傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計論文.doc

畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）論文題目： 傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計摘 要轉(zhuǎn)速是直流電機(jī)運(yùn)行中的一個重要物理量，如何準(zhǔn)確、快速測量出電機(jī)轉(zhuǎn)速，并且實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的調(diào)速在實(shí)際工作中具有非常大的使用價值。直流電機(jī)具有良好的啟動性能和調(diào)速特性，它的特點(diǎn)是啟動轉(zhuǎn)矩大，能在寬廣的范圍內(nèi)平滑、經(jīng)濟(jì)地調(diào)速，轉(zhuǎn)速控制容易，調(diào)速后效率很高。本文設(shè)計的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，主要由51單片機(jī)、電源、驅(qū)動電路、LED液晶顯示器、霍爾測速電路以及獨(dú)立按鍵組成的電子產(chǎn)品。電源采用78系列芯片實(shí)現(xiàn)+5V、+15V對電機(jī)的調(diào)速采用PWM波方式，PWM是脈沖寬度調(diào)制。本系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為控制核心，產(chǎn)生占空比受數(shù)字PID算法控制的PWM脈沖實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。通過獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的啟停、調(diào)速、轉(zhuǎn)向的人工控制，LED實(shí)現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)（速度）的顯示。電機(jī)轉(zhuǎn)速利用霍爾傳感器檢測輸出方波，通過51單片機(jī)對1秒內(nèi)的方波脈沖個數(shù)進(jìn)行計數(shù)，計算出電機(jī)的速度，實(shí)現(xiàn)了直流電機(jī)的反饋控制。 矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)；調(diào)速；單片機(jī)；霍爾傳感器；PWM；PID第 2 頁 共 45 頁 ABSTRACTSpeed is an important physical quantity in the running DC motor, how to accurately and quickly measure the motor speed has a very large value in use in practical work on the motor speed control. DC motor has a good startup performance and speed characteristics, it is characterized by starting torque, maximum torque, in a wide range of smooth, economical speed, speed, easy control, speed control after the high efficiency. This design of DC motor speed control system, mainly by the microcontroller 51, power supply, driver circuits, LED liquid crystal display, the Hall velocity and independent key component circuits of electronic products. Power supply with 78 series chip +5 V, +15 V for motor speed control using PWM wave mode, PWM is a pulse width modulation, duty cycle by changing the MCU 51. Achieved through 3independent buttons start and stop the motor, speed control, turning the manual control, LED realizes the measurement data (speed) of the display. Motor speed using Hall sensor output square wave, by 51 seconds to 1 microcontroller square wave pulses are counted to calculate the speed of the motor to achieve a DC motor feedback control.聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈。KEY WORDS: Dc motor; Speed regulation; Single chip microcomputer; Hall sensor; PWM；PID殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。 目 錄1 緒論1釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。1.1 課題背景.1彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。1.2 選題的目的和意義.2謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。1.3 研究方法.2廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。2 基本原理闡述.3煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。2.1 直流電機(jī)調(diào)速.32.1.1 直流電機(jī)原理.32.1.2 直流電機(jī)調(diào)速方法42.2 PWM原理及其實(shí)現(xiàn)方法62.2.1 PWM基本原理72.2.2 PWM脈寬調(diào)制方式.8鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。2.3 PID算法簡介82.3.1 PID控制.8籟叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)。