基于編碼器電機(jī)測(cè)量轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)角課程設(shè)計(jì)

1、博名/4人挈課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：專業(yè)課課程設(shè)計(jì)II課設(shè)題目：簡(jiǎn)易測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角裝置專業(yè)班級(jí)：電子信息工程1001姓名：郭陽(yáng)單號(hào)：100402124課設(shè)時(shí)間：2013.12批閱時(shí)間:指導(dǎo)教師：桂斑成績(jī)：任務(wù)書(shū)題目：簡(jiǎn)易測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角裝置參數(shù)：處理器89C52顯示設(shè)備LCM1602編碼器歐姆龍H38S6-2000-3-2-24電機(jī)GM12F-N20VA08260/298-R要求：利用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)，基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易的電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角測(cè)量。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能夠?qū)崟r(shí)的顯示轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角要求有正負(fù)（以初始位置為0度）。當(dāng)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，用手?jǐn)Q動(dòng)編碼器的軸也可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角測(cè)量。日程安排：12月19-12月

2、20,查閱資料，確定課設(shè)題目12月23-12月26,進(jìn)行電機(jī)測(cè)轉(zhuǎn)速的編程及仿真工作。12月27-12月31,進(jìn)行電機(jī)測(cè)角度的編程及仿真工作。1月2,老師進(jìn)行檢查1月3-1月7日，進(jìn)行最后的補(bǔ)充與修改及寫(xiě)報(bào)告摘要OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO總體方案OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO四、1.2.3.方案選擇編碼器介紹1.2.OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO

3、OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO編碼器原理編碼器選型OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO編碼器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO1.2.3.4.原理介紹程序框圖編程實(shí)現(xiàn)改錯(cuò)心得編碼器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)角1.2.3.4.OOOOOOOO原理介紹程序框圖編程實(shí)現(xiàn)改錯(cuò)心得實(shí)驗(yàn)檢測(cè)10111.2.實(shí)驗(yàn)描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO名吉OOOOOO

4、OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO111111簡(jiǎn)易測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角裝置摘要本文介紹了基于89C52單片機(jī)的測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角的系統(tǒng)，概述了編碼器的工作原理和應(yīng)用，詳細(xì)闡述了測(cè)速及測(cè)轉(zhuǎn)角的基本原理、實(shí)現(xiàn)的步驟和軟硬件的設(shè)計(jì)，采用C語(yǔ)言編程，用1602液晶屏顯示數(shù)據(jù)，結(jié)果表明該方法具有簡(jiǎn)單、精度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：89C52單片機(jī)測(cè)速測(cè)轉(zhuǎn)角編碼器電機(jī)整體方案1 .方案一采用紅外光電對(duì)管數(shù)據(jù)采集電路，紅外對(duì)管根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)開(kāi)口遮光片的位置，每轉(zhuǎn)一圈輸送幾個(gè)低脈沖實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)角的測(cè)量。2 .方案二采用編碼器采集信號(hào)，將編碼器的軸與電機(jī)的軸通過(guò)聯(lián)軸器固定，電

5、機(jī)帶動(dòng)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)想單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理測(cè)出轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)角。3 .方案選擇采用編碼器測(cè)量系統(tǒng)具有低慣性、低噪聲、高分辨率和高精度的優(yōu)點(diǎn)，光柵的成功應(yīng)用使編碼器在檢測(cè)和控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。選擇編碼器做傳感器使得系統(tǒng)擁有測(cè)量準(zhǔn)確度高、采樣速度快、測(cè)量范圍寬和測(cè)量精度與被測(cè)速度無(wú)關(guān)等優(yōu)點(diǎn)。所以選擇方案二。編碼器介紹1 .編碼器原理編碼器是將信號(hào)或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式的設(shè)備。編碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種；按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類(lèi)。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電

6、信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過(guò)程無(wú)關(guān)。現(xiàn)在編碼器的廠家生產(chǎn)的系列都很全，一般都是專用的，如電梯專用型編碼器、機(jī)床專用編碼器、伺服電機(jī)專用型編碼器等，并且編碼器都是智能型的，有各種并行接口可以與其它設(shè)備通訊。編碼器由一個(gè)中心有軸的光電碼盤(pán)，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取，獲得四組正弦波信號(hào)組合成A、BCD,每個(gè)正弦波相差90度相位差，將GD信號(hào)反向，疊加在AB兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。優(yōu)點(diǎn)：體積小，精密，本身分辨度可以很

