电机转速测量系统文档格式.docx
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由式（3-2）可知，当电源电压US不变的情况下，电枢的端电压的平均值Uo取决于占空比α的大小，改变α值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM调速原理。
在PWM调速中，占空比α是一个重要参数。
在直流电机控制中，改变α来实现调速主要方法是定频调宽法：
使周期T（或频率）保持不变，而同时改变t1和t2。
4、直流电机仿真
利用MATLAB进行系统建模和仿真，在Simulink环境下,利用SimPowerSystemTool进行电路的搭建和参数的设置。
由于无法获得直流小电机的具体参数，此仿真用的是中小功率直流电机，整流电路采用单相桥式逆变器，开关电子器件采用IGBT，通过控制两组IGBT的开通和关断，来实现电机的正反转。
图1-2直流电机的参数
图1-3逆变电路图
图1-4电机接线图（采用串电阻启动）
图1-5电机转速随时间变化图
仿真结果：
下表为电机转速随--PWM中占空比
占空比（%）
100
75
50
25
转速（rad/s）
125
115
98
61
二、检测直流电机转速
要测速，首先要解决是采样的问题。
在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。
使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。
只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数，即可获得转速的信息。
本装置主要有两部分构成:
1光电测速部分，2测得的脉冲处理处理和显示部分。
光电测速部分主要由光电传感器构成，脉冲处理部分主要经施密特触发器对接收到的脉冲进行波形校正，由单片机的T1口输入，经80C51处理后显示输出电机的转速。
1、脉冲信号的获得
光电传感器是应用非常广泛的一种器件，有各种各样的形式，如透射式、反射式等，基本的原理就是当发射管光照射到接收管时，接收管导通，反之关断。
以透射式为例，如图1所示，当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时，开关管关断，否则打开。
为此，可以制作一个遮光叶片如图2所示，安装在转轴上，当扇叶经过时，产生脉冲信号。
当叶片数较多时，旋转一周可以获得多个脉冲信号。
图1光电传感器的原理图
图2遮光叶片
光电编码器的工作原理与光电传感器一样，不过它已将光电传感器、电子电路、码盘等做成一个整体，只要用连轴器将光电传感器的轴与转轴相连，就能获得多种输出信号。
我们选的是光电传感器，采用穿透法测量电机转速。
当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时，开关管关断，否则打开。
为此，可以制作一个遮光叶片如图3所示，安装在转轴上，当扇叶经过时，产生脉冲信号。
这里我们才用转10个孔的方式！
在一分钟的时间内，假如产生了10000脉冲，则电机的转速就为1000r/min.
2、硬件连接
测速的方法决定了测速信号的硬件连接，测速实际上就是测频，因此，频率测量的一些原则同样适用于测速。
通常，可以用计数法、测脉宽法和等精度法来进行测试。
所谓计数法，就是给定一个闸门时间，在闸门时间内计数输入的脉冲个数；
测脉宽法是利用待测信号的脉宽来控制计数门，对一个高精度的高频计数信号进行计数。
由于闸门与被测信号不能同步，因此，这两种方法都存在±
1误差的问题，第一种方法适用于信号频率高时使用，第二种方法则在信号频率低时使用。
等精度法则对高、低频信号都有很好的适应性。
这里为简化讨论，仅采用计数法来进行测试。
如上图：
因为光电传感器不好仿真，这里我们采用了555芯片构成一个施密特触发器，由光电传感器得到的脉冲由2，5脚输入，经3脚输出接到单片机的T1（P3.5）.。
经89C51编程处理后由P1口输出通过数码管显示出转速！
3、实验程序及分析
测量转速，使用光电传感器，被测电机带动纸片旋转，我们在纸片上开了10小孔，电机每旋转一周就会产生10个脉冲，产生12个脉冲，要求将转速值（转/分）显示在数码管上。
实验程序如下：
#include<
REG52.H>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineulongunsignedlong
#defineLED_DATP1
sbitLED_SEG0=P0^3;
sbitLED_SEG1=P0^2;
sbitLED_SEG2=P0^1;
sbitLED_SEG3=P0^0;
//sbitpin_SpeedSenser=P3^5;
//光电传感器信号接在T1上
#defineTIME_CYLC100//12M晶振，定时器10ms中断一次我们1秒计算一次转速//1000ms/10ms=100
#definePLUS_PER10//码盘的齿数，这里假定码盘上有10个齿，即传感器检测到10个脉冲，认为1圈