2.3.2 數(shù)字PID算法.8 預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。2.3.3 數(shù)字PID參數(shù)整定方法.10滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。3 系統(tǒng)總體設(shè)計方案113.1 單片機(jī)設(shè)計方案113.2 驅(qū)動電路設(shè)計方案.12鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。3.3 速度采集模塊設(shè)計方案.12擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。3.4 顯示電路設(shè)計方案.13贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。3.5 輸入電路設(shè)計方案.13壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。3.6 電源設(shè)計方案.13蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。4 系統(tǒng)硬件設(shè)計.15買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。4.1 系統(tǒng)基本組成.15綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。4.2 電源電路設(shè)計.15驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。4.3 電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計.16貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。4.4 轉(zhuǎn)速測量電路設(shè)計.17鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。4.5 AT89S52的簡介.18構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。4.5.1 AT89S52主要性能.18輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩。4.5.2 AT89S52主要功能例舉.18堯側(cè)閆繭絳闕絢勵蜆贅。4.5.3 AT89S52各引腳功能介紹.19識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。4.6 LED顯示電路設(shè)計.19凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。 4.6.1 LED簡介.19恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。4.6.2 LED七段數(shù)碼管的結(jié)構(gòu).20鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫。4.7 鍵盤電路設(shè)計.20碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。4.8 整體硬件電路圖215 系統(tǒng)軟件設(shè)計225.1 主程序流程圖225.2 直流電機(jī)速度控制程序設(shè)計22閿擻輳嬪諫遷擇楨秘騖。5.3 鍵盤程序程序流程245.4 定時程序流程256 系統(tǒng)調(diào)試.27氬嚕躑竄貿(mào)懇彈瀘頷澩。6.1 keilc51軟件簡介.27釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。6.2系統(tǒng)Proteus仿真.27慫闡譜鯪逕導(dǎo)嘯畫長涼。6.3 仿真結(jié)果分析.30總結(jié)與展望.34致 謝.35參考文獻(xiàn)36附 錄37 1 緒論1.1課題背景直流電動機(jī)電力拖動與交流電動機(jī)電力拖動在19世紀(jì)中葉先后誕生，直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型簡單，轉(zhuǎn)矩易于控制。其換向器與電刷的位置保證了電樞電流與勵磁電流的解耦。1960年以來，晶閘管整流器的應(yīng)用，使得直流拖動控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，對滯留拖動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計也有了一套實(shí)用的工程設(shè)計方法。電機(jī)在各行各業(yè)發(fā)揮著重要的作用，而電機(jī)轉(zhuǎn)速是電機(jī)重要的性能指標(biāo)之一，因而測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的調(diào)速，使它滿足人們的各種需要，更顯得重要。隨著科技的發(fā)展，PWM調(diào)速成為電機(jī)調(diào)速的新方式，并憑借它的開關(guān)頻率高、低速運(yùn)行穩(wěn)定、動態(tài)性能優(yōu)良、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在電機(jī)調(diào)速中被普遍運(yùn)用。利用單片機(jī)對直流電機(jī)進(jìn)行直接的控制具有準(zhǔn)確的自動調(diào)節(jié)作用。諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動禪瀉類。在實(shí)際應(yīng)用中，電動機(jī)作為把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的主要設(shè)備，一是要具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率；二是應(yīng)能根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求調(diào)整轉(zhuǎn)速。直流電機(jī)由于具有速度控制容易，啟動制動性能良好，且能在寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速等特點(diǎn)而在電力、冶金、機(jī)械制造等工業(yè)部門中得到廣泛應(yīng)用。直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分為兩類：勵磁控制法與電樞電壓控制法。