智能型電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定儀設(shè)計(jì)

1、目錄1 引言12 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)23 硬件設(shè)計(jì)23.1方案實(shí)現(xiàn)原理23.2 硬件設(shè)計(jì)框圖33.3 硬件電路原理圖43.4槽型光電傳感器ITR840243.5 ISP下載口53.6電源電路53.7脈沖信號(hào)完成電路53.8單片機(jī)控制系統(tǒng)電路63.9超速報(bào)警電路73.10 PCB連線84 程序設(shè)計(jì)84.1 程序設(shè)計(jì)思路94.2 系統(tǒng)程序105設(shè)計(jì)總結(jié)14參考文獻(xiàn)15致謝16附錄17智能型電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定儀設(shè)計(jì)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(cè)定儀的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)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(yǔ)言編程，最終完成電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定儀的設(shè)計(jì)。

2、本文詳細(xì)闡述了如何利用光電傳感器實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)接受，運(yùn)用單片機(jī)單片機(jī)at89s52對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行處理計(jì)算，然后通過(guò)數(shù)碼顯示管顯示出來(lái)。關(guān)鍵詞：測(cè)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 DesignDengqiulingInformation Science and Technology school, Zhanjiang Normal University, Zhanjiang , 524048Abstract: This paper introduces a kind of intelligent m

3、otor 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 reusing the C programming language, and finally finished the design of motor speed tester. This paper expounds how to realiz

4、e the motor speed by photoelectric sensor signal by monolithic integrated circuit at89s52 SCM, on the pulse signal processing, and then calculated by XianShiGuan digital display.Keywords:speed;Photoelectric sensor; At89s52 SCM system of minimum; Motor; Digital tube;1引言近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及控制技術(shù)等的快速發(fā)展，伺

5、服驅(qū)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)高精度、高可靠性等要求，轉(zhuǎn)速控制是實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié).如何獲得電動(dòng)機(jī)精確的轉(zhuǎn)速信號(hào)以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的高精度控制，就成了單片機(jī)控制電機(jī)測(cè)度的一個(gè)突出的問(wèn)題之一。在電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中，在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電編碼盤(pán)等測(cè)速裝置，利用電機(jī)中的轉(zhuǎn)子位置傳感器所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)來(lái)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(jiǎn)單緊湊、靈敏度高，傳送過(guò)程無(wú)抖動(dòng)現(xiàn)象，頻率響應(yīng)寬、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但霍爾傳感器存在一定程度的磁不敏感區(qū)，會(huì)降低電機(jī)運(yùn)行的可靠性，且對(duì)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(kāi)

6、發(fā)，會(huì)間接增加開(kāi)發(fā)成本。光電式傳感器是利用光電元件，對(duì)帶有糟口（或柵）的旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)的位置進(jìn)行通斷信號(hào)變化的接收，產(chǎn)生一系列反映轉(zhuǎn)子位置的脈沖信號(hào)。其檢測(cè)分辨率高，適用于檢測(cè)各種一般電動(dòng)機(jī)。因?yàn)楣怆妭鱾鞲衅餍阅鼙容^穩(wěn)定，這在應(yīng)用中是相當(dāng)重要的。本設(shè)計(jì)介紹利用光電傳感器模塊來(lái)測(cè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法。相對(duì)于傳統(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(cè)速。2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)利用光電傳感器和單片機(jī)相結(jié)合，運(yùn)用了編碼盤(pán)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(dòng)的時(shí)候，編碼管就回切割光電傳感器，產(chǎn)生信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)比較器產(chǎn)生一連串的脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)通過(guò)單

