guò)比較 選擇方案一 2 2 2 轉(zhuǎn)速測(cè)量方案論證 方案一 脈沖計(jì)數(shù)法 在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)位置脈沖信號(hào)計(jì)數(shù) 以獲數(shù)為 M 則每分鐘的轉(zhuǎn)速 N M S 70 方案二 脈沖周期發(fā) 是通過(guò)定時(shí)器記錄脈沖的周期 T 這樣每分鐘的轉(zhuǎn) 速 N 70 T 比較兩個(gè)方案 方案一的誤差主要是 2 誤差 量化誤差 設(shè)電機(jī)的最 低設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為 220 轉(zhuǎn) 分 則記數(shù)時(shí)間 S 2s 所以其誤差得絕對(duì)值 N 2 S 70 N S 70 70 轉(zhuǎn) 分 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 誤差計(jì)算公式表明 增大記數(shù)時(shí)間可以提高測(cè)量精度 但這樣做卻增大了速度 采樣周期 會(huì)降低系統(tǒng)控制靈敏度 而方案二所產(chǎn)生的誤差主要是標(biāo)準(zhǔn)誤差 并且使采樣時(shí)間降到最短 誤差 70 T 2 70 T 設(shè)電機(jī)速度在 220 7000 轉(zhuǎn) 分之間 那么 0 02s T 0 5s 代入公式得 0 00025 0 7 轉(zhuǎn) 分 由此明顯看出 方案二在測(cè)量精度及提高系統(tǒng)控制靈敏 度等方面優(yōu)于方案一 所以本設(shè)計(jì)采用方案二 2 2 3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案論證 方案一 采用專用小型直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn) 單 幾乎不添加其它外圍元件就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制 使得驅(qū)動(dòng)電路功耗相對(duì) 較小 而且目前市場(chǎng)上此類芯片種類齊全 價(jià)格也比較便宜 方案二 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使用最廣泛的就 是 H 型全橋式電路 這種驅(qū) 動(dòng)電路可以 很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行 分 別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn)制動(dòng) 反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn)制動(dòng) 這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下 效率非常高 H 型電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制 電子開(kāi)關(guān)的速度很快 穩(wěn) 定性也極佳 是一種廣泛采用的 PWM 調(diào)速技術(shù) 通過(guò)比較和對(duì)市場(chǎng)價(jià)格發(fā)展前景因素的考慮 本設(shè)計(jì)采用方案二 使系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)核心在測(cè)速的控制上 2 2 4 鍵盤顯示方案論證 方案一 采用獨(dú)立鍵盤接口 獨(dú)立式按鍵是指直接用 I O 口線構(gòu)成單個(gè)的 按鍵電路 每一個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占用一根 I O 口線 使用 2 個(gè)按鍵 進(jìn)行逐 位設(shè)置 優(yōu)點(diǎn)是美觀大方 有利于人與系統(tǒng)的交互 及顯示內(nèi)容的擴(kuò)展 缺點(diǎn) 是成本高 抗干擾能力教差 方案二 采用矩陣鍵盤 可直接輸入設(shè)定值 顯示部分使用 LCD 液晶顯示 優(yōu)點(diǎn)是顯示亮度大 缺點(diǎn)是功耗大 不符合智能化趨勢(shì)而且不美觀 為了系統(tǒng)容易擴(kuò)展 操作以及美觀 本設(shè)計(jì)完全采用方案一 2 2 5 轉(zhuǎn)速顯示方案論證 方案一 采用數(shù)碼管作為顯示 數(shù)碼管由 7 個(gè)發(fā)光二極管組成 行成一個(gè) 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 11 日字形 它門可以共陰極 也可以共陽(yáng)極 通過(guò)解碼電路得到的數(shù)碼接通相應(yīng) 的發(fā)光二極而形成相應(yīng)的字符 它可以顯示從 0 到 9 的數(shù)字 但是在設(shè)計(jì)顯示 的內(nèi)容比較多的時(shí)候 就不太適用數(shù)碼管 方案二 采用 LCD 液晶顯示器相比 數(shù)碼管沒(méi)有液晶顯示器那樣的顯示效 果 也沒(méi)有液晶顯示器做圖形界面具有人機(jī)交互美觀的特點(diǎn) 可以同時(shí)顯示不 同的內(nèi)容 顯示質(zhì)量高 價(jià)格也不貴 在市場(chǎng)中采 LCD 顯示已成為趨勢(shì) 通過(guò)比較考慮 本設(shè)計(jì)采用方案二 使系統(tǒng)的顯示內(nèi)容 包括轉(zhuǎn)速 運(yùn)行時(shí) 間 很清晰的顯示出來(lái) 2 2 6 PWM 軟件實(shí)現(xiàn)方案論證 本設(shè)計(jì)采用了定頻調(diào)寬方式 采用這種方式的優(yōu)點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較 穩(wěn)定 