基于51单片机的直流电机转速测量与控制Word下载.docx
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1.2.1霍尔传感器测速原理
霍尔传感器在测量机械设备的转速时，被测量机械的金属齿轮、齿条等运动部件会经过传感器的前端，引起磁场的相应变化，当运动部件穿过霍尔元件产生磁力线较为分散的区域时，磁场相对较弱，而穿过产生磁力线较为几种的区域时，磁场就相对较强。
霍尔转速传感器就是通过磁力线密度的变化，在磁力线穿过传感器上的感应元件时，产生霍尔电势。
霍尔传感器的霍尔元件在产生霍尔电势后，会将其转换为交变电信号，最后传感器的内置电路会将信号调整和放大，输出矩形脉冲信号。
另外，霍尔传感器的测量必须配合磁场的变化，因此在霍尔传感器测量非铁磁材质的设备时，需要事先在旋转物体上安装专门的磁铁物质，用以改变传感器周围的磁场，这样霍尔传感器才能准确的捕捉到物质的运动状态。
本试验箱的霍尔传感器如下图所示
图5实验箱霍尔传感器
1.2.2测速方法
由于直流电机转速较小，所以采用T法测速，T发测速的原理如下
T法是测量两个脉冲之间的时间换算成周期，从而得到频率。
因存在半个时间单位的问题，可能会有1个时间单位的误差。
速度较高时，测得的周期较小，误差所占的比例变大，所以T法宜测量低速。
如要增加速度测量的上限，可以减小编码器的脉冲数，或使用更小更精确的计时单位，使一次测量的时间值尽可能大。
计算公式为：
T法测速的分辨率
Ｔ法测速误差率
低速时，编码器相邻脉冲间隔时间长，测得的高频时钟脉冲个数M2多，所以误差率小，测速精度高，故T法测速适用于低速段。
测速流程图如下图所示
图6转速测量流程图
1.3键盘扫描显示
使用6×
4的小键盘，向列扫描码地址逐列输出低电平，然后从行码地址读回。
图76×
4的键盘矩阵
如果有键按下，则相应行的值应为低，如果无键按下，由于上拉的作用，行码值为高。
这样就可以通过输出的列码和读取的行码来判断按下的是什么键。
在判断有键按下后，要有一定的延时，防止键盘抖动。
否
是
否
图8键盘扫秒流程图
1.2PID控制
本次的课程设计采用的PID控制，调速性能好，通过调节比例常数、积分常数、微分常数使得转速控制达到想要的精度。
PID参数的调节有试凑法和实验法，本课程设计采用的是实验法。
现介绍如下：
实验法的整定步骤为“先比例，再积分，最后微分”。
整定比例控制
将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。
整定积分环节
若在比例控制下稳态误差不能满足要求，需加入积分控制。
先将步骤
中选择的比例系数减小伟原来的50%-80%，再将积分时间置一个较大值，观测响应曲线。
然后减少积分时间，加大积分作用，并相应调节比例系数，反复试凑至得到较满意的响应，确定比例和积分的参数。
整定微分环节
若经过步骤
，PI控制只能消除稳态误差，而动态过程不能令人满意，则应加入微分控制，构成PID控制。
先置微分时间TD=0，逐渐加大TD，同时相应地改变比例系数和积分时间，反复试凑至获得满意的控制效果和PID控制参数。
2硬件电路的连接和程序的调试
本次的课程设计是基于SICElab-G2100实验箱设计，采用模块化结构。
实验箱如下图所示
图9SICElab-G2100实验箱
硬件接线如下：
把第17号模块“并行数模转换”中的DAC0832输出Aout孔连第23号模块“直流电机”的Dcin孔，数模转换DAC0832的CS17孔和Xfer孔连第38号模块“片选信号”中的YS2孔，WR1孔和WR2孔连第33号模块“控制总线”的/WR孔，CKM孔（霍尔传感器输出孔）连“Lab51CPU板”的P3.2孔。
第38号模块“片选信号”中YS0（0800H）孔连第40号模块“键盘+数码管”CS40孔。
连线
连线孔1
连线孔2
1
Aout
Dcin
5
WR2
/WR
2
CS17
Xfer
6
CKM
P3.2
3
YS2
7
CS40
YS0
4
WR1孔
表1硬件电路连线
图10接线图
按图中接线，编写程序，调试PID参数，经过反复的实验，转速可以快速的达到设定值，且不会出现振荡，运行结果如下图所示
图11转速为4r/s时运行结果图12转速为12r/s时运行结果
图13转速为45r/s时运行结果
3创新与改进
实验箱自带的有RS232，可以利用串口通讯，将矩阵键盘输入给定值改为通过串口通讯的方式，通过PC机键盘给定，或者编写Labview程序，使用Labview串口给单片机送给定值。
4心得体会
经过1个星期的课程设计，留给我印象最深的是要设计一个成功的程序，必须要有要有扎实的理论基础，还要有坚持不懈的精神。
本产品实现了对直流电机的调速和测速，个人感觉其中还有许多不够完善的地方，例如：
对电机的驱动电路采用的DAC0832，直接将数字量转为模拟量进行控制，精度不高，不过作为学生实验足够了。
此次的设计并不奢望一定能成功，但一定要对已学的各种知识能有一定的运用能力，我做设计的目的是希望能检查下对所学知识的运用能力的好坏，并且开始慢慢走上创造的道路，这是非常可贵的一点。
这次的课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。
同时，在老师的身上我学得到很多实用的知识，林老师在我们完成的基础上添加新的东西，转速给定值可以通过串口通讯，PC机发送数据，也可以编写Labview程序，通过虚拟旋钮给定转速值，为此给我们培训了一下虚拟仪器及检测技术，对Labview做了简单介绍，给我们入了门。
对林老师专业知识的渊博表示敬佩，在此我表示感谢！
同时，和同学的互相交流，使我有新的创意，新的理解，在此表示感谢！
5附录
