电机转速测量系统

1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：蒋明波学号：0500120308指导教师：高鹏职称：副教授2008年7月4日2目录：1、摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------32、系统结构----------------------------------------------------------------------------------------------33、获取脉冲信号的方法----------------------------------------------------------------------------43、1霍尔传感器-------------------------------------------------------------43、2光电传感器-------------------------------------------------------------53．3光电编码器-------------------------------------------------------------64、硬件连接图及原理------------------------------------------------------------------------------65、实验程序及分析-----------------------------------------------------------------------------------86．仿真-----------------------------------------------------------------157、PROTELDXP原理图-------------------------------------------------------------------168、PCB图-------------------------------------------------------------------------------------------------169、硬件调试结果与分析-------------------------------------------------------------------------1710、谢词---------------------------------------------------------------------------------------------------1711、参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------1831.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！。43、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5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63.3．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.74、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芯片构成一8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：#includeREG52.H#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineulongunsignedlong#defineLED_DATP1sbitLED_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9#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T0voidinit_timer0();//初始化定时器T1voidinit_timer1();//延时函数10voidDelay(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(TcounterTIME_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)11{Disbuf[0]=0;//开机时，初始化为0000Disbuf[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{12//数码管显示字母'EEEE'Disbuf[0]=0x9e;//开机时，初始化为0000Disbuf[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;13LED_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