勵磁控制法控制磁通，其控制功率雖然小但低速時受到磁飽和的限制，高速時受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，而且由于勵磁線圈電感較大動態(tài)響應(yīng)較差。所以常用的控制方法是改變電樞端電壓調(diào)速的電樞電壓控制法。嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。傳統(tǒng)的改變端電壓的方法是通過調(diào)節(jié)電阻來實(shí)現(xiàn)的，但這種調(diào)壓方法效率低。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展。創(chuàng)造了許多新的電樞電壓控制方法。其中脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation，PWM)是常用的一種調(diào)速方法，調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入占空比就可以控制電機(jī)的平均電壓，控制轉(zhuǎn)速。熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機(jī)庫。PWM控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀(jì)80年代以前一直未能實(shí)現(xiàn)。直到進(jìn)入上世紀(jì)80年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展，到目前為止，已經(jīng)出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù)。鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。1.2 選題的目的和意義直流電動機(jī)具有良好的起動、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy，阻礙了直流電動機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨著單片機(jī)技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動機(jī)的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達(dá)到更高的性能。采用單片機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，雖在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求，但是因?yàn)樵菀桌匣驮谑褂弥幸资芡饨绺蓴_影響，并且線路復(fù)雜、通用性差，控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響，故系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性及準(zhǔn)確性得不到保證，甚至出現(xiàn)事故。穎芻莖蛺餑億頓裊賠瀧。目前，直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没?，伴隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展，促使直流電機(jī)調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)又進(jìn)入到一個新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。1.3 研究方法本文主要研究了利用MCS-51系列單片機(jī)，以鍵盤作為輸入達(dá)到控制直流電機(jī)的啟停、速度和方向，完成了基本要求和發(fā)揮部分的要求。在設(shè)計中，采用了PWM技術(shù)對電機(jī)進(jìn)行控制，通過對占空比的計算達(dá)到精確調(diào)速的目的。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。本文就是利用這種控制方式來改變電壓的占空比實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)速度的控制。銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。本文介紹了直流電機(jī)的工作原理和數(shù)學(xué)模型、脈寬調(diào)制（PWM）控制原理，根據(jù)模型，利用PROTEUS軟件對各個子電路及整體電路進(jìn)行了仿真，確保設(shè)計的電路能夠滿足性能指標(biāo)要求，并給出了仿真結(jié)果。擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類。2 基本原理闡述2.1直流電機(jī)調(diào)速2.1.1直流電機(jī)原理直流電動機(jī)，多年來一直用作基本的換能器。絕大多數(shù)的直流電動機(jī)都是由電磁力形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的。圖2-1為直流電機(jī)的物理模型圖，其中，固定部分（定子）由磁鐵（稱為主磁極）和電刷組成；轉(zhuǎn)動部分（轉(zhuǎn)子）由環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組組成，定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由A和B兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動的電刷B1和B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞線圈通過換向器和電刷與外電路接通。賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。圖2-1直流電機(jī)的物理模型圖直流電動機(jī)的工作原理如圖2-2所示。給兩個電刷加上直流電源，如圖2-2所示，有直流電流從電刷A流入，經(jīng)過線圈abcd，從電刷B流出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動；如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到圖2-2所示的位置，電刷A和換向片2接觸，電刷B和換向片1接觸，直流電流從電刷A流入，在線圈中的流動方向是dcba，從電刷B流出。