7、片機(jī)at89s52T1計(jì)數(shù)管腳輸入，單片機(jī)對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，再通過(guò)算法把計(jì)到的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)為速度。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)是針對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定，所以報(bào)警電路是必需。通過(guò)程序的編寫(xiě)和外部電路設(shè)定，共同完成了本測(cè)定儀的報(bào)警系統(tǒng)。外部超速報(bào)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)部自加1,并在數(shù)碼管中顯示。通過(guò)外部按鍵設(shè)定超速額定值,這便于本電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定儀更智能化,更便利化。3硬件設(shè)計(jì)3.1 方案實(shí)現(xiàn)原理光電傳感器是選用機(jī)械鼠標(biāo)里面的對(duì)射式的光電傳感器。它的工作原理是：當(dāng)接收管接收到來(lái)自發(fā)射管的信號(hào)時(shí)，接收管就導(dǎo)通，沒(méi)接到信號(hào)時(shí)，接收管就截止。利用它的這一特性，可以用一編碼盤(pán)不停的切割光電對(duì)管，利用光電對(duì)管的特性

8、產(chǎn)生一連串的脈沖，編碼盤(pán)就利用鼠標(biāo)里面現(xiàn)成的。編碼盤(pán)裝在電機(jī)上，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后，編碼盤(pán)就不停的切割光電對(duì)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(jì)數(shù)引腳直接識(shí)別。因此直接產(chǎn)生的方波經(jīng)過(guò)一個(gè)比較器產(chǎn)生一個(gè)五伏左右的方波，該方波信號(hào)被單片機(jī)的計(jì)數(shù)管腳T1接收，利用另一定時(shí)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(guò)計(jì)算便可得出電機(jī)的轉(zhuǎn)速.編碼盤(pán)有十個(gè)孔，編碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈能夠產(chǎn)生10個(gè)脈沖，精度達(dá)到0.1r/s，如果想要提高測(cè)速的精度，只需改變編碼盤(pán)上的孔數(shù)即可。3.2 硬件設(shè)計(jì)框圖單片機(jī)控制系統(tǒng)電源脈沖信號(hào)完成外部信號(hào)輸入數(shù)碼管顯示圖3-1硬件設(shè)計(jì)框圖 如

9、圖3-2的硬件電路原理圖所示,本硬件設(shè)計(jì)的電路過(guò)程如下:接通電源,裝在電機(jī)的編碼管切割光電傳感器得到信號(hào),信號(hào)經(jīng)比較器得到一個(gè)脈沖信號(hào),脈沖信號(hào)通過(guò)T1腳輸入單片機(jī)內(nèi),單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算、處理，在數(shù)碼管中顯示。如電機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)報(bào)警電路額定值，報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。3.3單片機(jī)89s52功能特性圖3-2單片機(jī)89s52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(chǔ)器.使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)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允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器.在單芯片上，擁

10、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。3.4槽型光電傳感器ITR8402圖3-3槽型光電傳感器ITR8402如圖3-3所示是槽型光電傳感器ITR8402，此光電傳感器把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見(jiàn)光，在無(wú)阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過(guò)時(shí)，光被遮擋，光電開(kāi)關(guān)便動(dòng)作。輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽形開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。光電傳感器裝載電機(jī)上，從電路板引出導(dǎo)線與其連接，當(dāng)編碼盤(pán)切割光電傳感器

11、的時(shí)候，其信號(hào)就可通過(guò)導(dǎo)線傳到比較器，從而形成脈沖信號(hào)。光電傳感器是效率最高、最可靠的檢測(cè)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(gè)科學(xué)技術(shù)、國(guó)防、航空、航天、交通運(yùn)輸、能源、機(jī)械、石油、化工、輕工、紡織等工業(yè)部門(mén)和環(huán)境保護(hù)、生物醫(yī)學(xué)工程等和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域，是現(xiàn)代信息技術(shù)的重要支柱技術(shù)之一。3.5ISP下載口圖3-4所示的是ISP下載口，運(yùn)用ISP下載口將程序下載在89s52大單片機(jī)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)射式光電傳感器與速度轉(zhuǎn)換的計(jì)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(shí)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(shí)現(xiàn)復(fù)位使用.5V電源