并且在采用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 脈沖的軟件實(shí)現(xiàn)上比較方便 對(duì)于實(shí)現(xiàn)方式 則有兩種方案 方案一 采用定時(shí)器做為脈寬控制的定時(shí)方式 這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極 其精確 誤差只在幾個(gè) us 方案二 采用軟件延時(shí)方式 這一方式在精度上不及方案一 特別是在引入 中斷后 將有一定的誤差 本設(shè)計(jì)采用了一片 STC89C52 單片機(jī) CPU 資源對(duì)這 個(gè)設(shè)記來(lái)說(shuō)是充足 因此通過(guò)比較選擇方案一 2 3 各模塊的分析 計(jì)算與硬件電路設(shè)計(jì) 2 3 1 轉(zhuǎn)速測(cè)量電路的設(shè)計(jì) 理論上 是先將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為某一種電量來(lái)測(cè)量 如電壓 電流等 設(shè)計(jì)中 將轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)化為電脈沖頻率的測(cè)量 基于這一思想 可以采用一對(duì)霍爾感應(yīng) 傳感器 使輸出信號(hào)的一只在轉(zhuǎn)輪一側(cè)固定 另一只則粘在對(duì)應(yīng)位置的轉(zhuǎn)輪上 這樣 電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈 傳感器將會(huì)輸出一個(gè)脈沖 然后將脈沖通過(guò)單片機(jī)測(cè)量 其頻率求出轉(zhuǎn)速 由于現(xiàn)在的市場(chǎng)霍爾傳感器有很多種類 選擇的類型多 性 能好 可以減少信號(hào)放大電路 直接把信號(hào)傳給單片機(jī) 尤其霍爾元件 SS49E 傳感器 這個(gè)型號(hào)的性能很適合這個(gè)設(shè)計(jì) 如圖 2 3 1 所示 在電機(jī)轉(zhuǎn)輪一處 接上霍爾傳感器的感應(yīng)磁片 這樣 每轉(zhuǎn)一圈 霍爾傳感器就產(chǎn)生一個(gè)脈沖霍 爾傳感器就導(dǎo)通一次 OUT 端輸出一個(gè)上脈沖 即完成了轉(zhuǎn)速 頻率的轉(zhuǎn)換 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 12 圖 3 2 轉(zhuǎn)速 頻率轉(zhuǎn)化電路 2 3 2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用目前市場(chǎng)上較容易買到的 L298N 直流或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 它采 用單片集成塑裝 是一個(gè)高電壓 大電流全雙橋驅(qū)動(dòng)器 由標(biāo)準(zhǔn)的 TTL 電平控 制 L298N 支持 50V 以內(nèi)的電機(jī)控制電壓 在直流運(yùn)轉(zhuǎn)條件下 可以通過(guò)高達(dá) 2A 的電流 因此它滿足了一般小型電機(jī)的控制要求 但是使用 L298N 驅(qū)動(dòng)直流 電機(jī)的電路 要注意 l298N 的兩個(gè)電源的地線要連接起來(lái) 兩個(gè)地線要是沒(méi)接 到一起 會(huì)有電壓差 然后 L298N 會(huì)狂發(fā)熱 接法見(jiàn)圖 3 2 圖中二極管的作 用是消除電機(jī)的反向電動(dòng)勢(shì) 保護(hù)電路 因此采用整流二極管比較合適 PWM 控制信號(hào)由 IN1 IN2 輸入 通過(guò)加速 減少按鍵 PWM 控制信號(hào)也隨之改變 電動(dòng)機(jī)的速度就會(huì)發(fā)生變化 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求 ENA 接控制使能端 通過(guò) 過(guò)實(shí)驗(yàn) 本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)也可達(dá)到設(shè)計(jì)要求 圖 3 2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 13 3 3 LCD 顯示電路與 STC89C52 的接口設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中采用的 LCD LCD1602 接口 信號(hào)說(shuō)明 LCD1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 15 引腳 無(wú)背光 或 16 引腳 帶背光 接口 各引腳接口說(shuō)明見(jiàn)下表 與外部 CPU 接口采用并行或串行方式控制 本設(shè)計(jì)采用并行方式控制 LCD 與單片機(jī)的 通訊接口電路如圖 3 3 所示采用直連的方法 這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是在不影響性能 的條件下還不用添加其它硬件 簡(jiǎn)化了電路 降低了成本 1602 液晶接口引腳定義液晶接口引腳定義 編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明 1VSS電源地9D2Date I O 2VDD電源正極10D3Date I O 3VL液晶顯示偏壓信號(hào)11D5Date I O 4RS數(shù)據(jù) 命令選擇端 V L 12D5Date I O 5R W讀 寫(xiě)選擇端 H L 13D7Date I O 6E使能信號(hào)14D7Date I O 7D0Date I O15BLA光源正極 8D1Date I O16BLK光源負(fù)極 