基于AT89C51的寬范圍高精度的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)

基于AT89C51的寬范圍高精度的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)摘要電機(jī)轉(zhuǎn)速是電機(jī)運(yùn)行的重要參數(shù)之一，準(zhǔn)確測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)于電機(jī)的監(jiān)控和控制至關(guān)重要。本文介紹了一種基于AT89C51單片機(jī)的寬范圍高精度的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用脈沖計(jì)數(shù)法來(lái)測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。該系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單、可靠、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種類(lèi)型的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量及控制。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電機(jī)轉(zhuǎn)速；測(cè)量系統(tǒng)；脈沖計(jì)數(shù)法AbstractMotorspeedisoneoftheimportantparametersofmotoroperation.Accuratemeasurementofmotorspeediscriticalformonitoringandcontrollingthemotor.ThispaperdescribesanAT89C51-basedwide-range,high-precisionmotorspeedmeasurementsystem.Thesystemusespulsecountingmethodtomeasuremotorspeed,andcanachievehigh-precisionmeasurementinawiderangeofspeeds.Thesystemhastheadvantagesofsimplicity,reliability,andlowcost,andissuitableforvarioustypesofmotorspeedmeasurementandcontrol.Keywords:microcontroller;motorspeed;measurementsystem;pulsecountingmethod1.引言電機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)和生活中廣泛使用的一種設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和控制對(duì)于保證生產(chǎn)和生活的正常進(jìn)行至關(guān)重要。電機(jī)的轉(zhuǎn)速是電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)之一，因此準(zhǔn)確測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)于電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和控制至關(guān)重要。目前，常見(jiàn)的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法有接觸式和非接觸式兩種。接觸式方法通常使用測(cè)速輪或光電編碼器等轉(zhuǎn)子上的測(cè)量裝置來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速，但該方法由于測(cè)量裝置的復(fù)雜性和易損性，存在應(yīng)用范圍狹窄、精度低等問(wèn)題。非接觸式方法通常使用霍爾傳感器、激光傳感器等感應(yīng)裝置來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速，但該方法由于對(duì)裝置和環(huán)境的限制需要特殊環(huán)境和裝置支持，因此成本較高。本文提出了一種基于AT89C51單片機(jī)的寬范圍高精度的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用脈沖計(jì)數(shù)法來(lái)測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，具有簡(jiǎn)單、可靠、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種類(lèi)型的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量及控制。下面將詳細(xì)介紹該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)。2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)的框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)框圖該系統(tǒng)采用霍爾傳感器來(lái)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)，并使用背光液晶顯示屏顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速。單片機(jī)AT89C51作為控制中心，用于采集和計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)，計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速并輸出到顯示屏。2.2脈沖計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)電機(jī)霍爾傳感器輸出的是一種模擬信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理才能夠被單片機(jī)采集和計(jì)數(shù)。本系統(tǒng)使用數(shù)字寬帶比較器LM393將霍爾傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并在單片機(jī)上進(jìn)行計(jì)數(shù)。如圖2所示，該電路包括比較器、霍爾傳感器、電阻和電容等組成，其中霍爾傳感器探頭位置和磁鐵位置之間應(yīng)該保持約2mm的距離。圖2脈沖計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)電路工作原理為：霍爾傳感器將感應(yīng)到的磁鐵信號(hào)轉(zhuǎn)換為霍爾信號(hào)輸出，經(jīng)過(guò)差分放大后通過(guò)比較器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)單片機(jī)中的計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘為單片機(jī)的時(shí)鐘，因此可以通過(guò)控制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)不同范圍的轉(zhuǎn)速測(cè)量。2.3軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中軟件設(shè)計(jì)包括計(jì)數(shù)器控制、顯示屏控制、脈沖信號(hào)采集和計(jì)算等功能。脈沖信號(hào)采集和計(jì)算功能：?jiǎn)纹瑱C(jī)從比較器中采集到脈沖信號(hào)后，通過(guò)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。根據(jù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值和計(jì)數(shù)時(shí)間可以計(jì)算得到電機(jī)轉(zhuǎn)速。計(jì)算公式為：$$v=\\frac{n}{t}\\times\\frac{60}{p}$$其中，v為電機(jī)轉(zhuǎn)速；n為計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值；t為計(jì)數(shù)時(shí)間；p為霍爾傳感器每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)。顯示屏控制功能：使用GLCD12864背光液晶顯示屏顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速。顯示屏控制程序主要開(kāi)啟顯存，設(shè)置顯示方式，使能液晶背光等操作，然后將轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)顯示在屏幕上。3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性和運(yùn)行效果，搭建了系統(tǒng)的樣機(jī)并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速在寬范圍內(nèi)的高精度測(cè)量，并且具有穩(wěn)定性和可靠性。實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，需注意以下幾點(diǎn)：（1）選用合適的計(jì)數(shù)時(shí)間和計(jì)數(shù)器分頻，以適應(yīng)不同范圍的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量。（2）設(shè)計(jì)合理的脈沖計(jì)數(shù)電路，保證脈沖信號(hào)的穩(wěn)定性和有效性。（3）合理編寫(xiě)顯示控制程序，使數(shù)據(jù)顯示清晰、美觀。4.結(jié)論本文介紹了一種基于AT89C51單片機(jī)