畢業(yè)設(shè)計(論文)基于單片機(jī)的智能型電機(jī)轉(zhuǎn)速測定儀設(shè)計

目錄TOC\o"1-7"\h\z\u1引言 12系統(tǒng)實現(xiàn) 23硬件設(shè)計 23.1方案實現(xiàn)原理 23.2硬件設(shè)計框圖 33.3硬件電路原理圖 43.4槽型光電傳感器ITR8402 43.5ISP下載口 53.6電源電路 53.7脈沖信號完成電路 53.8單片機(jī)控制系統(tǒng)電路 63.9超速報警電路 73.10PCB連線 84程序設(shè)計 84.1程序設(shè)計思路 94.2系統(tǒng)程序 105設(shè)計總結(jié) 14參考文獻(xiàn) 15致謝 16附錄 17智能型電機(jī)轉(zhuǎn)速測定儀設(shè)計摘要：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)速測定儀的設(shè)計。該設(shè)計以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語言編程，最終完成電機(jī)轉(zhuǎn)速測定儀的設(shè)計。本文詳細(xì)闡述了如何利用光電傳感器實現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的信號接受，運用單片機(jī)單片機(jī)at89s52對脈沖信號進(jìn)行處理計算，然后通過數(shù)碼顯示管顯示出來。關(guān)鍵詞：測速；光電傳感器；at89s52單片機(jī)最小系統(tǒng)；電機(jī)；數(shù)碼管；IntelligentMotorSpeedCryoscopeDesignDengqiulingInformationScienceandTechnologyschool,ZhanjiangNormalUniversity,Abstract:ThispaperintroducesakindofintelligentmotorspeedbasedonsinglechipdesignoftheHSP.Thisdesignasthecore,at89s52SCMcontrolwithphotoelectricsensors,LEDdigitaltube,hardwarecomposition,etc,buzzerreusingtheCprogramminglanguage,andfinallyfinishedthedesignofmotorspeedtester.Thispaperexpoundshowtorealizethemotorspeedbyphotoelectricsensorsignalbymonolithicintegratedcircuitat89s52SCM,onthepulsesignalprocessing,andthencalculatedbyXianShiGuandigitaldisplay.Keywords:speed;Photoelectricsensor;At89s52SCMsystemofminimum;Motor;Digitaltube;1引言近年來，隨著電力電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)及控制技術(shù)等的快速發(fā)展，伺服驅(qū)動系統(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)動系統(tǒng)高精度、高可靠性等要求，轉(zhuǎn)速控制是實現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié).如何獲得電動機(jī)精確的轉(zhuǎn)速信號以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的高精度控制，就成了單片機(jī)控制電機(jī)測度的一個突出的問題之一。在電動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中，在電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝測速發(fā)電機(jī)或光電編碼盤等測速裝置，利用電機(jī)中的轉(zhuǎn)子位置傳感器所產(chǎn)生的脈沖信號來反映它的轉(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)簡單緊湊、靈敏度高，傳送過程無抖動現(xiàn)象，頻率響應(yīng)寬、壽命長等優(yōu)點。但霍爾傳感器存在一定程度的磁不敏感區(qū)，會降低電機(jī)運行的可靠性，且對安裝位置要求精確，因此安裝調(diào)試比較復(fù)雜，如要用于產(chǎn)品開發(fā)，會間接增加開發(fā)成本。光電式傳感器是利用光電元件，對帶有糟口（或柵）的旋轉(zhuǎn)圓盤的位置進(jìn)行通斷信號變化的接收，產(chǎn)生一系列反映轉(zhuǎn)子位置的脈沖信號。其檢測分辨率高，適用于檢測各種一般電動機(jī)。因為光電傳傳感器性能比較穩(wěn)定，這在應(yīng)用中是相當(dāng)重要的。本設(shè)計介紹利用光電傳感器模塊來測定電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法。相對于傳統(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)測速。2系統(tǒng)實現(xiàn)本系統(tǒng)利用光電傳感器和單片機(jī)相結(jié)合，運用了編碼盤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)動的時候，編碼管就回切割光電傳感器，產(chǎn)生信號，然后經(jīng)過比較器產(chǎn)生一連串的脈沖信號，脈沖信號通過單片機(jī)at89s52T1計數(shù)管腳輸入，單片機(jī)對脈沖進(jìn)行計數(shù)，再通過算法把計到的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)為速度。因為本設(shè)計是針對電機(jī)轉(zhuǎn)速測定，所以報警電路是必需。通過程序的編寫和外部電路設(shè)定，共同完成了本測定儀的報警系統(tǒng)。