电机转速测量系统.docx
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电机转速测量系统
苏州经贸职业技术学院
电机课程设计
题目：
电机转速测量系统
院（系）：
机电工程学院
专业：
电气工程及其自动化
学生姓名：
李然
学号：
0701083216
指导教师：
曹双兰
职称：
副教授
2009年7月4日
目录：
1、摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------3
2、系统结构----------------------------------------------------------------------------------------------3
3、获取脉冲信号的方法----------------------------------------------------------------------------4
3、1霍尔传感器-------------------------------------------------------------4
3、2光电传感器-------------------------------------------------------------5
3．3光电编码器-------------------------------------------------------------6
4、硬件连接图及原理------------------------------------------------------------------------------6
5、实验程序及分析-----------------------------------------------------------------------------------8
6．仿真-----------------------------------------------------------------15
7、PROTELDXP原理图-------------------------------------------------------------------16
8、PCB图-------------------------------------------------------------------------------------------------16
9、硬件调试结果与分析-------------------------------------------------------------------------17
10、谢词---------------------------------------------------------------------------------------------------17
11、参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------18
1.摘要
测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。
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。
2.系统结构
本文主要针对电机的转速进行测量，然后用数码管把电机的转速显示出来！
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
下面我们来了解一下光电测速部分！
。
3、脉冲信号的获得
可以有多种方式来获得脉冲信号，这些方法有各自的应用场合。
下面逐一进行分析。
3．1霍尔传感器
霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。
如图1所示是CS3020的外形图，将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc，地，输出。
此主题相关图片如下：
1.jpg
图1CS3020外形图
使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。
如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。
在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。
这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。
3.2．光电传感器
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2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3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2光电传感器的原理图
此主题相关图片如下：
3.jpg
图3遮光叶片
3.3．光电编码器
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。
它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。
如图4所示，是某光电编码器的外形。
此主题相关图片如下：
4.jpg
图4成品光电编码器
这次课设我选的是光电传感器，采用穿透法测量电机转速。
光电传感器的原理上面有详细的介绍。
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。
当叶片数较多时，旋转一周可以获得多个脉冲信号。
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.
4、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！
5、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
#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;//开机时，初始化为0000
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）;
P2|=0xF0;
LED_SEG1=0;
LED_DAT=table[Disbuf[1]];
Delay
（1）;
P2|=0xF0;
LED_SEG2=0;
LED_DAT=table[Disbuf[2]];
Delay
（1）;
P2|=0xF0;
LED_SEG3=0;
LED_DAT=table[Disbuf[3]];
Delay
（1）;
P2|=0xF0;
}
//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;
}
//初始化定时器T0
voidinit_timer0（）
{
TMOD&=0xf0;//定时10毫秒/*Timer0mode1withsoftwaregate*/
TMOD|=0x01;/*GATE0=0;C/T0#=0;M10=0;M00=1;*/
TH0=0xC0;/*initvalues*/
TL0=0x00;
ET0=1;/*enabletimer0interrupt*/
EA=1;/*enableinterrupts*/
TR0=1;/*timer0run*/
}
//延时函数
voidDelay（uintms）
{
uchari;
while（ms--）
for（i=0;i<100;i++）;
}
//初始化定时器T1
voidinit_timer1（）
{
TMOD&=0x0F;/*Counter1mode1withsoftwaregate*/
TMOD|=0x50;/*GATE0=0;C/T0#=1;M10=0;M00=1;*/
TH1=0x00;/*initvalues*/
TL1=0x00;
ET1=1;/*enabletimer1interrupt*/
EA=1;/*enableinterrupts*/
TR1=1;/*timer1run*/
}
6.软件仿真：
如上图：
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。
7．用protelDXP画出原理图如下：
8、根据原理图得到的PCB：
9、硬件调试结果：
这次课程设计，主要对电机进行测速，在电机的码盘上转了10个孔，
没10ms对电机测量一次转速！
由于工具不太足，做硬件的时候遇到了不少的困难！
总体来说能够实现其基本功能！
电机转速700---1500r/min.
谢词：
谢谢高老师对我们这次课程设计的指导，在很多模糊的部分给出很多很好的意见，例如光电测速部分等等，再一次谢谢高老师。
10、参考文献：
电工电子技术实践教程化学工业出版社
单片机原理及应用机械工业出版社
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