12、是供電給下載口。圖3-4ISP下載口 3.6 電源電路圖3-5所示是電源電路，電源部分為整個(gè)電路提供穩(wěn)定的5伏直流電，使整個(gè)電路能正常工作。電源部分包括一個(gè)由四個(gè)二極管組成的整流管對(duì)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3-5電源部分3.7脈沖信號(hào)完成電路編碼管裝在電機(jī)上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，編碼管就不斷對(duì)光電傳感器的光電對(duì)管進(jìn)行切割得到電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)通過(guò)比較器后得到一個(gè)脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)輸入單片機(jī)T1腳，在單片機(jī)中進(jìn)行處理、計(jì)算。脈沖信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)為脈沖信號(hào)，如圖3-5所示。圖3-6

13、脈沖信號(hào)生成電路3.8單片機(jī)控制系統(tǒng)電路脈沖信號(hào)通過(guò)T1腳輸入單片機(jī)89s52，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的內(nèi)部程序處理，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樗俣仍诠碴帞?shù)碼管顯示。單片機(jī)X1腳和X2腳連接的時(shí)起振電路，P2.6腳連接本設(shè)計(jì)的報(bào)警電路，當(dāng)輸入的電機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)設(shè)定的速度時(shí)，P2.6腳就會(huì)發(fā)出信號(hào)令報(bào)警電路鳴響。當(dāng)脈沖信號(hào)輸入，單片機(jī)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行處理、計(jì)算，然后通過(guò)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(shí)候，單片機(jī)復(fù)位，如圖3-7所示。圖3-8單片機(jī)控制系統(tǒng)電路3.9超速報(bào)警電路圖3-8所示的是超速報(bào)警電路，該電路用于電機(jī)速度超過(guò)本電路設(shè)定速度的時(shí)候進(jìn)行報(bào)警，圖中的Q9013三極管用于報(bào)警電路

14、的開(kāi)關(guān)，該三極管是PNP管，低電平有效。當(dāng)輸入為低電平的時(shí)候，三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，報(bào)警器鳴響，BEEP是報(bào)警器。當(dāng)測(cè)到的速度大于設(shè)定的額定速度值時(shí)，報(bào)警器就會(huì)鳴響，這時(shí)就知道電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過(guò)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(hào)從P2.6腳輸出，經(jīng)過(guò)Q9013三極管到蜂鳴器，報(bào)警器鳴響。圖3-8 報(bào)警電路 3.10PCB連線圖3-9智能型電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定儀PCB電路4程序設(shè)計(jì)4.1 程序設(shè)計(jì)思路本程序使用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，首先設(shè)定初始值為50ms，信號(hào)進(jìn)入的中斷時(shí)間為50ms，計(jì)數(shù)20次即為1s.因?yàn)槭褂肨1腳的外部中斷功能，只有脈沖信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)時(shí)，單片機(jī)才進(jìn)行計(jì)算。脈沖信

15、號(hào)進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)部的程序運(yùn)用zhuansu=(TL1+256*TH1)/50公式進(jìn)行計(jì)算出此時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速.此時(shí)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(guò)報(bào)警電路設(shè)定的速度，那么報(bào)警器就會(huì)響，超速的速度通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。報(bào)警電路的速度額定值是運(yùn)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(bào)警電路的指示進(jìn)行額定值設(shè)定。此次設(shè)計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定儀的程序采用的是C程序設(shè)計(jì)，程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此之間也是相互獨(dú)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(jì)的流程框圖，其清楚地表明本次程序設(shè)計(jì)的思路和步驟。開(kāi)始設(shè)初值

16、為50ms計(jì)數(shù)1s時(shí)間? NY讀出計(jì)算的脈沖數(shù)計(jì)算出轉(zhuǎn)速報(bào)警超速 Y NN顯示圖4-1 軟件設(shè)計(jì)流程圖4.2 系統(tǒng)程序#include<reg52.h>#include<math.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit p26=P26; /百位sbit p25=P25; /十位sbit p24=P24; /個(gè)位sbit p20=P20 ;sbit p21=P21;sbit p22=P22;sbit beep=P23;void delay(uchar n);void key_s1(void) ;

17、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 status_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(uc

18、har n) uint i,j; for(i=0;i<n;i+) for(j=0;j<121;j+) ; void key_s1(void) uint i; p20=1; if(p20=0) temp1+; for(i=0;i<50;i+) xianshi2();void key_s2(void) uint i; p21=1; if(p21=0) temp1-; for(i=0;i<50;i+) xianshi2(); void key_s3(void) uint i; p22=1; if(p22=0) status_flag+; if(status_flag>1