外部超速報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。通過外部按鍵設(shè)定超速額定值,這便于本電機(jī)轉(zhuǎn)速測定儀更智能化,更便利化。3硬件設(shè)計3.1方案實現(xiàn)原理光電傳感器是選用機(jī)械鼠標(biāo)里面的對射式的光電傳感器。它的工作原理是：當(dāng)接收管接收到來自發(fā)射管的信號時，接收管就導(dǎo)通，沒接到信號時，接收管就截止。利用它的這一特性，可以用一編碼盤不停的切割光電對管，利用光電對管的特性產(chǎn)生一連串的脈沖，編碼盤就利用鼠標(biāo)里面現(xiàn)成的。編碼盤裝在電機(jī)上，電機(jī)轉(zhuǎn)動后，編碼盤就不停的切割光電對管。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)的計數(shù)引腳直接識別。因此直接產(chǎn)生的方波經(jīng)過一個比較器產(chǎn)生一個五伏左右的方波，該方波信號被單片機(jī)的計數(shù)管腳T1接收，利用另一定時器定一中斷周期，然后處理這一周期內(nèi)接收到的脈沖次數(shù)，通過計算便可得出電機(jī)的轉(zhuǎn)速.編碼盤有十個孔，編碼盤轉(zhuǎn)動一圈能夠產(chǎn)生10個脈沖，精度達(dá)到0.1r/s，如果想要提高測速的精度，只需改變編碼盤上的孔數(shù)即可。3.2硬件設(shè)計框圖單片機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)電源脈沖信號完成外部信號輸入數(shù)碼管顯示圖3-1硬件設(shè)計框圖如圖3-2的硬件電路原理圖所示,本硬件設(shè)計的電路過程如下:接通電源,裝在電機(jī)的編碼管切割光電傳感器得到信號,信號經(jīng)比較器得到一個脈沖信號,脈沖信號通過T1腳輸入單片機(jī)內(nèi),單片機(jī)進(jìn)行計算、處理，在數(shù)碼管中顯示。如電機(jī)轉(zhuǎn)速超過報警電路額定值，報警電路進(jìn)行報警。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存儲器.使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器.在單芯片上，擁有靈巧的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光發(fā)射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側(cè)。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測物體從槽中通過時，光被遮擋，光電開關(guān)便動作。輸出一個開關(guān)控制信號，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動作。槽形開關(guān)的檢測距離因為受整體結(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)編碼盤切割光電傳感器的時候，其信號就可通過導(dǎo)線傳到比較器，從而形成脈沖信號。光電傳感器是效率最高、最可靠的檢測裝置。在現(xiàn)代電子領(lǐng)域中傳感器是獲取信息的工具，它涉及整個科學(xué)技術(shù)、國防、航空、航天、交通運輸、能源、機(jī)械、石油、化工、輕工、紡織等工業(yè)部門和環(huán)境保護(hù)、生物醫(yī)學(xué)工程等和日常生活的各個領(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，運用ISP下載口將程序下載在89s52大單片機(jī)中，實現(xiàn)對射式光電傳感器與速度轉(zhuǎn)換的計算。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，實現(xiàn)復(fù)位使用.5V電源是供電給下載口。圖3-4ISP下載口3.6電源電路圖3-5所示是電源電路，電源部分為整個電路提供穩(wěn)定的5伏直流電，使整個電路能正常工作。電源部分包括一個由四個二極管組成的整流管對電流起到整流作用，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脈沖信號完成電路編碼管裝在電機(jī)上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，編碼管就不斷對光電傳感器的光電對管進(jìn)行切割得到電機(jī)轉(zhuǎn)速信號，電機(jī)轉(zhuǎn)速信號通過比較器后得到一個脈沖信號，脈沖信號輸入單片機(jī)T1腳，在單片機(jī)中進(jìn)行處理、計算。脈沖信號生成電路中的RW1電位器是用于調(diào)定圖中比較器1腳的電壓，使轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)為脈沖信號，如圖3-5所示。圖3-6脈沖信號生成電路3.8單片機(jī)控制系統(tǒng)電路脈沖信號通過T1腳輸入單片機(jī)89s52，經(jīng)過單片機(jī)的內(nèi)部程序處理，將脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)樗俣仍诠碴帞?shù)碼管顯示。單片機(jī)X1腳和X2腳連接的時起振電路，P2.6腳連接本設(shè)計的報警電路，當(dāng)輸入的電機(jī)轉(zhuǎn)速超過設(shè)定的速度時，P2.6腳就會發(fā)出信號令報警電路鳴響。當(dāng)脈沖信號輸入，單片機(jī)對脈沖信號進(jìn)行處理、計算，然后通過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超速報警電路圖3-8所示的是超速報警電路，該電路用于電機(jī)速度超過本電路設(shè)定速度的時候進(jìn)行報警，圖中的Q9013三極管用于報警電路的開關(guān)，該三極管是PNP管，低電平有效。當(dāng)輸入為低電平的時候，三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，報警器鳴響，BEEP是報警器。