电机基于单片机的电机转速计设计

I/53摘要随着电子技术，特别是随大规模集成电路的产生而出现的微型计算机技术的飞速发展，人类生活发生了根本性的改变。如果说微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么可以毫不夸张地说，单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。目前，单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、高可靠性、高性能价格比、开发较为容易，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已走人家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机的踪影。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。本课题介绍了一种利用单片机技术实现高精度数字式转速测量系统的方法。这种转速测量系统具有测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。关键词:转速测量;单片机;直射式红外光电传感器II/53AbstractWiththedevelopmentofelectronictechnology,especiallywithalarge-scaleintegratedcircuitstheemergenceofminiatureoftherapiddevelopmentofcomputertechnology,humanlifehasundergoneafundamentalchange.Ifthemicrocomputerthatmodernscienceresearchisaqualitativeleap,itisnoexaggerationtosay,SCMtechnologyistheemergenceofmodernindustrycontrolfieldtobringanewtechnologicalrevolution.Atpresent,singlechipwithitssmallsize,lightweight,stronganti-interferenceability,isnothightotheenvironmentrequest,highreliability,highperformancepriceratio,developrelativelyeasy,intheindustrialcontrolsystem,dataacquisitionsystem,intelligentinstrumentation,officeautomationandotherfieldshaveawiderangeofapplications,andhaveleavehome,fromthewashingmachine,microwaveoventoaudio,car,canseeeverywhereofSCM.Therefore,SCMtechnologydevelopmentandapplicationlevelhasbecomeanationalsymbolofthelevelofindustrialdevelopment.Thispaperintroducesahighprecisionmeasurementsystemofrotationratemethod.Themeasurementsystemisofhighaccuracy,fastsamplingspeed,widemeasuringrangeandprecisionofthemeasurementandthemeasuredspeedandotheradvantages,hasbroadapplicationprospects.Keywords:measurementofrotationrate;single-chipmicrocomputer;ReflectiontypeinfraredphotoelectricsensorIII/53目录1引言...............................................................11.1数字式转速测量系统的发展背景..................................11.2本设计课题的目的和意义........................................12转速测量系统的原理.................................................32.1转速测量方法..................................................32.2转速测量原理..................................................43系统方案提出和论证.................................................63.1霍尔传感器测量方案............................................63.2光电传感器....................................................74系统硬件设计.......................................................94.1转速信号采集..................................................94.2直射式红外光电传感器.........................................114.3电平转换器MAX232CPE介绍.....................................124.4电位器3296...................................................144.5单片机AT89C51介绍...........................................164.6最小系统的设计...............................................204.6.1复位电路..............................................204.6.2晶振电路..............................................234.6.3最小系统的仿真........................................254.7显示部分设计.................................................255系统软件设计......................................................295.1主程序初始化.................................................305.1.1定时器的初始化.........................................305.1.2中断允许控制...........................................315.2程序流程图...................................................32致谢.................................................................35参考文献.............................................................36IV/53附录A系统总电路图..................................................37附录B系统总程序清单................................................38附录C英文原文......................................................43附录D汉语翻译......................................................471/531引言1.1数字式转速测量系统的发展背景随着微型计算机可靠性提高和价格的下降，用单片机测量电机转速已经日趋普遍。我们知道，欲提高测量精度，必须先测出准确的转速，而原先在可控硅调速电路中采用的测速发电机方式已不能满足要求，必须采用数字测速的方法。目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号．其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点．加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。1.2本设计课题的目的和意义测速装置在控制系统中占有非常重要的低位，对测速装置的要求是分辨能力强、高精度和尽可能短的检测时间。在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合,例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，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。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的内容，显示部分等各个模块的通信和联调。2/53全面了解单片机和信号放大的具体内容。进一步锻炼我们在信号采集，处理，显示发面的实际工作能力。3/532转速测量系统的原理2.1转速测量方法转速测量方法可以分为两类，一类是直接法，即直接观测机械或者点击的机械运动，测量特定时间内机械旋转的圈数，从而测出机械运动的转速；另一类是简介法，即测量由机械转动导致其他物理量的变化，从这些物理量的变化与转速的关系来得到转速，同时从测速仪是否与转轴接触又可以分为接触式，非接触式。目前国内外的测速方法有广电码盘测速法、霍尔元件测速法、离心式转速表测速法、测速发电机测速法、漏磁测速法、闪电测速法和震动测速法。以下列举我认为本设计适合的方法：1、光电码盘测速法这是通过测出转速信号的频率或周期来测量电机转速的一种无接触测速法。光电码盘安装在转子端轴上，随着电机的转动，光电码盘也跟着一起转动，如果有一个固定光源照射在码盘上，则可以利用光敏元件来接收光，接收到光的次数就是码盘的编码数。若编码数为1，测量时间为t，测量到的脉冲数为N，则转速n=(N/t*1)*60。2、霍尔元件测速法利用霍尔开关元件测转速。霍尔开关元件内含稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、施密特触发器和输出电路。输出电平与TTL电平兼容，在电机转轴上装一个圆盘，圆盘上装若干对小磁钢，小磁钢越多，分辨率越高，霍尔开关固定在小磁钢附近，当电机转动时，每当一个小磁钢转过霍尔开关，霍尔开关便输出一个脉冲，计算出单位时间的脉冲数，即可