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 14 圖 3 3 LCD 與單片機(jī)的通訊接口電路 第三章本系統(tǒng)各部分功能程序設(shè)計(jì) 3 1 系統(tǒng)總程序框圖設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)軟件主要為主程序 數(shù)據(jù)處理顯示程序 按鍵程序設(shè)計(jì) 定時(shí)器中 斷服務(wù)程序四個(gè)部分 主程序主要完成初始化功能 包括 LCD 顯示的初始化 中斷的初始化 定 時(shí)器的初始化 寄存器 標(biāo)志位的初始化等 主程序流程圖如圖 3 1 所示 開(kāi)始 LCD 顯示緩存初始化 時(shí)鐘寄存器初始化 定時(shí)器中斷初始化 LCD 顯示初始化 調(diào)用數(shù)據(jù)處理成程序 調(diào)用顯示子程序 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 15 圖 3 1 主程序流程圖 3 2 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量程序設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中考慮到電機(jī)的工作環(huán)境一般比較惡劣 因此除了硬件外 從程序上 除了要更高的精確度也需要進(jìn)行更多的抗干擾設(shè)計(jì) 從而實(shí)現(xiàn)軟件的大范圍檢 錯(cuò) 糾錯(cuò)或丟棄錯(cuò)誤等 在程序的設(shè)計(jì)過(guò)程中 對(duì)嚴(yán)重不符合要求的測(cè)量數(shù)據(jù) 如大于 80 轉(zhuǎn) 秒對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù) 進(jìn)行了丟棄處理 而對(duì)于正常范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)錯(cuò) 誤采用了采 0 取 2 求平均的算法 實(shí)驗(yàn)表明 此方法降低了系統(tǒng)采集轉(zhuǎn)速中出現(xiàn)的錯(cuò)誤 對(duì)于轉(zhuǎn)速的測(cè)量方 法 是通過(guò)速度脈沖信號(hào)下降沿觸發(fā)單片機(jī)的外中斷 中斷服務(wù)子程序在某一 個(gè)脈沖的下降沿開(kāi)啟定時(shí)器記時(shí) 然后在下一個(gè)下降沿關(guān)閉定時(shí)器 通過(guò)對(duì)定 時(shí)器數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理可以得到信號(hào)周期進(jìn)而得到速度值 其程序框圖如圖 3 2 可以看出 此方法下的采樣周期是隨轉(zhuǎn)速變化的 轉(zhuǎn)速越高采樣越快 通 過(guò)這種非均勻的速度采樣方式可以使電機(jī)在高速情況下 實(shí)現(xiàn)高速度高精度的 控制 3 3 按鍵控制程序設(shè)計(jì) 鍵盤程序設(shè)計(jì)的任務(wù)是賦予各按鍵相應(yīng)的功能 完成速度設(shè)定值的輸入和 向 PWM 控制器的發(fā)送 2 只按鍵一只用來(lái)位循環(huán)選擇 告訴單片機(jī)要調(diào)整電機(jī) 的轉(zhuǎn)速快慢 二只按鍵分別是減 1 加 1 減 在沒(méi)有位選擇的情況下對(duì)設(shè)定值 整體保持不變 在有按鍵選擇的情況下僅對(duì)相應(yīng)位進(jìn)行減 1 加 1 并且當(dāng)按著 不釋放按鍵時(shí)電機(jī)還是保持原有的速度 同時(shí)允永久保持 所以通過(guò)按鍵改變 PWM 值 從而實(shí)現(xiàn)設(shè)定控制 程序框圖如圖 3 3 調(diào)用按鍵處理程序 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 16 圖 3 2 外中斷 0 服務(wù)子程序框圖 否 為 0 為 1 否 否 是 是 否 是 進(jìn)入中斷 檢測(cè)中斷標(biāo)志 開(kāi)定時(shí)器記時(shí) 設(shè)中斷標(biāo)志為 1 系統(tǒng)時(shí)間初始化 中斷返回 關(guān)閉定時(shí)器及總中斷 判斷數(shù)據(jù)是否正常 保存數(shù)據(jù) 是否 采 0 處理 說(shuō)明 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)低時(shí) 如果進(jìn)行采 0 取 1 處理將會(huì)使 控制速度太低 同時(shí)低速狀態(tài) 的錯(cuò)誤發(fā)生幾率較小 所以不 采用采 0 取 1 求平均處理 完成 1 組數(shù)據(jù)采集 取 2 求平均處理 計(jì)算速度值 速度值是否正常 發(fā)送速度值到 pwm 控制器 系統(tǒng)時(shí)間初始化 定時(shí)器初值初始化 中斷返回 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 17 鍵盤服務(wù)子程序 位選鍵按下否 加 1 鍵按下否 減 1 鍵按下否 位選循環(huán)右移 調(diào)用加 1 子程序 調(diào)用減 1 子程序 否 否 否 否 發(fā)送鍵按下否 是 是 是 鍵值處理 保存 顯示 向 pwm 控制器發(fā)送 返回 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 18 圖 3 3 鍵盤電路程序框圖 3 4 LCD 顯示程序設(shè)計(jì) LCD 的詳細(xì)使用過(guò)程可參閱對(duì)應(yīng)型號(hào)的使用手冊(cè) 僅在本小節(jié)強(qiáng)調(diào)以下內(nèi) 容 LCD 使用的關(guān)鍵是根據(jù)顯示需要正確地對(duì)其進(jìn)行初始化設(shè)置 