此時載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動，由于換向器配合電刷對電流的換向作用，直流電流交替地由線圈邊ab和cd流入，使線圈邊只要處于N極下，其中通過電流的方向總是由電刷A流入的方向，而在S極下時，總是從電刷B流出的方向，這就保證了每個磁極下線圈邊中的電流始終是一個方向，這樣的結(jié)構(gòu)，就可使電動機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。塤礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊庫。圖2-2 直流電機(jī)原理圖2.1.2 直流電機(jī)調(diào)速方法根據(jù)勵磁方式不同，直流電機(jī)分為自勵和他 勵兩種類型。不同勵磁方式的直流電機(jī)機(jī)械特性曲線有所不同。對于直流電機(jī)來說，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速方程式為：裊樣祕廬廂顫諺鍘羋藺。 （2-1）式中n轉(zhuǎn)速（r/min）；U電樞電壓（V）；I電樞電流（A）；R電樞回路總電阻（）；勵磁磁通（Wb）；由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)。由公式（2-1）可知，直流電動機(jī)的調(diào)速方法有三種： （1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。變化遇到的時間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。倉嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驁。（2）改變電動機(jī)主磁通。改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無級平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進(jìn)行調(diào)速（簡稱弱磁調(diào)速），從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。變化時間遇到的時間常數(shù)同變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)速度較慢，但所需電源容量小。 （3）改變電樞回路電阻R。在電動機(jī)電樞回路外串電阻進(jìn)行調(diào)速的方法，設(shè)備簡單，操作方便。但是只能進(jìn)行有級調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性較軟；空載時幾乎沒什么調(diào)速作用；還會在調(diào)速電阻上消耗大量電能。 基于以上特性，改變電樞電壓，實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)速度調(diào)節(jié)的方法被廣泛采用。改變電樞電壓可通過多種途徑實(shí)現(xiàn)，如晶閘管供電速度控制系統(tǒng)大功率晶體管速度控制系統(tǒng)、直流發(fā)電機(jī)供電速度控制系統(tǒng)及晶體管直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)等。綻萬璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。調(diào)節(jié)電樞供電電壓或者改變勵磁磁通，都需要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下三種： （1）旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。用交流電動機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。 （2）靜止可控整流器（簡稱V-M系統(tǒng)）。用靜止的可控整流器，如汞弧整流器和晶閘管整流裝置，產(chǎn)生可調(diào)的直流電壓。 （3）直流斬波器（脈寬調(diào)制變換器）。用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流斬波或脈寬調(diào)制的方法產(chǎn)生可調(diào)的直流平均電壓。驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻。旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動直流電動機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以G-M系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺與調(diào)速電動機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺勵磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。且技術(shù)落后，因此擱置不用。瑣釙濺曖惲錕縞馭篩涼。V-M系統(tǒng)是當(dāng)今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。V-M系統(tǒng)的缺點(diǎn)是晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。它的另一個缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高，維護(hù)運(yùn)行麻煩。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行時，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備。鎦詩涇艷損樓紲鯗餳類。 圖2-3晶閘管電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（V-M系統(tǒng)）直流斬波器又稱直流調(diào)壓器，是利用開關(guān)器件來實(shí)現(xiàn)通斷控制，將直流電源電壓斷續(xù)加到負(fù)載上，通過通、斷時間的變化來改變負(fù)載上的直流電壓平均值，將固定電壓的直流電源變成平均值可調(diào)的直流電源，亦稱直流直流變換器。它具有效率高、體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于地鐵、電力機(jī)車、城市無軌電車以及電瓶搬運(yùn)車等電力牽引設(shè)備的變速拖動中。 櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟。圖2-4為直流斬波器的原理電路和輸出電壓波型，圖中VT代表開關(guān)器件。當(dāng)開關(guān)VT接通時，電源電壓U。