#defineK100.0//校准系数
unsignedcharcodetable[]=
{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
uchardataDisbuf[4];
//显示缓冲区
uintTcounter=0;
//时间计数器
bitFlag_Fresh=0;
//刷新标志
bitFlag_clac=0;
//计算转速标志
bitFlag_Err=0;
//超量程标志
//在数码管上显示一个四位数
voidDisplayFresh（）;
//计算转速，并把结果放入数码管缓冲区
voidClacSpeed（）;
//初始化定时器T0
voidinit_timer0（）;
//初始化定时器T1
voidinit_timer1（）;
//延时函数
voidDelay（uintms）;
voidit_timer0（）interrupt1/*interruptaddressis0x000b*/
{
TF0=0;
//d定时器T0用于数码管的动态刷新
//
TH0=0xC0;
/*initvalues*/
TL0=0x00;
Flag_Fresh=1;
Tcounter++;
if（Tcounter>
TIME_CYLC）
{Flag_clac=1;
//周期到，该重新计算转速了
}
voidit_timer1（）interrupt3/*interruptaddressis0x001b*/
TF1=0;
//定时器T1用于单位时间内收到的脉冲数
//要速度不是很快，T1永远不会益处
Flag_Err=1;
//如果速度很高，我们应考虑另外一种测速方法，：
脉冲宽度算转速
voidmain（void）
Disbuf[0]=0;
//开机时，初始化为0000
Disbuf[1]=0;
Disbuf[2]=0;
Disbuf[3]=0;
init_timer0（）;
init_timer1（）;
while
（1）
{
if（Flag_Fresh）
{Flag_Fresh=0;
DisplayFresh（）;
//定时刷新数码管显示
}
if（Flag_clac）
{Flag_clac=0;
ClacSpeed（）;
//计算转速，并把结果放入数码管缓冲区
Tcounter=0;
//周期定时清零
TH1=TL1=0x00;
//脉冲计数清零
if（Flag_Err）//超量程处理
{
//数码管显示字母'
EEEE'
Disbuf[0]=0x9e;
Disbuf[1]=0x9e;
Disbuf[2]=0x9e;
Disbuf[3]=0x9e;
while
（1）
{DisplayFresh（）;
//不再测速等待复位i
}
//在数码管上显示一个四位数
voidDisplayFresh（）
P2|=0xF0;
LED_SEG0=0;
LED_DAT=table[Disbuf[0]];
Delay
（1）;
LED_SEG1=0;
LED_DAT=table[Disbuf[1]];
LED_SEG2=0;
LED_DAT=table[Disbuf[2]];
LED_SEG3=0;
LED_DAT=table[Disbuf[3]];
//计算转速，并把结果放入数码管缓冲区
voidClacSpeed（）
uintspeed;
uintPlusCounter;
PlusCounter=TH1*256+TL1;
speed=K*（PlusCounter/PLUS_PER）/60;
//K是校准系数，如速度不准，调节K的大小
Disbuf[0]=（speed/1000）%10;
Disbuf[1]=（speed/100）%10;
Disbuf[2]=（speed/10）%10;
Disbuf[3]=speed%10;
voidinit_timer0（）
TMOD&
=0xf0;
//定时10毫秒/*Timer0mode1withsoftwaregate*/
TMOD|=0x01;
/*GATE0=0;
C/T0#=0;
M10=0;
M00=1;
*/
ET0=1;
/*enabletimer0interrupt*/
EA=1;
/*enableinterrupts*/
TR0=1;
/*timer0run*/
voidDelay（uintms）
uchari;
while（ms--）
for（i=0;
i<
100;
i++）;
voidinit_timer1（）
=0x0F;
/*Counter1mode1withsoftwaregate*/
TMOD|=0x50;
C/T0#=1;
TH1=0x00;
TL1=0x00;
ET1=1;
/*enabletimer1interrupt*/
TR1=1;
/*timer1run*/
4、软件仿真：
光电传感器测得脉冲由555的2或5脚输入，由555的三脚输出，接入AT9C51的P3.5口。
P2.4---P2.7为数码管的位选端口，p1为数据端口。
5、用protelDXP画出原理图如下：
6、根据原理图得到的PCB
三、PWM技术调节控制电机的转速
但是对于直流电动机的转速,总满足下式