而一般情況 下不用考慮如何向它讀寫(xiě)指令或數(shù)據(jù) 因?yàn)橹圃鞆S商所給的使用資料里就附有 驅(qū)動(dòng)程序 如果沒(méi)有也可以從網(wǎng)上搜索下載得到 然而我們必須清楚那些初始 化設(shè)置之間的關(guān)系 以及它是如何利用設(shè)置讀取 顯示數(shù)據(jù)字符的 不然就會(huì) 發(fā)生一些不可預(yù)料的錯(cuò)誤 因此 熟讀 LCD 驅(qū)動(dòng)芯片使用手冊(cè)也是一個(gè)關(guān)鍵環(huán) 節(jié) 開(kāi)始 LCD 初始化 延時(shí) 設(shè)置第一 行顯示位置 顯示第 一行內(nèi)容 設(shè)置第二 行顯示位置 系統(tǒng)延時(shí) 設(shè)定使用 基本指令集 清屏 地址 指針歸位 設(shè)定游標(biāo)的移動(dòng)方 向及指定顯示的移 位 返回 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 19 LCD 初始化子程序 LCD 顯示程序流程圖框 圖 3 4 LCD 顯示初程序流程圖框和 LCD 初始化子程序 通常 LCD 的初始化包括復(fù)位設(shè)置 清除顯示 地址歸位 顯示開(kāi)關(guān) 游標(biāo)設(shè) 置 讀寫(xiě)地址設(shè)置 反白選擇以及睡眠模式等等 實(shí)際中根據(jù)需要 正確 靈 活地修改這些設(shè)置可以達(dá)到較為滿意的顯示效果 LCD 中所有漢字 數(shù)字和字 符都可以通過(guò)它的 ASCII 碼來(lái)訪問(wèn)顯示 圖象的顯示是通過(guò)將相關(guān)軟件 提取 漢字 圖象點(diǎn)陣數(shù)據(jù)程序 產(chǎn)生的數(shù)據(jù)按照 LCD 手冊(cè)的要求完成響應(yīng)設(shè)置后寫(xiě) 入即可 由于本設(shè)計(jì)中沒(méi)有使用到圖形顯示 所以沒(méi)有詳述 對(duì)于系統(tǒng)使用的 漢字 字符和數(shù)據(jù)的 LCD 顯示初始化程序和寫(xiě)數(shù)據(jù)程序框圖見(jiàn)圖 3 4 3 5 PWM 信號(hào)的單片機(jī)程序?qū)崿F(xiàn) 51 系列單片機(jī)提供了非常豐富的資源 它除了擁有 4 個(gè)通用并口和 1 個(gè)串 口外 還有外部中斷和內(nèi)部定時(shí)器等 而且 不同的型號(hào)還集成有不同的功能 比如 STC89C52 的 ROM 都比較大 這樣存儲(chǔ)空間可以滿足一般的編程需要 而 不必去構(gòu)建程序存儲(chǔ)器 既提高了工作效率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性 又降低了生產(chǎn)成 本 基于 STC89C52 單片機(jī)的 PWM 軟件實(shí)現(xiàn)的重要硬件支撐是該單片機(jī)內(nèi)部的 定時(shí)器 在 STC89C522 內(nèi)實(shí)現(xiàn) PWM 的基本過(guò)程 首先選定脈沖的頻率 T 然后 根據(jù)控制信號(hào)的變化范圍 這里假設(shè)是 0 5V 則可以求出 t 時(shí)刻通過(guò)控制信 號(hào) V t 的對(duì)應(yīng)脈沖的正 負(fù)脈沖持續(xù)時(shí)間 這兩個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度在單片機(jī)里是通過(guò) 給定時(shí)器賦相應(yīng)的初值而得 即定時(shí)器獲得這樣的定時(shí)初值后就在機(jī)器周期的 同步下 從這個(gè)初值加 2 計(jì)數(shù) 定時(shí)器滿時(shí)則產(chǎn)生相應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度的溢出中斷 再利用這個(gè)中斷所響應(yīng)的服務(wù)程序去控制單片機(jī)某一引腳相應(yīng)的正 負(fù)電平極 性的持續(xù)時(shí)間 如果上述過(guò)程連續(xù)進(jìn)行 就可在這個(gè)引腳獲得寬度隨控制信號(hào) V t 大小變化的 PWM 方波信號(hào) 其程序框圖見(jiàn)圖 3 5 顯示第 二行內(nèi)容 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 20 圖 3 5 產(chǎn)生 PWM 控制信號(hào)程序框圖 第四章本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與調(diào)試 4 1 制作 PCB 過(guò)程與步驟 制作本設(shè)計(jì)的 PCB 電路版 考慮到市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件 再加上制作的成本 制 作的工藝 所以選擇制作覆銅的單層 PCB 版 這樣簡(jiǎn)單 經(jīng)濟(jì)實(shí)惠 而且制作 的效果非常好 第一步 你得準(zhǔn)備好單層的銅板和三氯化鐵 FeCl3 這兩個(gè)市場(chǎng)上有買 你還得有一噴墨 碳 打印機(jī) 以及一臺(tái) PCB 版制作轉(zhuǎn)印機(jī) 第二步 在 EDA 工具中把 EDAPCB PCBjishu target blank class infotextkey PCB 圖畫(huà)好 例如 PROTEL DXP 然后用噴墨打印機(jī)打印 在油性的紙上 第三步 把打印好的圖紙貼在銅板上 然后用 PCB 版制作轉(zhuǎn)印機(jī) 進(jìn)行壓 縮加熱 大概 5 分鐘左右 這時(shí)碳就附在了銅板上了 第四步 然后把銅板拿到三氯化鐵 FeCl3 溶液里面腐蝕 三氯化鐵 FeCl3 的溶液最好是熱的 最好的用開(kāi)水熔化三氯化鐵 FeCl3 然后把銅板放進(jìn)三氯 化鐵 FeCl3 溶液里面腐蝕 大概 20 分鐘后 將銅板拿起來(lái) 