加到電動機(jī)上；當(dāng)VT斷開時，直流電源與電動機(jī)斷開，電動機(jī)電樞端電壓為零。如此反復(fù)，得電樞端電壓波形如圖2.4（b）所示。轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應(yīng)。圖2-4 直流斬波器原理電路及輸出電壓波型 （a）原理圖 （b）電壓波型峴揚(yáng)斕滾澗輻灄興渙藺。采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時，電源電壓加到電動機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時，直流電源與電動機(jī)斷開，電動機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation），簡稱PWM。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時間，即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。詩叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。與V-M系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：（1）由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá)1：10000左右。由于電流波形比V-M系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。（2）同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)。脹鏝彈奧秘孫戶孿釔賻。（3）由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱PWM變換器。脈寬調(diào)速也可通過單片機(jī)控制繼電器的閉合來實(shí)現(xiàn)，但是驅(qū)動能力有限。目前，受到器件容量的限制，PWM直流調(diào)速系統(tǒng)只用于中、小功率的系統(tǒng)。鰓躋峽禱紉誦幫廢掃減。2.2 PWM原理及其實(shí)現(xiàn)方法2.2.1 PWM基本原理PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在許多方面，如電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。 稟虛嬪賑維嚌妝擴(kuò)踴糶。如圖2-2所示，在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時，速度增加；電機(jī)斷電時，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時間，即可讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得到控制。陽簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟。 圖2-5 電樞電壓“占空比”與平均電壓關(guān)系圖設(shè)電機(jī)始終接通電源時，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為，設(shè)占空比為D=t1/T，則電機(jī)的平均速度為= （2-2）溈氣嘮戇萇鑿鑿櫧諤應(yīng)。式中，電機(jī)的平均速度； 電機(jī)全通電時的速度(最大)； D=t1/T占空比。 由公式（2-2）可見，當(dāng)我們改變占空比D=t1/T時，就可以得到不同的電機(jī)平均速度,從而達(dá)到調(diào)速的目的。嚴(yán)格來說，平均速度與占空比D并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似的看成是線性關(guān)系。鋇嵐縣緱虜榮產(chǎn)濤團(tuán)藺。2.2.2 PWM脈寬調(diào)制方式PWM脈寬調(diào)制的方式有3種：定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因?yàn)椴捎眠@種方式，電動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時比較穩(wěn)定；并且存采用單片機(jī)產(chǎn)生PWM脈沖的軟件實(shí)現(xiàn)上比較方便。懨俠劑鈍觸樂鷴燼觶騮。PWM的一個優(yōu)點(diǎn)是從AT89S52到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時，才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。這也是PWM用于通信的主要原因。謾飽兗爭詣繚鮐癩別瀘。2.3 PID算法簡介2.3.1 PID控制在連續(xù)控制系統(tǒng)中，PID控制算法得到了廣泛的應(yīng)用，是技術(shù)最成熟的控制規(guī)律。目前提出的控制算法有很多。根據(jù)偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）進(jìn)行的控制，稱為PID控制。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和理論分析都表明，PID控制能夠滿足相當(dāng)多工業(yè)對象的控制要求，至今仍是一種應(yīng)用最為廣泛的控制算法之一。由于本文只用到數(shù)字PID，所以只介紹數(shù)字PID算法。咼鉉們歟謙鴣餃競蕩賺。2.3.2 數(shù)字PID算法模擬PID控制器的基本算式為： （2-3）式中，為比例系數(shù)，為積分時間常數(shù)，為微分時間常數(shù)。簡單的說，PID調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用是：（1）比例環(huán)節(jié)：即時成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號,偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減少偏差；（2）積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)；瑩諧齷蘄賞組靄縐嚴(yán)減。（3）微分環(huán)節(jié)：能反映偏差信號的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。麩肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。為將模擬PID控制規(guī)律離散化，我們把、在第n次采樣的數(shù)據(jù)分別用、表示，于是式（2-3）變?yōu)椋?