19、) status_flag=0; if(status_flag=0) for(i=0;i<15;i+) xianshi1(); if(status_flag=1) for(i=0;i<15;i+) xianshi2(); void xianshi1()P0=age; p26=0; delay(1); /顯示個(gè)位 p26=1; P0=ashi; p25=0; delay(1); /顯示十位 p25=1; P0=abai; p24=0; delay(1); /顯示百位 p24=1;void xianshi2()P0=atemp1/100%10; p24=0; delay(1); /顯示

20、bai位 p24=1; P0=atemp1%100/10; p25=0; delay(1); /顯示shi位 p25=1; P0=atemp1%100%10; p26=0; delay(1); /顯示ge位 p26=1; void chuli(uint m) bai=(m/100)%10;/得到百位數(shù) shi=(m%100)/10; /得到十位數(shù) ge=(m%100)%10;/得到個(gè)位數(shù)timer0() interrupt 1 using 0 /定時(shí)器0中斷服務(wù)程序，定義定時(shí)器0cishu+; TH0=(65536-50000)/256;/寫(xiě)入定時(shí)初值，定時(shí)值為50msTL0=(65536-5

21、0000)%256;if(cishu=20)/每次中斷為50ms，計(jì)數(shù)20次即為1szhuansu=(TL1+256*TH1)/50; cmp=zhuansu;chuli(zhuansu);TH1=0;TL1=0;cishu=0;void beeping(unsigned char t)uchar bmp;for(;t>0;t-)beep=!beep;for(bmp=0;bmp<100;bmp+)xianshi1();main() beep=0;xianshi1();TMOD=0x51;/T0工作在定時(shí)器方式，操作模式1，T1工作在計(jì)數(shù)方式操作模式1TH0=(65536-50000

22、)/256;TL0=(65536-50000)%256;TH1=0;/T1自動(dòng)計(jì)算輸入脈沖的值TL1=0;ET0=1;/允許定時(shí)器0溢出中斷TR0=1;/ 定時(shí)器0運(yùn)行ET1=1;/允許計(jì)數(shù)器1溢出中斷TR1=1;/計(jì)數(shù)器1運(yùn)行EA=1; while(1) key_s3(); switch(status_flag)case 1: key_s1(); key_s2(); for(l=0;l<50;l+) xianshi2(); /delay(20);break; case 0:chuli(zhuansu); xianshi1(); if(zhuansu>temp1) beeping(

23、4); chuli(cmp); xianshi1(); break; default: break; 5 設(shè)計(jì)總結(jié)及展望本次設(shè)計(jì)從3月上旬到5月中旬這段時(shí)間進(jìn)行的，在這段時(shí)間內(nèi)，通過(guò)自身的努力、指導(dǎo)老師和同學(xué)們的幫助，設(shè)計(jì)任務(wù)還是順利完成的,實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定 。通過(guò)此次的設(shè)計(jì)，讓我更加鞏固C語(yǔ)言編程和protel的應(yīng)用，而且很擴(kuò)展了相關(guān)電子的知識(shí)。這一切成果都是在本次設(shè)計(jì)中收獲的.第一點(diǎn)是我制作電路板的時(shí)候遇到了很多的問(wèn)題，例如：protel的模擬調(diào)試常常無(wú)法調(diào)試正確，PCB連線圖出現(xiàn)了不少跳線等一些問(wèn)題。不過(guò)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(lái)。第二點(diǎn)就是在程序編寫(xiě)和調(diào)試中，出現(xiàn)了超速而無(wú)法報(bào)警，復(fù)位電路無(wú)法工作，晶振無(wú)法起振等一些問(wèn)題，這非常讓人苦惱，但是經(jīng)過(guò)劉老師和同學(xué)們的幫助，目前問(wèn)題都一一解決了。在本次設(shè)計(jì)中讓我更加掌握了C語(yǔ)言和protel的知識(shí)，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