#include"
reg52.h"
absacc.h"
#defineLEDLen6
unsignedcharcount;
unsignedcharTS;
floatDA;
longintn;
unsignedintt;
unsignedcharKey_temp;
unsignedchark_TEMP[2];
xdataunsignedcharCS0832_at_0xA000;
xdataunsignedcharOUTBIT_at_0x8002;
xdataunsignedcharOUTSEG_at_0x8004;
xdataunsignedcharIN_at_0x8001;
charcodedx516[3]_at_0x0023;
unsignedcharLEDBuf[LEDLen];
codeunsignedcharLEDMAP[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71
};
codeunsignedcharKeyTable[]={
0x16,0x15,0x14,0xff,
0x13,0x12,0x11,0x10,
0x0d,0x0c,0x0b,0x0a,
0x0e,0x03,0x06,0x09,
0x0f,0x02,0x05,0x08,
0x00,0x01,0x04,0x07
intPID（）;
//PID函数声明
voidInit（）;
//初始化函数声明
voiddelay（unsignedcharms）//延时函数
{
unsignedcharx,y;
for（x=ms;
x>
0;
x--）
for（y=110;
y>
y--）;
}
unsignedcharTestKey（）//检测是否有键值键入
OUTBIT=0;
return（~IN&
0x0f）;
unsignedcharGetKey（）//获取键值
unsignedcharPos;
unsignedchari;
unsignedchark;
i=6;
Pos=0x20;
do{
OUTBIT=~Pos;
Pos>
>
=1;
k=~IN&
0x0f;
}
while（（--i!
=0）&
&
（k==0））;
if（k!
=0）{
i*=4;
if（k&
2）
i+=1;
elseif（k&
4）
i+=2;
8）
i+=3;
dodelay（10）;
while（TestKey（））;
return（KeyTable[i]）;
elsereturn（0xff）;
voidDisplayLED（）//显示转速
unsignedcharLED;
for（i=0;
i<
LEDLen;
i++）
{
LED=LEDBuf[i];
OUTSEG=LED;
OUTBIT=Pos;
delay（5）;
}
voidt0（）interrupt1//PID控制，采样周期500ms
{TS++;
TH0=256-50000/256;
TL0=256-50000%256;
if（TS==10）
{TS=0;
DA=PID（）;
voidtime1_int（void）interrupt3//计算脉冲周期
TH1=256-50000/256;
TL1=256-50000%256;
t++;
voidex0（）interrupt0
n=1000/（50*t+（（TH1-61）*256+TL1-176）/1000）;
//计算转速
TR1=1;
//启动定时器1
t=0;
intPID（）//PID控制函数
unsignedcharP=1.4;
//比例常数
unsignedcharI=2.2;
//积分常数
unsignedcharD=0.2;
//微分常数
unsignedintLastError=0;
//Error[-1]
unsignedintPrevError=0;
//Error[-2]
unsignedintError=0;
//Error[0]
intOut;
//outcome
Error=Key_temp-n;
//增量式PID计算
Out=Out+P*（Error-LastError）+I*Error+D*（Error+PrevError-2*LastError）;
//误差更新
PrevError=LastError;
LastError=Error;
//输出限幅
if（Out<
0）
Out=0;
if（Out>
255）
Out=255;
returnOut;
voidInit（）//初始化函数
{IT0=1;
//跳变沿触发
EX0=1;
//外部中断0允许
TMOD=0X11;
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;
//定时器写初值
TH1=（65536-50000）/256;
TL1=（65536-50000）%256;
TR0=1;
//启动定时器0
ET0=1;
//开定时器0中断
ET1=1;
//开定时器1中断
EA=1;
//开总中断
voidmain（）//主函数
unsignedchari=0;
n=0;
Init（）;
//
while
（1）
{CS0832=DA;
if（TestKey（））
{
Key_temp=GetKey（）&
0x0f;
LEDBuf[i]=LEDMAP[Key_temp];
k_TEMP[i]=Key_temp;
i++;
if（i==2）
{i=0;
}
}
Key_temp=k_TEMP[0]*10+k_TEMP[1];
//将获得的键值转换成十进制数
LEDBuf[4]=LEDMAP[n/10];
LEDBuf[5]=LEDMAP[n%10];
//显示实时转速
DisplayLED（）;
}
升级会员 