(2-4)當(dāng)采樣周期T很小時可以用T近似代替，可用近似代替，“積分”用“求和”近似代替，即可作如下近似 (2-5) (2-6)這樣，式（2-3）便可離散化以下差分方程 (2-7)上式中是偏差為零時的初值,上式中的第一項(xiàng)起比例控制作用,稱為比例（P）項(xiàng),即 = (2-8)第二項(xiàng)起積分控制作用,稱為積分(I)項(xiàng)即 (2-9)第三項(xiàng)起微分控制作用,稱為微分(D)項(xiàng)即 (2-10)式（2-7）的輸出量為全量輸出,它對于被控對象的執(zhí)行機(jī)構(gòu)每次采樣時刻應(yīng)達(dá)到的位置。因此,式（2-7）又稱為位置型PID算式。工業(yè)應(yīng)用中，采用PID位置算法是不夠方便和有欠缺的。由于要累加誤差，占用內(nèi)存多，并且安全性較差，考慮到這種情況，在工業(yè)應(yīng)用中，還有一種增量式算法。納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟。增量式算法是位置算法的一種改進(jìn)。由式（2-7）可以得到（k-1）次的PID輸出表達(dá)式： （2-11）由式（2-7）與式（2-11）可得 （2-12）2.3.3 數(shù)字PID參數(shù)整定方法PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法有很多，但可歸結(jié)為理論計算法和工程整定法兩種。用理論計算法設(shè)計調(diào)節(jié)器的前提是能獲得被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，這在工業(yè)過程中一般較難做到。因此，實(shí)際用得較多的還是工程整定法。下面簡單介紹兩種常用的簡易工程整定法。風(fēng)攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。（1）擴(kuò)充臨界比例度法。這種方法是對連續(xù)系統(tǒng)臨界比例度法的擴(kuò)充，適用于有自平衡特性的被控對象，不需要準(zhǔn)確知道對象的特性。滅噯駭諗鋅獵輛覯餿藹。（2）經(jīng)驗(yàn)法確定PID參數(shù)。經(jīng)驗(yàn)法是靠工作人員的經(jīng)驗(yàn)及對工藝的熟悉程度，參考測量值跟蹤與設(shè)定值曲線，來調(diào)整P、I、D三者參數(shù)的大小的。鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮。圖2-6 增量式PID框圖3 系統(tǒng)總體設(shè)計方案調(diào)速系統(tǒng)的硬件原理方框圖如圖3-1所示，本系統(tǒng)由6個部分組成，單片機(jī)系統(tǒng)是核心，其外圍電路有五個部分：輸入電路，電源，驅(qū)動電路，顯示電路，測速電路。攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘。單片機(jī)輸入電路電源顯示電路測速電路驅(qū)動電路圖3-1 系統(tǒng)的硬件原理方框圖其中單片機(jī)負(fù)責(zé)控制運(yùn)算、數(shù)據(jù)采集等任務(wù)，輸入電路用于設(shè)定直流電機(jī)預(yù)期速度及控制直流電機(jī)的啟動、正反轉(zhuǎn)、停止，顯示電路用于顯示直流電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速，測速電路用于測量直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，驅(qū)動電路用于驅(qū)動直流電機(jī)。趕輾雛紈顆鋝討躍滿賺。本控制系統(tǒng)中，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速是待檢測的參數(shù)，也是反饋檢測量，通過測速電路將直流電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為反饋信號輸入單片機(jī)，通過PID算法來控制PWM(脈沖寬度調(diào)制)輸出的占空比，進(jìn)而對直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，使其轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)期設(shè)定值。夾覡閭輇駁檔驀遷錟減。3.1 單片機(jī)設(shè)計方案方案一：采用AT89S51/AT89S52作為系統(tǒng)控制的方案。AT89S52單片機(jī)是AT89S51的升級版，擁有更多功能，它的算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制。并且它還具有功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，在各個領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。視絀鏝鴯鱭鐘腦鈞欖糲。方案二：采用傳統(tǒng)的AT89C51單片機(jī)作為運(yùn)動物體的控制中心。它和AT89S2一樣都具有軟件編程靈活、體積小、成本低,使用簡單等特點(diǎn)，但是它的頻率較低、運(yùn)算速度慢， RAM、ROM空間小等缺點(diǎn)。若采用89C51需要做RAM，ROM來擴(kuò)展其內(nèi)存空間，其硬件工作量必然大大增多。偽澀錕攢鴛擋緬鐒鈞錠。綜合上述兩種方案比較，采用AT89S52作為控制器處理輸入的數(shù)據(jù)并控制電機(jī)運(yùn)動較為簡單，可以滿足設(shè)計要求。因此在本次設(shè)計選用方案一。緦徑銚膾齲轎級鏜撟廟。3.2 驅(qū)動電路設(shè)計方案本次設(shè)計的主要目的是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此電機(jī)驅(qū)動模塊是必不可少，其方案有一下兩種。方案一：采用大功率晶體管組合電路構(gòu)成驅(qū)動電路，這種方法結(jié)構(gòu)簡單，成本低、易實(shí)現(xiàn)，但由于在驅(qū)動電路中采用了大量的晶體管相互連接，使得電路復(fù)雜、抗干擾能力差、可靠性下降，我們知道在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐過程中可靠性是一個非常重要的方面。因此此中方案不宜采用。騅憑鈳銘僥張礫陣軫藹。方案二：采用專用的電機(jī)驅(qū)動芯片，例如L298N、L297N等電機(jī)驅(qū)動芯片，由于它內(nèi)部已經(jīng)考慮到了電路的抗干擾能力，安全、可靠行，所以我們在應(yīng)用時只需考慮到芯片的硬件連接、驅(qū)動能力等問題就可以了，所以此種方案的電路設(shè)計簡單、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好。