用水沖干凈 晾干 定時(shí)器 0 中斷 將 PWM 輸出端置高電平 1 裝入 50ms 初值 設(shè)定時(shí)器 1 中斷優(yōu)先級(jí)最 高 中斷返回 定時(shí)器 1 中斷 設(shè)定時(shí)器 0 中斷優(yōu)先級(jí)最 高 將 PWM 輸出端清零 裝入 PWM 信號(hào)初值 INIT 中斷返回 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 21 第五步 將電路板以 鉆孔機(jī)鉆出層間電路的導(dǎo)通孔道及焊接零件的固 定孔 鉆孔時(shí)用插梢透過(guò)先前鉆出的靶孔將電路板固定于鉆孔機(jī)床臺(tái)上 同時(shí) 加上平整的下墊板 酚醛樹(shù)酯板或木漿板 與上蓋板 鋁板 以減少鉆孔毛頭 的發(fā)生 根據(jù)以上步驟我們單層 PCB 的制作就可以完成了如附圖 2 4 2 焊接硬件電路 因?yàn)?PCB 版已經(jīng)制作好了 所以只需要將電子器件按照電路圖 PCB 版的電 子器件 詳見(jiàn)電子器件附錄 排布焊接 就可以了 所以過(guò)程也十分簡(jiǎn)單 但是焊接的過(guò)程中需要注意一些問(wèn)題 當(dāng)我們把焊錫融化道烙鐵頭上時(shí) 焊錫絲重的焊劑伏在焊料表面 由于烙鐵頭溫度一般都再 250 350 以上 當(dāng)烙鐵放道焊點(diǎn)上之前 松香焊劑將不斷揮發(fā) 而當(dāng)烙鐵放到焊點(diǎn)上時(shí)由于焊 件溫度低 加熱還需一段時(shí)間 在此期間焊劑很可能揮發(fā)大半甚至完全揮發(fā) 因而在潤(rùn)濕過(guò)程中由于缺少焊劑而潤(rùn)濕不良 同時(shí)由于焊料和焊件溫度差很多 結(jié)合層不容易形成 很難避免虛焊 更由于焊劑的保護(hù)作用喪生后焊料容易氧 化 質(zhì)量得不到保證就在所難免了 所以焊接的時(shí)候我們要特別注意下細(xì)節(jié) 不然的話容易出錯(cuò) 4 3 硬件部分測(cè)試 硬件調(diào)試時(shí)先分步調(diào)試硬件中各個(gè)功能模塊 調(diào)試成功后再進(jìn)行統(tǒng)調(diào) 安 裝固定電機(jī)和霍爾傳感器時(shí) 粘貼磁鋼需注意 霍爾傳感器對(duì)磁場(chǎng)方向敏感 粘貼之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器 如果沒(méi)有信號(hào)輸出 可以換一個(gè)方向再 試 霍爾傳感器的測(cè)試信號(hào)調(diào)試 霍爾傳感器探頭要對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤上的磁鋼位置 安裝距離要在 2CM 以內(nèi)才可靈敏的感應(yīng)磁場(chǎng)變化 在磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)霍爾傳感器輸 出低電平 指示燈亮 磁場(chǎng)減弱時(shí)輸出高電平 指示燈熄滅 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 感應(yīng)電壓指示燈高頻閃爍 所以視覺(jué)上指示燈不會(huì)有多大的閃爍感 當(dāng)給霍爾 元件 SS49E 型霍爾傳感器施加 25V 電壓時(shí)其輸出端可以輸出 5V 的感應(yīng)電壓 輸出幅值為 5V 的矩形脈沖信號(hào) 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 22 鍵盤控制調(diào)試 鍵盤是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的必要設(shè)備 用戶可用鍵盤向計(jì)算機(jī) 輸入數(shù)據(jù)或命令 本系統(tǒng)采用獨(dú)立鍵盤接口 獨(dú)立式按鍵是指直接用 I O 口線 構(gòu)成單個(gè)的按鍵電路 每一個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占用一根 I O 口線 其接口電路 如圖 4 3 所示 獨(dú)立式按鍵接口電路配置靈活 軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 但每個(gè)按鍵要 占用一根 I O 口線 適用于按鍵數(shù)量少的鍵盤 電路中 按鍵輸入低電平有效 按鍵未按時(shí)沒(méi)有有上拉電阻保證此時(shí)輸入為 低電平 圖 4 3 按鍵控制電路 LCD1602 顯示調(diào)試 請(qǐng)先確保 option debugger 選擇的是 FET Debugger 然后檢查 LCD 接口電路 有時(shí)候接觸不良也會(huì)不亮的 我遇到一些 LCD 不亮的 板子 大部分都是焊接不良才導(dǎo)致不亮的 檢查下程序里 watchdog 的設(shè)置 要 及時(shí)清除 watchdog 的 最后顯示出結(jié)果如 4 4 圖就是正常的 4 4 圖 LCD1602 正常顯示 L298N 驅(qū)動(dòng)電路調(diào)試 在焊接硬件電路時(shí)需細(xì)心排除元器件和焊接等方面 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 23 可能出現(xiàn)的故障 元器件的安裝位置出錯(cuò)或引腳插錯(cuò)都可能導(dǎo)致電路短路或?qū)?