7、高，無(wú)接觸無(wú)磨損；同一品種既可檢測(cè)角度位移，又可在機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置幫助下檢測(cè)直線位移；多圈光電絕對(duì)編碼器可以檢測(cè)相當(dāng)長(zhǎng)量程的直線位移（如25位多圈）。壽命長(zhǎng)，安裝隨意，接口形式豐富，價(jià)格合理。成熟技術(shù)，多年前已在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)：精密但對(duì)戶外及惡劣環(huán)境下使用提出較高的保護(hù)要求；量測(cè)直線位移需依賴機(jī)械裝置轉(zhuǎn)換，需消除機(jī)械間隙帶來(lái)的誤差；檢測(cè)軌道運(yùn)行物體難以克服滑差。2 .編碼器選型選型的三個(gè)要素是機(jī)械安裝尺寸，分辨率和電氣接口。我選用了歐姆龍H38S6-2000-3-2-24這款編碼器。外徑38mm止口20mm?由徑6mm,電纜側(cè)出，標(biāo)準(zhǔn)配線2米。尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)。選用2000轉(zhuǎn)的高分辨率，完全

8、可以測(cè)角度，單片機(jī)也可計(jì)算。集電極開(kāi)路是常用的一般電路選擇。采用編碼器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速1.原理介紹利用編碼器的Z軸每當(dāng)轉(zhuǎn)一圈會(huì)發(fā)一個(gè)脈沖，將Z軸信號(hào)接到外部中斷0弓I腳，每當(dāng)有下降沿信號(hào)則使變量加1。同時(shí)采用定時(shí)器中斷，每隔一秒查看變量增加的個(gè)數(shù)，即可算出每秒轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)。再把這個(gè)轉(zhuǎn)速送給顯示函數(shù)，用數(shù)碼管顯示出來(lái)。2.程序框圖否圖3.23. 編程實(shí)現(xiàn)首先要在初始化函數(shù)里打開(kāi)定時(shí)器0中斷和外部0中斷，并且給定時(shí)器設(shè)定初始值，由于目標(biāo)為定時(shí)1秒大于65535,可以實(shí)行定時(shí)50ms,然后在定時(shí)器中斷服務(wù)程序里設(shè)一個(gè)變量，每進(jìn)一次中斷變量加一，加到20次，即時(shí)間過(guò)1秒后，查看變量y,把y的值賦予給轉(zhuǎn)速v,

9、并且使y=0,意義為每秒重新計(jì)數(shù)。外部中斷0要設(shè)置成下降沿中斷，服務(wù)程序?yàn)閥+,即每轉(zhuǎn)一圈變量加一。voidquanshu()interrupt0/外部中斷0計(jì)C相脈沖數(shù)(y+;voidzhuansu()interrupt1/定時(shí)器0中斷每隔1秒查一次轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)(TR0=0;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;count+;if(count=20)(v=y;y=0;count=0;)TR0=1;)4. 改錯(cuò)及心得進(jìn)行測(cè)量時(shí)出現(xiàn)誤差，并且轉(zhuǎn)速值不穩(wěn)定。原因有兩個(gè)：第一個(gè)是使用過(guò)多的外部中斷占用了CPU多的時(shí)間，使一些信號(hào)采集不準(zhǔn)確，導(dǎo)致誤差。第

10、二個(gè)是Z軸信號(hào)本身的缺陷，只有到一個(gè)固定位置時(shí)才會(huì)發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，使得無(wú)法實(shí)時(shí)的計(jì)算速度，即如果1s內(nèi)沒(méi)轉(zhuǎn)夠1圈，無(wú)論速度多快或多慢，系統(tǒng)就認(rèn)為速度是零。經(jīng)過(guò)重新思考，決定不用Z軸做采集信號(hào)，而是用A軸。這樣做既減少了一個(gè)中斷處理，又避免了誤差，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與實(shí)時(shí)性。根據(jù)這樣的思路更改程序框圖如下：否圖3.4當(dāng)然程序也要做相應(yīng)的改變。首先把外部中斷0全部關(guān)斷，在外部中斷1中加一句話y+;,由于轉(zhuǎn)速的定義為每秒轉(zhuǎn)的圈數(shù)，我每0.5秒查看一次y的數(shù)值，轉(zhuǎn)換公式為v=y/(2000*0.5),即v=y*0.001,因?yàn)轱@示方便，這里使v=y*0.01,然后把個(gè)位賦值給小數(shù)點(diǎn)后一位，把十位賦