設(shè)計者不需要對硬件電路設(shè)計考慮很多，可將重點(diǎn)放在算法實(shí)現(xiàn)和軟件設(shè)計中，大大的提高了工作效率。癘騏鏨農(nóng)剎貯獄顥幗騮?；谏鲜隼碚摲治龊蛯?shí)際情況，電機(jī)驅(qū)動模塊選用方案二。3.3 速度采集模塊設(shè)計方案本系統(tǒng)是一閉環(huán)控制系統(tǒng)，在調(diào)節(jié)過程中需要將設(shè)定與當(dāng)前實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，速度采集模塊就是為完成這樣功能而設(shè)計的，其設(shè)計方案以下三種：鏃鋝過潤啟婭澗駱讕瀘。方案一：采用霍爾集成片。該器件內(nèi)部由三片霍爾金屬板組成。當(dāng)磁鐵正對金屬板時，由于霍爾效應(yīng)，金屬板發(fā)生橫向?qū)?，因此可以在電機(jī)上安裝磁片，而將霍爾集成片安裝在固定軸上，通過對脈沖的計數(shù)進(jìn)行電機(jī)速度的檢測。榿貳軻謄壟該檻鯔塏賽。方案二：采用對射式光電傳感器。其檢測方式為：發(fā)射器和接受器相互對射安裝，發(fā)射器的光直接對準(zhǔn)接受器，當(dāng)測物擋住光束時，傳感器輸出產(chǎn)生變化以指示被測物被檢測到。通過脈沖計數(shù)，對速度進(jìn)行測量。邁蔦賺陘賓唄擷鷦訟湊。方案三：采用測速發(fā)電機(jī)對直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量。該方案的實(shí)現(xiàn)原理是將測速發(fā)電機(jī)固定在直流電機(jī)的軸上，當(dāng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動時，帶動測速電機(jī)的軸一起轉(zhuǎn)動，因此測速發(fā)電機(jī)會產(chǎn)生大小隨直流電機(jī)轉(zhuǎn)速大小變化的感應(yīng)電動勢，因此精度比較高，但由于該方案的安裝比較復(fù)雜、成本也比較高，在本次設(shè)計沒有采用此方案。嶁硤貪塒廩袞憫倉華糲。以上三種方案中，第三種方案不宜采用，第一種和第二種方案的測速原理基本相同都是將電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電脈沖的頻率進(jìn)行測量，但考慮到霍爾式精度比較高，頻率比較快，成本低。最主要的是它對外部環(huán)境的要求不高，并且工作溫度可以達(dá)到150，所以綜合考慮在設(shè)計中選用第一種方案進(jìn)行設(shè)計。該櫟諼碼戇沖巋鳧薩錠。3.4 顯示電路設(shè)計方案在電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要對參數(shù)、工作方式以及電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的顯示，因此在整個系統(tǒng)中必須設(shè)計一個顯示模塊，考慮有三種方案： 方案一：使用七段數(shù)碼管（LED）顯示。數(shù)碼管具有亮度高、工作電壓低、功耗小、易于集成、驅(qū)動簡單、耐沖擊且性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，并且它可采用BCD編碼顯示數(shù)字，編程容易，硬件電路調(diào)試簡單。劇妝諢貰攖蘋塒呂侖廟。方案二：采用1602LCD液晶顯示器，該顯示器控制方法簡單，功率低、硬件電路簡單、可對字符進(jìn)行顯示。方案三：采用12864LCD液晶顯示器，該顯示器功率低，驅(qū)動方法和硬件連接電路較上面兩種方案復(fù)雜，顯示屏幕大、可對漢字和字符進(jìn)行顯示。臠龍訛驄椏業(yè)變墊羅蘄。根據(jù)本次設(shè)計的設(shè)計要求以及成本考慮，顯示模塊選用方案一。3.5 輸入電路設(shè)計方案在電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要按鍵進(jìn)行參數(shù)的輸入、工作方式的設(shè)定以及電機(jī)起停的控制，因此鍵盤在整個系統(tǒng)中是不可缺少的一部分，考慮有二種方案：鰻順褸悅漚縫囅屜鴨騫。方案一：采用獨(dú)立式鍵盤，這種鍵盤硬件連接和軟件實(shí)現(xiàn)簡單，并且各按鍵相互獨(dú)立，每個按鍵均有一端接地，另一端接到輸入線上。這種鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是：電路簡單，各條檢測線獨(dú)立，識別按下按鍵的軟件編寫簡單。適用于鍵盤按鍵數(shù)目較少的場合，不適用于鍵盤按鍵數(shù)目較多的場合，故此鍵盤只適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。穡釓虛綹滟鰻絲懷紓濼。方案二：采用行列式鍵盤，這種鍵盤的特點(diǎn)是行線、列線分別接輸入線、輸出線。按鍵設(shè)置在行、列線的交叉點(diǎn)上，利用這種矩陣結(jié)構(gòu)只需m根行線和n根列線就可組成個按鍵的鍵盤，因此矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合。但此種鍵盤的軟件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。隸誆熒鑒獫綱鴣攣駘賽。根據(jù)上面兩種方案的論述，由于本次設(shè)計的系統(tǒng)硬件連接不是很復(fù)雜，對軟件的運(yùn)行速度要求不高，所以采用方案二獨(dú)立式鍵盤進(jìn)行設(shè)計。浹繢膩叢著駕驃構(gòu)碭湊。3.6 電源模塊設(shè)計方案電源是任何系統(tǒng)能否運(yùn)行的能量來源，任何一種電力系統(tǒng)電源模塊都是不可或缺的，對于該模塊考慮下兩種方案：方案一：通過電阻分壓的形式將整流后的電壓分別降為控制芯片和電機(jī)運(yùn)行所需的電壓，此種方案原理和硬件電路連接都比較簡單，但對能量的損耗大，在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)同一般不宜采用。鈀燭罰櫝箋礱颼畢韞糲。方案二：通過固定芯片對整流后的電壓進(jìn)行降壓、穩(wěn)壓處理（如7812、7805等），此種方案可靠性、安全性高，對能源的利用率高，并且電路簡單容易實(shí)現(xiàn)。愜執(zhí)緝蘿紳頎陽灣熗鍵。根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，采用方案二作為系統(tǒng)的供電模塊。 經(jīng)過上述的分析與論證，系統(tǒng)各模塊采用的方案如下：（1）控制模塊： 采用AT89S52單片機(jī)；（2）電機(jī)驅(qū)動模塊：采用直流電機(jī)驅(qū)動芯片L298N實(shí)現(xiàn)；（3）速度采集模塊：采用霍爾測速傳感器；（4）顯示模塊： 采用LED液晶顯示模塊；（5）鍵盤模塊： 采用獨(dú)立式鍵盤；（6）電源模塊： 采用7805、7812芯片實(shí)現(xiàn)。