現(xiàn)不了電路應(yīng)有的功能 甚至燒壞元器件 為方便調(diào)試 用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的 10KHz 的正弦信號(hào)送給 L298N 驅(qū)動(dòng)電路 調(diào)試直到 OUT1 和 OUT2 可以輸出矩形 脈沖信號(hào)為止 該驅(qū)動(dòng)電路調(diào)試即可完成 通過(guò)以上的電路功能調(diào)試 就可以確定電路設(shè)計(jì)的問(wèn)題所在可以及時(shí)進(jìn)行 更改 達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果 4 4 軟件部分調(diào)試 在進(jìn)行軟件編程調(diào)試時(shí)需要用到單片機(jī)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 Keil uVision3 軟 件 編程時(shí)極易出現(xiàn)誤輸入或其他的一些語(yǔ)法錯(cuò)誤 最重要的還有一些模塊無(wú) 語(yǔ)法錯(cuò)誤卻達(dá)不到預(yù)期的功能 都要經(jīng)過(guò)調(diào)試才能排除 Keil uVision3 軟件 具有很強(qiáng)大的編程調(diào)試功能 能夠模擬仿真實(shí)際單片機(jī)的端口和內(nèi)部功能部件 的狀態(tài)值 該軟件中有硬件調(diào)試和軟件調(diào)試功能 可以觀察單片機(jī)內(nèi)存單元對(duì) 應(yīng)的運(yùn)行值 可以顯示單片機(jī)端口 中斷 定時(shí)器 2 定時(shí)器 2 還有串口對(duì)應(yīng) 的運(yùn)行值 可以單步調(diào)試也可以模塊調(diào)試 最好的是可以對(duì)你所懷疑的語(yǔ)句模 塊設(shè)置斷點(diǎn) Keil uVision3 具有的強(qiáng)大的編譯調(diào)試功極大地方便了對(duì)軟件部 分的調(diào)試 在具體調(diào)試過(guò)程中 系統(tǒng)將各功能模塊如數(shù)據(jù)處理程序 按鍵程序 設(shè)計(jì) 中斷服務(wù)子程序 LCD 顯示程序分別分開(kāi)進(jìn)行調(diào)試 最后進(jìn)行主程序的 整體調(diào)試 編譯無(wú)誤后生成目標(biāo)代碼 HEX 文件 一般為了更好的觀察仿真的效果及各部分的功能等問(wèn)題 我們學(xué)生大多數(shù) 采用 ISIS 7 Professional 軟件進(jìn)行仿真 利用 ISIS 7 Professional 軟件畫(huà) 出原理圖 附圖 3 可以形象的顯示出各部分的運(yùn)行情況 很清楚各部分參數(shù) 的多少 但是我們要注意仿真圖效果與實(shí)際的硬件電路效果是有一定的差異的 我們必須很好調(diào)試 找到控制的最佳效果 最后采用 STC 單片機(jī)下載軟件 STC ISP V580 將其下載到實(shí)驗(yàn)板的單片機(jī) 中 下載軟件的最后一步 點(diǎn)擊軟件 STC ISP V580 界面中的 下載 按鈕 在點(diǎn) 擊前一定要保持實(shí)驗(yàn)板的串行通信線及電源線與 PC 機(jī)連接良好 并且實(shí)驗(yàn)板的 電源開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài) 然后點(diǎn)擊 下載 按鈕 再打開(kāi)實(shí)驗(yàn)板電源開(kāi)關(guān) 此時(shí) 軟件將自動(dòng)完成程序下載 最后將硬件和軟件結(jié)合起來(lái)整體調(diào)試實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的測(cè) 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 24 速功能 4 5 實(shí)驗(yàn)調(diào)試與系統(tǒng)優(yōu)化 設(shè)計(jì)基本完成題目中的各項(xiàng)要求 在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了許多的問(wèn)題 其中 電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量比較精確 與實(shí)際轉(zhuǎn)速相差 1 轉(zhuǎn) 秒分左右 精度在全量程范圍 內(nèi)優(yōu)于 1 轉(zhuǎn) 秒 存在一定的誤差 經(jīng)分析主要是由以下原因造成 1 由于電機(jī)的轉(zhuǎn)盤是采用塑料盤片磨制而成 高速旋轉(zhuǎn)時(shí)容易打飄不穩(wěn) 導(dǎo) 致獲得的脈沖信號(hào)頻率與實(shí)際轉(zhuǎn)速有一定的誤差 2 中斷處理的進(jìn)入和中斷處理程序都會(huì)有一定時(shí)間的誤差 從而導(dǎo)致定時(shí) 時(shí)間的誤差 這也是造成測(cè)量誤差的一個(gè)因素 3 在固定裝置時(shí) 由于是手動(dòng)操作 從而導(dǎo)致初始獲得信號(hào)有一定的時(shí)差 通過(guò)各系統(tǒng)分析的結(jié)果 然后進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化 在弄清楚霍爾傳感器的 電機(jī)測(cè)速裝置各部件的工作原理的情況下 編制了電機(jī)的控制持續(xù) 制定一個(gè) 合理高效的調(diào)試方法步聚 我的調(diào)試步驟如下 根據(jù)智能小車的硬件 編寫(xiě)簡(jiǎn)單的測(cè)試程序?qū)τ布碾娐贩謩e進(jìn)行測(cè)試 1 編寫(xiě)的程序?qū)τ布y(cè)試沒(méi)有問(wèn)題后 再劃分功能模塊 編寫(xiě)功能模塊的 程序 并進(jìn)行調(diào)試 2 若發(fā)現(xiàn)程序效果不理想 則首行考慮程序流程是否合理 再檢查語(yǔ)句是 否書(shū)寫(xiě)正確 3 最后進(jìn)行整個(gè)持續(xù)的調(diào)試 這是最后一步 與是最難的一步 要協(xié)調(diào)好 各個(gè)模塊之間的先后順序 處理好他們之間因?yàn)殒i死狀態(tài) 4 對(duì)寫(xiě)好的代碼進(jìn)行優(yōu)化 使代碼變得更為簡(jiǎn)潔 在軟件編寫(xiě)與調(diào)試部分我完全按照上面的步驟去做 由于以前沒(méi)有用過(guò) PWM 