11、值給個(gè)位就可以正確顯示了，更改后的程序如下：voidjiaodu()interrupt2/外部中斷1計(jì)A相脈沖數(shù)y+;)voidzhuansu()interrupt1/定時(shí)器0中斷每隔0.5秒查一次A轉(zhuǎn)過(guò)的脈沖數(shù)TR0=0;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;count+;if(count=10)(v=y*0.01;/轉(zhuǎn)速換算y=0;count=0;TR0=1;經(jīng)過(guò)如此的更改就解決了之前的問(wèn)題，顯示非常穩(wěn)定，誤差也減小了很多。再給51系列單片機(jī)編程時(shí)應(yīng)盡量的減少中斷的使用，尤其是輸入信號(hào)頻率高，要求精度高，硬件設(shè)備質(zhì)量低的情況。最好是根據(jù)有用

12、信號(hào)，即用最少的輸入信號(hào)得到最多的有用信息，通過(guò)編程減少外部設(shè)備，這樣做不僅能夠有效的減少誤差，還可以節(jié)約資源。四、采用編碼器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)角1.原理介紹利用編碼器的A軸和B軸來(lái)判斷正反轉(zhuǎn)和角度。這里的正反是以開(kāi)機(jī)時(shí)電機(jī)的初始位置為標(biāo)準(zhǔn)的。正反轉(zhuǎn)的判別方法：因?yàn)锳和B相差90度，假設(shè)正轉(zhuǎn)時(shí)A超前B90度，則反轉(zhuǎn)時(shí)B超前A90度，利用這一特點(diǎn)可以判斷正反。把A接到外部中斷1,B接到P0A0口，當(dāng)進(jìn)入中斷時(shí)，判斷B軸是高電平還是低電平就可以判斷正反了。角度的計(jì)算方法：電機(jī)轉(zhuǎn)一圈是360度，編碼器轉(zhuǎn)一圈發(fā)出2000個(gè)矩形波，有這個(gè)關(guān)系就可以計(jì)算角度，即角度=計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)*360、2000.2 .程序框圖圖4

13、.23 .編程實(shí)現(xiàn)首先在初始化函數(shù)里要打開(kāi)外部中斷1,并且設(shè)置成下降沿觸發(fā)。但A軸有信號(hào)來(lái)臨時(shí)，進(jìn)入到外部中斷1服務(wù)程序，先判斷P0A0口的高低電平，若為高電平，則計(jì)數(shù)變量加一，反之，計(jì)數(shù)變量減一。如果計(jì)數(shù)變量X大于2000或小于-2000,則使X等于0.這樣做減輕了變換角度的計(jì)算量，使系統(tǒng)認(rèn)為編碼器一直在正一周或負(fù)一周之內(nèi)活動(dòng)。接下來(lái)就可以將計(jì)數(shù)變量通過(guò)公式轉(zhuǎn)換成角度顯示了。顯示正負(fù)角則可以判斷計(jì)數(shù)變量的正負(fù)來(lái)確定。voidjiaodu()interrupt2/(if(d1=1)x+;elsex-;if(x2000)|(x(-2000)x=0;外部中斷1計(jì)A相脈沖數(shù)uintjiaodujisuan()/角度計(jì)算uintj;if(x0)wela=1;/顯示角度符號(hào)位P0=0xfb;wela=0;dula=1;P0=0x40;dula=0;delay(3);j=fabs(x);j=j*0.18;/角度轉(zhuǎn)換公式returnj;4 .改錯(cuò)及心得開(kāi)始沒(méi)有設(shè)置計(jì)數(shù)變量的上下限，使測(cè)量角度大于360度，改正后效果正確。開(kāi)始角度轉(zhuǎn)換公式為X=X*360/2000，結(jié)果顯示不正確，后來(lái)改為X=X*0.18，顯示正確。這段程序很考察細(xì)節(jié)，一個(gè)注意不到的地方有可能使程序出錯(cuò)。五、試驗(yàn)檢測(cè)1 .實(shí)驗(yàn)過(guò)程把編碼器與直流電機(jī)用聯(lián)軸器固定在一起，通過(guò)改變只直流電壓改變直流電