當(dāng)測到的速度大于設(shè)定的額定速度值時，報警器就會鳴響，這時就知道電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過了設(shè)定的速度。圖中的P2.6是連接單片機(jī)P2.6腳，超速信號從P2.6腳輸出，經(jīng)過Q9013三極管到蜂鳴器，報警器鳴響。圖3-8報警電路3.10PCB連線圖3-9智能型電機(jī)轉(zhuǎn)速測定儀PCB電路4程序設(shè)計4.1程序設(shè)計思路本程序使用C語言進(jìn)行編程，首先設(shè)定初始值為50ms，信號進(jìn)入的中斷時間為50ms，計數(shù)20次即為1s.因為使用T1腳的外部中斷功能，只有脈沖信號進(jìn)入單片機(jī)時，單片機(jī)才進(jìn)行計算。脈沖信號進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)部的程序運用zhuansu=(TL1+256*TH1)/50公式進(jìn)行計算出此時的電機(jī)轉(zhuǎn)速.此時電機(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)速超過報警電路設(shè)定的速度，那么報警器就會響，超速的速度通過數(shù)碼管顯示出來。報警電路的速度額定值是運用外部設(shè)定，單片機(jī)內(nèi)部只要設(shè)定自加1程序，根據(jù)外部報警電路的指示進(jìn)行額定值設(shè)定。此次設(shè)計電機(jī)轉(zhuǎn)速測定儀的程序采用的是C程序設(shè)計，程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此之間也是相互獨立的。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)計的流程框圖，其清楚地表明本次程序設(shè)計的思路和步驟。開始開始設(shè)初值為50ms設(shè)初值為50ms計數(shù)計數(shù)1s時間?1s時間?NY讀出計算的脈沖數(shù)讀出計算的脈沖數(shù)計算出轉(zhuǎn)速計算出轉(zhuǎn)速報警超速Y報警超速NN顯示顯示圖4-1軟件設(shè)計流程圖4.2系統(tǒng)程序#include<reg52.h>#include<math.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitp26=P2^6;//百位sbitp25=P2^5;//十位sbitp24=P2^4;//個位sbitp20=P2^0;sbitp21=P2^1;sbitp22=P2^2;sbitbeep=P2^3;voiddelay(ucharn);voidkey_s1(void);voidkey_s2(void);voidkey_s3(void);voidxianshi1();voidxianshi2();voidchuli(uintm);voidbeeping(unsignedchart);uchardop;//標(biāo)志位ucharcishu;chartemp1=60;ucharstatus_flag;unsignedcharbai,shi,ge;uintl,cmp;uchara[10]={0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F};uintzhuansu;voiddelay(ucharn){uinti,j;for(i=0;i<n;i++){for(j=0;j<121;j++){;}}}voidkey_s1(void) 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//寫入定時初值，定時值為50msTL0=(65536-50000)%256;if(cishu==20)//每次中斷為50ms，計數(shù)20次即為1s{zhuansu=(TL1+256*TH1)/50;cmp=zhuansu;chuli(zhuansu);TH1=0;TL1=0;cishu=0;}}voidbeeping(unsignedchart){ ucharbmp; for(;t>0;t--) { beep=!beep; for (bmp=0;bmp<100;bmp++) xianshi1(); }}main(){beep=0;xianshi1();TMOD=0x51;//T0工作在定時器方式，操作模式1，T1工作在計數(shù)方式操作模式1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;TH1=0;//T1自動計算輸入脈沖的值TL1=0;ET0=1;//允許定時器0溢出中斷TR0=1;//定時器0運行ET1=1;//允許計數(shù)器1溢出中斷TR1=1;//計數(shù)器1運行EA=1;while(1) {key_s3();switch(status_flag){case1:key_s1();key_s2(); for(l=0;l<50;l++) {xianshi2();} //delay(20); break;case0:chuli(zhuansu);xianshi1();if(zhuansu>temp1) {beeping(4); chuli(cmp); xianshi1();} break;default:break; }}}5設(shè)計總結(jié)及展望本次設(shè)計從3月上旬到5月中旬這段時間進(jìn)行的，在這段時間內(nèi)，通過自身的努力、指導(dǎo)老師和同學(xué)們的幫助，設(shè)計任務(wù)還是順利完成的,實現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速測定。通過此次的設(shè)計，讓我更加鞏固C語言編程和protel的應(yīng)用，而且很擴(kuò)展了相關(guān)電子的知識。這一切成果都是在本次設(shè)計中收獲的.第一點是我制作電路板的時候遇到了很多的問題，例如：protel的模擬調(diào)試常常無法調(diào)試正確，PCB連線圖出現(xiàn)了不少跳線等一些問題。不過我不灰心，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。第二點