調(diào) 制控制 PWM 調(diào)制控制的學(xué)習(xí)實(shí)踐花了一段時(shí)間 因此 總程序經(jīng)過(guò)多次調(diào)式和修改后 最終能夠使霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝 置具有測(cè)速顯示 運(yùn)行時(shí)間顯示 電機(jī)運(yùn)行速度控制 的功能 基本上完成了 本設(shè)計(jì)的任務(wù) 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 25 第五章 總結(jié) 在這三個(gè)月的設(shè)計(jì)過(guò)程中 我邊查資料邊進(jìn)行軟件的調(diào)試 在這三個(gè)月中 我做了以下工作 1 對(duì)設(shè)計(jì)中所需要的元件分析其原理和性能 極其應(yīng)用和發(fā)展 2 詳細(xì)介紹霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置硬件設(shè)計(jì)的方案 電路圖 并附上說(shuō) 明 3 詳細(xì)介紹軟件設(shè)計(jì)方法 并給出個(gè)部分的程序清單 4 給出對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真調(diào)試與優(yōu)化的過(guò)程 在制作的過(guò)程中兩大部分的功能模塊花了很大的功夫 一個(gè)是電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 程序 一個(gè)是 LCD 液晶顯示程序 在本裝置的研制過(guò)程中 充分考慮了作為便攜裝置其電源的提供 功率的 損耗 體積的大小 價(jià)位的高低 使用及攜帶的方便性等因素 本裝置不受人 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 26 群 時(shí)間 地點(diǎn)等的影響 對(duì)任何人都適用 而且還能快速 準(zhǔn)確地測(cè)量 本 產(chǎn)品成本低 技術(shù)含量高 其穩(wěn)定性可靠性已經(jīng)過(guò)實(shí)踐的考驗(yàn) 本裝置是將我 們的學(xué)習(xí)知識(shí)和社會(huì)的需求結(jié)合創(chuàng)作出來(lái)的 參考文獻(xiàn) 1 吳波等 工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐教程 電子工業(yè)出版社 2 周興華 手把手教你學(xué)單片機(jī) 北京航空航天大學(xué)出版社 3 姚福安 編著 電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 山東科學(xué)技術(shù)出版社 4 于長(zhǎng)官 自動(dòng)控制技術(shù)及應(yīng)用 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 5 胡壽松 自動(dòng)控制原理 科學(xué)出版社 6 江太輝 石秀芳 MCS 52 系列單片機(jī)原理與應(yīng)用 廣州 華南理工 大學(xué)出版社 2002 8 7 楊忠煌 黃博俊 李文昌 單芯片 8051 實(shí)務(wù)與應(yīng)用 北京 中國(guó)水 利水電出版社 2001 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 27 8 張世銘 王振和 直流調(diào)速系統(tǒng) 武漢 華中理工大學(xué)出版社 1988 103 107 12 王旭 王積森 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版社 2003 13 陸玉 何在洲 修延偉 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 第 3 版 機(jī)械工業(yè)出 版社 1999 14 陳隆昌 閻治安 劉新正 控制電機(jī) 西安電子科技大學(xué)出版社 2000 致 謝 白駒過(guò)隙 轉(zhuǎn)眼四年的學(xué)習(xí)生活就將結(jié)束了 本論文是在劉崇進(jìn)老師的悉 心指導(dǎo)下完成的 老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度 務(wù)實(shí)的工作作風(fēng) 孜孜不倦的學(xué)習(xí)精 神令我敬佩至深 受益非淺 陳老師很忙 但還是抽出時(shí)間來(lái)指導(dǎo)我們 修改 我們的論文 且從來(lái)都是不厭其煩地為我們解答各種問(wèn)題 特別是在我論文完 成的這段時(shí)間 在這里我要特別謝謝劉老師 其次感謝我的同學(xué)和朋友 他們給予了我無(wú)私的幫助和無(wú)窮的精神動(dòng)力 在我遇到知識(shí)上的或技術(shù)上的難點(diǎn)時(shí) 他們總是能給我及時(shí)的援助 感謝我同 宿舍的其他同學(xué) 謝謝她們?cè)谶@大學(xué)四年里給我的幫助和關(guān)心 最后 特別感謝父母和親人在我求學(xué)過(guò)程中自始至終的支持 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 28 附錄 1 硬件總圖 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 29 附錄 2 電路 PCB 版圖 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 30 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 31 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 32 附錄 3 ISIS 7 Professional 仿真圖 