電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)

1、 電機(jī)課程設(shè)計(jì)題 目： 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng) 目錄：1、摘要-32、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-33、獲取脈沖信號(hào)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(shí)驗(yàn)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(xiàn)-181.摘要測(cè)速是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，學(xué)會(huì)使用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)測(cè)速儀表具有很重要的意義。     要測(cè)速，首先要解決是采樣的問(wèn)題。在使用模擬技術(shù)制作測(cè)速表時(shí)，常用測(cè)速發(fā)電機(jī)的方法，即將測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與待測(cè)軸相連，測(cè)速發(fā)

2、電機(jī)的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。使用單片機(jī)進(jìn)行測(cè)速，可以使用簡(jiǎn)單的脈沖計(jì)數(shù)法。只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個(gè)或固定的多個(gè)脈沖，并將脈沖送入單片機(jī)中進(jìn)行計(jì)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(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，然后用數(shù)碼管把電機(jī)的轉(zhuǎn)速顯示出來(lái)！本裝置主要有兩部分構(gòu)成。1光電測(cè)速部分。2測(cè)得的脈沖處理處理和顯示部分！光電測(cè)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(duì)接收到的脈沖進(jìn)行波形校正，由單片機(jī)的T1口輸入，經(jīng)80C51處理后顯示輸出電機(jī)的轉(zhuǎn)速下面我們來(lái)了解一下光電測(cè)速部分！。3、脈沖信號(hào)的獲得     可以有多種方式來(lái)獲得脈沖

3、信號(hào)，這些方法有各自的應(yīng)用場(chǎng)合。下面逐一進(jìn)行分析。31霍爾傳感器     霍爾傳感器是對(duì)磁敏感的傳感元件，常用于開(kāi)關(guān)信號(hào)采集的有CS3020、CS3040等，這種傳感器是一個(gè)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(kāi)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(duì)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(hào)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可

4、以做得較為簡(jiǎn)單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開(kāi)關(guān)靠近磁鋼，就有信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖輸出。在粘磁鋼時(shí)要注意，霍爾傳感器對(duì)磁場(chǎng)方向敏感，粘之前可以先手動(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。 這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)，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(shí)，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，否則打開(kāi)。為此，可以制作一個(gè)遮光葉片如圖3所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過(guò)時(shí)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個(gè)脈沖信號(hào)。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(guò)它已將光電傳感器、電子電路、碼盤等做成一個(gè)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(hào)。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測(cè)定等需要檢測(cè)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(cè)量電機(jī)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(shí)，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，否則打開(kāi)。為此，可以制作一個(gè)遮光葉片如圖3所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過(guò)時(shí)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個(gè)脈沖信號(hào)。 這里我們才用轉(zhuǎn)10個(gè)孔的方式！在一分鐘的時(shí)間內(nèi)，假如產(chǎn)生了10000脈沖，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速就為1000r/min.4、硬件連接     測(cè)速的方法決定了測(cè)速信號(hào)的硬件連接，測(cè)速實(shí)際上就是測(cè)頻，因此，頻率測(cè)量的一些原則同樣適用于測(cè)速。  &#

7、160;  通常，可以用計(jì)數(shù)法、測(cè)脈寬法和等精度法來(lái)進(jìn)行測(cè)試。所謂計(jì)數(shù)法，就是給定一個(gè)閘門時(shí)間，在閘門時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)輸入的脈沖個(gè)數(shù)；測(cè)脈寬法是利用待測(cè)信號(hào)的脈寬來(lái)控制計(jì)數(shù)門，對(duì)一個(gè)高精度的高頻計(jì)數(shù)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于閘門與被測(cè)信號(hào)不能同步，因此，這兩種方法都存在±1誤差的問(wèn)題，第一種方法適用于信號(hào)頻率高時(shí)使用，第二種方法則在信號(hào)頻率低時(shí)使用。等精度法則對(duì)高、低頻信號(hào)都有很好的適應(yīng)性。     這里為簡(jiǎn)化討論，僅采用計(jì)數(shù)法來(lái)進(jìn)行測(cè)試。如上圖：因?yàn)楣怆妭鞲衅鞑缓梅抡?，這里我們采用了555芯片構(gòu)成一個(gè)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(jī)的T1（P3.5）.。經(jīng)89C51編程處理后由P1口輸出通過(guò)數(shù)碼管顯示出轉(zhuǎn)速！5、實(shí)驗(yàn)程序及分析     測(cè)量轉(zhuǎn)速，使用光電傳感器，被測(cè)電機(jī)帶動(dòng)紙片旋轉(zhuǎn)，我們?cè)诩埰祥_(kāi)了10小孔，電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周就會(huì)產(chǎn)生10個(gè)脈沖，產(chǎn)生12個(gè)脈沖，要求將轉(zhuǎn)速值（轉(zhuǎn)/分）顯示在數(shù)碼管上。實(shí)驗(yàn)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(hào)接在T1上#define TIME_CYLC 100 /12M晶振，定時(shí)器10ms 中斷一次 我們1秒計(jì)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(gè)齒，即傳感器檢測(cè)到10個(gè)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(shí)間計(jì)數(shù)器bit Flag_Fresh = 0; / 刷新標(biāo)志 bit Flag_clac = 0; /計(jì)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(gè)四位數(shù) void DisplayFresh();/計(jì)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(shí)器T0void init_timer0();/初始化定時(shí)器T1void init_timer1

11、();/延時(shí)函數(shù) void Delay(uint ms);void it_timer0() interrupt 1 /* interrupt address is 0x000b */TF0 = 0; /d定時(shí)器 T0用于數(shù)碼管的動(dòng)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(jì)算轉(zhuǎn)速了 void it_timer1() interrupt 3 /* interrupt address is 0x001

12、b */TF1 = 0; /定時(shí)器T1用于單位時(shí)間內(nèi)收到的脈沖數(shù) /要速度不是很快，T1永遠(yuǎn)不會(huì)益處Flag_Err = 1; /如果速度很高，我們應(yīng)考慮另外一種測(cè)速方法，：脈沖寬度算轉(zhuǎn)速 void main(void)Disbuf0 = 0; /開(kāi)機(jī)時(shí)，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(shí)刷新數(shù)碼管顯示 if(Flag_clac) Flag_clac = 0; C

13、lacSpeed(); /計(jì)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(shí) 清零 TH1=TL1 = 0x00;/脈沖計(jì)數(shù)清零 if(Flag_Err) /超量程處理 /數(shù)碼管顯示字母'EEEE' Disbuf0 = 0x9e; /開(kāi)機(jī)時(shí)，初始化為0000 Disbuf1 = 0x9e; Disbuf2 = 0x9e; Disbuf3 = 0x9e; while(1) DisplayFresh();/不再測(cè)速 等待復(fù)位i /在數(shù)碼管上顯示一個(gè)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(jì)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(shí)器T0void init_timer0()TMOD &= 0xf0; /定時(shí)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(shí)函數(shù) void Delay(uint ms)uchar i;while(ms-) for(i=0;i<100;i+);/初始化定時(shí)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(cè)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