式中:
U—电压
—励磁绕组本身的电阻
—每极磁通（Wb）
Cc—电势常数
Cr—转矩常量
由上式可知,直流电机的速度控制既可采用电枢控制法,也可采用磁场控制法。
磁场控制法控制磁通,其控制功率虽然较小,但低速时受到磁极饱和的限制,高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制,而且由于励磁线圈电感较大,动态响应较差,所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。
电枢控制是在励磁电压不变的情况下,把控制电压信号加到电机的电枢上来控制电机的转速。
传统的改变电压方法是在电枢回路中串联一个电阻,通过调节电阻改变电枢电压,达到调速的目的,这种方法效率低、平滑度差,由于串联电阻上要消耗电功率,因而经济效益低,而且转速越慢,能耗越大。
随着电力电子的发展,出现了许多新的电枢电压控制方法。
如:
由交流电源供电,使用晶闸管整流器进行相控调压;
脉宽调制（PWM）调压等。
调压调速法具有平滑度高、能耗少、精度高等优点,在工业生产中广泛使用,其中PWM应用更为广泛。
脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开,并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短,即改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小,从而控制电动机的转速,因此,PWM又被称为“开关驱动装置”。
根据图1,如果电机始终接通电源时,电机转速最大为Vmax,占空比为D=t1/T,则电机的平均速度为:
VD=Vmax
D,可见只要改变占空比D,就可以得到不同的电机速度,从而达到调速的目的,严格地讲,平均速度与占空比D并不是严格的线性关系,在一般的应用中,可将其近似看成线性关系。
图1 电枢电压占空比和平均电压的关系图
2 PWM调速程序设计
程序由主程序（包括若干功能模块）、中断子程序以及若干个子程序组成。
PWMEQU7FH;
PWM赋初始值
ORG0000H;
初始化
AJMPMAIN
ORG000BH
AJMPINTT
ORG001BH
AJMPINTT1
ORG0020H
;
//////////////////////////主程序段
MAIN:
MOVSP,#30H
MOVTMOD,#21H;
定时器0工作在模式1，定时器1工作在模式2
MOVTH1,PWM;
脉宽调节
MOVTL1,#00H
MOVTH0,#0FEH;
0.5ms延时常数
MOVTL0,#0BH;
频率调节
SETBEA;
允许CPU开中断
SETBET0;
允许定时器0开中断
SETBET1;
允许定时器1开中断
SETBTR0;
启动定时器0
MOVR1,#00H;
寄存器R1清零
MOVP1,R1;
p1清零
WAIT:
MOVP0,#0FFH;
设置p0状态
CLRP0.6;
对第二列清0
MOVA,P0;
扫描p0端口
ANLA,#0FH;
屏蔽高位
XRLA,#0FH;
判断是否有按键按下
JZWAIT1;
无键按下跳转下一个键盘扫描程序
LCALLDELAY10MS;
调用延时
再次扫描p0判断是否真有按键按下
ANLA,#0FH
判断是否真的有键按下
按键抖动跳转至下一个键盘扫描程序
MOVA,P0
CJNEA,#0EH,QIANJIN
MOVP1,#050H
QIANJIN:
CJNEA,#0DH,YOUZHUAN
MOVP1,#0A0H
YOUZHUAN:
CJNEA,#0BH,ZUOZHUAN
MOVP1,#090H
ZUOZHUAN:
CJNEA,#07H,DENGDAI
MOVP1,#060H
//////////////////////////////////////////////加速、减速
WAIT1:
MOVP0,#0FFH
CLRP0.4
XRLA,#0FH
JZWAIT
ACALLDELAY10MS
CJNEA,#07H,JIANSU
MOVA,PWM
CJNEA,#0FFH,PWMINC;
是否到最大值？
SJMPWAIT
PWMINC:
INCPWM;
调节脉宽（脉宽减短）
JIANSU:
CJNEA,#0BH,DENGDAI
CJNEA,#00H,PWMDEC
PWMDEC:
DECPWM
DENGDAI:
JNZDENGDAI
/////////////////////////////////////////定时器0的中断
INTT0:
CLRTR1
MOVTH0,#0FeH;
MOVTL0,#0bH;
MOVTH1,PWM
SETBTR1
MOVP2,#00H;
启动输出
RETI
INTT1:
CLRTR1;
脉宽调节结束
MOVP2,#0FFH;
结束输出
RETI
DELAY10MS:
MOVR6,#10
D1:
MOVR7,#248
DJNZR7,$
DJNZR6,D1
RET
END
电机随着占空比的增加或减少电机转速也越来越快。
通过改变占空比实现了对直流电机的调速。
升级会员 