4 系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1系統(tǒng)基本組成AT89S52LED顯示電路電機(jī)驅(qū)動電路電機(jī)霍爾測速電路鍵盤電源圖4-1 系統(tǒng)組成框圖鍵盤向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，由單片機(jī)通過P1.0與P1.1其中一口輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的PWM脈沖，另一口輸出低電平，經(jīng)過信號放大，驅(qū)動電動機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制。電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)通過LED顯示出來。電動機(jī)所處速度級以速度檔級數(shù)顯示。正轉(zhuǎn)時最高位顯示“三” ，其它三位為電機(jī)轉(zhuǎn)速；反轉(zhuǎn)時最高位顯示“F”，其它三位為電機(jī)轉(zhuǎn)速。每次電動機(jī)啟動后開始顯示，停止時LED顯示出“0000”。 貞廈給鏌綞牽鎮(zhèn)獵鎦龐。4.2 電源電路設(shè)計電源是整個系統(tǒng)的能量來源，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能否運(yùn)行。在本系統(tǒng)中直流電機(jī)需要12V電源，而單片機(jī)、顯示模塊等其它電路需要5V的電源，因此電路中選用7805和7812兩種穩(wěn)壓芯片，其最大輸出電流為1.5A，能夠滿足系統(tǒng)的要求，其電路如圖4-2所示。嚌鯖級廚脹鑲銦礦毀蘄。圖4-2 電源電路4.3 電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計驅(qū)動模塊是控制器與執(zhí)行器之間的橋梁，在本系統(tǒng)中單片機(jī)的I/O口不能直接驅(qū)動電機(jī)，只有引入電機(jī)驅(qū)動模塊才能保證電機(jī)按照控制要求運(yùn)行，在這里選用L298N電機(jī)驅(qū)動芯片驅(qū)動電機(jī)，該芯片是由四個大功率晶體管組成的H橋電路構(gòu)成，四個晶體管分為兩組，交替導(dǎo)通和截止，用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在開關(guān)狀態(tài)，通過調(diào)整輸入脈沖的占空比，調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。其中輸出腳（SENSEA和SENSEB）用來連接電流檢測電阻，Vs接邏輯控制的電源。Vs為電機(jī)驅(qū)動電源。IN1-IN4輸入引腳為標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號，用來控制H橋的開與關(guān)即實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，ENA、ENB引腳則為使能控制端，用來輸入PWM信號實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。其電路如圖5-3所示，利用兩個光電耦合器將單片機(jī)的I/O與驅(qū)動電路進(jìn)行隔離，保證電路安全可靠。這樣單片機(jī)產(chǎn)生的PWM脈沖控制L298N的選通端，使電機(jī)在PWM脈沖的控制下正常運(yùn)行，其中四個二極管對芯片起保護(hù)作用。薊鑌豎牘熒浹醬籬鈴騫。圖4-3 電機(jī)驅(qū)動電路4.4 轉(zhuǎn)速測量電路采用霍爾元件測量轉(zhuǎn)速是較為常用的測量方法?；魻杺鞲衅魇歉鶕?jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器。它具有對磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此，在測量、自動化、計算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用?；魻杺鞲衅鞣譃榫€性型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器兩種。線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。開關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器、斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字量。齡踐硯語蝸鑄轉(zhuǎn)絹攤濼。本文采用市場上應(yīng)用較多的霍爾開關(guān)傳感器3010T ，它采用三端平塑封裝，具有工作電壓范圍寬、外圍電路簡單、輸出電平與各種數(shù)字電路兼容、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。 紳藪瘡顴訝標(biāo)販繯轅賽?；魻柶骷y量電動機(jī)轉(zhuǎn)速裝置由一個測速齒輪和霍爾傳感器構(gòu)成。測速齒輪厚度大于2mm，固定在待測電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上。霍爾元件固定在距齒輪外圓1mm的探頭上，對面粘貼小磁鋼，當(dāng)測速齒輪的每個齒經(jīng)過探頭正前方時，改變了磁通密度，霍爾元件就輸出了一個脈沖信號。 飪籮獰屬諾釙誣苧徑凜。測速齒輪上共有24個齒，顯然每個齒轉(zhuǎn)過霍爾元件都會引起一個脈沖信號，則電動機(jī)每轉(zhuǎn)一周總共產(chǎn)生24個信號。如果單片機(jī)在1s 內(nèi)檢測到N 個脈沖信號，就表明電動機(jī)轉(zhuǎn)過的周數(shù)n=N/24。因?yàn)檗D(zhuǎn)速常用r/min 表示，所以電動機(jī)轉(zhuǎn)速 V=60N/24=2.5N(r/min)。 烴斃潛籬賢擔(dān)視蠶賁粵。將脈沖信號接在定時器T1上，當(dāng)外部脈沖信號出現(xiàn)一個由“1”到“0”的負(fù)跳變時，計數(shù)器T1就進(jìn)行計數(shù)。 通過設(shè)置讓定時器T0每50ms產(chǎn)生一次中斷，滿20次即為 1s ，此時統(tǒng)計計數(shù)器T1的計數(shù)值，就可以算出電動機(jī)轉(zhuǎn)速：V=2.5N=2.5(TH1*256+TL1) (r/min)。鋝豈濤軌躍輪蒔講嫗鍵。 圖4-4(a)測速齒輪 圖4-4（b）霍爾傳感器安裝示意圖擷偽氫鱧轍冪聹諛詼龐。4.5 A