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 33 附錄 4 基于霍爾傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速裝置元件清單 序號(hào)元件名稱數(shù)量 1STC89C52 單片機(jī)1 個(gè) 2L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片1 個(gè) 3LCD1602 液晶顯示1 個(gè) 410K 電阻排1 個(gè) 5霍爾傳感器1 個(gè) 610K 滑動(dòng)電阻1 個(gè) 7發(fā)光二極管2 個(gè) 8控制按鍵2 個(gè) 9IN41484 個(gè) 1010K 歐姆電阻3 個(gè) 1122PF 電容2 個(gè) 1210UF 25V 電容1 個(gè) 1312MHZ 晶振1 個(gè) 14D V9 0 直流電機(jī)1 個(gè) 155V 12V 電源插座1 個(gè) 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 34 附錄 5 程序清單 電機(jī)測(cè)速程序 PWM 控制 直流電機(jī) 晶振為 11 0592M 利用定時(shí)器控制產(chǎn)生占空比可 變的 PWM 波 按 K1 PWM 值增加 則占空 比減小 電機(jī)轉(zhuǎn)速加大 按 K2 PWM 值減小 則占空 比增加 電機(jī)轉(zhuǎn)速減少 當(dāng) PWM 值增加到最大值或減 小到最小值時(shí) 蜂鳴器將報(bào)警 include reg51 h include intrins h define uchar unsigned char define uint unsigned int define BUSY 0 x80 常量定義 define DATAPORT P0 手動(dòng) 添加定時(shí)器 2 寄存器定義 sfr T2CON 0 xC8 sfr TL2 0 xCC sfr TH2 0 xCD sfr RCAP2L 0 xCA sfr RCAP2H 0 xCB sbit TF2 T2CON 7 sbit EXF2 T2CON 6 sbit RCLK T2CON 5 sbit TCLK T2CON 4 sbit EXEN2 T2CON 3 sbit TR2 T2CON 2 sbit C T2 T2CON 1 sbit CP RL2 T2CON 0 sbit ET2 0 xAD sbit K1 P1 5 電機(jī)速度增加鍵 sbit K2 P1 6 電機(jī)速度減少鍵 sbit BEEP P1 3 電機(jī)超標(biāo)警示 燈 sbit dianji1 P3 5 單片機(jī)控制電 機(jī) 級(jí)輸出 sbit dianji2 P3 6 單片機(jī)控制電 機(jī) 級(jí)輸出 sbit ENA P3 7 單片機(jī)控制電 機(jī) PWM 控制腳 sbit LCM RS P1 0 LCD1602 顯示控制引腳 sbit LCM RW P1 1 sbit LCM EN P1 2 uchar PWM 0 x7f PWM 賦初值 uchar str0 16 str1 16 uint speed count 0 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 35 unsigned long time uchar miao fen shi void ddelay uint void lcd wait void void display void initLCM void WriteCommandLCM uchar WCLCM uchar BusyC void STR void account void Beep void void delayms uchar ms void delay uchar t void main void TMOD 0 x21 TH0 0 xfc 1ms 延時(shí)常數(shù) TL0 0 x66 頻率調(diào)節(jié) TH1 PWM 脈寬調(diào)節(jié) TL1 0 ET0 1 ET1 1 TR0 1 RCAP2H 0 x3C 定時(shí)器 2 定 時(shí) 50MS RCAP2L 0 x0B0 ET2 1 TR2 1 外部中斷 IT0 1 下降沿觸發(fā)中斷 EX0 1 開(kāi)外中斷 0 EA 1 開(kāi)總中斷 initLCM 初始化 LCD1602 WriteCommandLCM 0 x01 1 清顯示 屏 dianji1 1 電機(jī)開(kāi)機(jī)默認(rèn)正轉(zhuǎn) dianji2 0 while 1 display do if PWM 0 xff PWM delayms 10 else Beep while K1 0 do if PWM 0 x02 PWM delayms 10 else Beep while K2 0 定時(shí)器 0 中斷服務(wù)程序 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 36 void timer0 interrupt 1 TR1 0 TH0 0 xfc TL0 0 x66 TH1 PWM TR1 1 ENA 0 啟動(dòng)輸出 定時(shí)器 1 中斷服務(wù)程序 void timer1 interrupt 3 TR1 0 ENA 1 結(jié)束輸出 蜂鳴器子程序 void Beep void uchar i for i 0 i20 timecount 0 miao quanshu count count 0 speed quanshu if miao 59 miao 0 fen if fen 59 fen 0 shi 廣東白云學(xué)院 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 37 if shi 59 shi 0 延時(shí)子程序 void delay uchar t while t 延