電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 附單片機(jī)源碼與詳細(xì)講解

ID:306308 · 發(fā)表于 2018-5-6 21:57

電機(jī)課程設(shè)計(jì)

題目：電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)
院（系）：機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化
目錄：
1、摘要3
2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3
3、獲取脈沖信號(hào)的方法4
3、1霍爾傳感器4
3、2 光電傳感器5
3．3光電編碼器6
4、硬件連接圖及原理6
5、實(shí)驗(yàn)程序及分析8
6．仿真15
7、PROTEL  DXP原理圖16
8、PCB圖16
9、硬件調(diào)試結(jié)果與分析17
10、謝詞17
11、參考文獻(xiàn)18

1.摘要

測(cè)速是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問題，學(xué)會(huì)使用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)測(cè)速儀表具有很重要的意義。
要測(cè)速，首先要解決是采樣的問題。在使用模擬技術(shù)制作測(cè)速表時(shí)，常用測(cè)速發(fā)電機(jī)的方法，即將測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與待測(cè)軸相連，測(cè)速發(fā)電機(jī)的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。使用單片機(jī)進(jìn)行測(cè)速，可以使用簡(jiǎn)單的脈沖計(jì)數(shù)法。只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個(gè)或固定的多個(gè)脈沖，并將脈沖送入單片機(jī)中進(jìn)行計(jì)數(shù)，即可獲得轉(zhuǎn)速的信息。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文主要針對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，然后用數(shù)碼管把電機(jī)的轉(zhuǎn)速顯示出來！

本裝置主要有兩部分構(gòu)成。1光電測(cè)速部分。2測(cè)得的脈沖處理處理和顯示部分！

光電測(cè)速部分主要由光電傳感器構(gòu)成！脈沖處理部分主要經(jīng)施密特觸發(fā)器對(duì)接收到的脈沖進(jìn)行波形校正，由單片機(jī)的T1口輸入，經(jīng)80C51處理后顯示輸出電機(jī)的轉(zhuǎn)速

下面我們來了解一下光電測(cè)速部分！

。

3、脈沖信號(hào)的獲得
可以有多種方式來獲得脈沖信號(hào)，這些方法有各自的應(yīng)用場(chǎng)合。下面逐一進(jìn)行分析。

3．1霍爾傳感器
霍爾傳感器是對(duì)磁敏感的傳感元件，常用于開關(guān)信號(hào)采集的有CS3020、CS3040等，這種傳感器是一個(gè)3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路（OC）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖1所示是CS3020的外形圖，將有字面對(duì)準(zhǔn)自己，三根引腳從左向右分別是Vcc，地，輸出。

圖1 CS3020外形圖
使用霍爾傳感器獲得脈沖信號(hào)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡(jiǎn)單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖輸出。在粘磁鋼時(shí)要注意，霍爾傳感器對(duì)磁場(chǎng)方向敏感，粘之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器，如果沒有信號(hào)輸出，可以換一個(gè)方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用廣泛。

3.2．光電傳感器
光電傳感器是應(yīng)用非常廣泛的一種器件，有各種各樣的形式，如透射式、反射式等，基本的原理就是當(dāng)發(fā)射管光照射到接收管時(shí)，接收管導(dǎo)通，反之關(guān)斷。以透射式為例，如圖2所示，當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，否則打開。為此，可以制作一個(gè)遮光葉片如圖3所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過時(shí)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個(gè)脈沖信號(hào)。

圖2光電傳感器的原理圖

圖3遮光葉片

3.3．光電編碼器
光電編碼器的工作原理與光電傳感器一樣，不過它已將光電傳感器、電子電路、碼盤等做成一個(gè)整體，只要用連軸器將光電傳感器的軸與轉(zhuǎn)軸相連，就能獲得多種輸出信號(hào)。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測(cè)定等需要檢測(cè)角度的裝置和設(shè)備中。如圖4所示，是某光電編碼器的外形。

圖4 成品光電編碼器

這次課設(shè)我選的是光電傳感器，采用穿透法測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速。光電傳感器的原理上面有詳細(xì)的介紹。

當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，否則打開。為此，可以制作一個(gè)遮光葉片如圖3所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過時(shí)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個(gè)脈沖信號(hào)。這里我們才用轉(zhuǎn)10個(gè)孔的方式！在一分鐘的時(shí)間內(nèi)，假如產(chǎn)生了10000脈沖，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速就為1000r/min.

4、硬件連接
   測(cè)速的方法決定了測(cè)速信號(hào)的硬件連接，測(cè)速實(shí)際上就是測(cè)頻，因此，頻率測(cè)量的一些原則同樣適用于測(cè)速。
   通常，可以用計(jì)數(shù)法、測(cè)脈寬法和等精度法來進(jìn)行測(cè)試。所謂計(jì)數(shù)法，就是給定一個(gè)閘門時(shí)間，在閘門時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)輸入的脈沖個(gè)數(shù)；測(cè)脈寬法是利用待測(cè)信號(hào)的脈寬來控制計(jì)數(shù)門，對(duì)一個(gè)高精度的高頻計(jì)數(shù)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于閘門與被測(cè)信號(hào)不能同步，因此，這兩種方法都存在±1誤差的問題，第一種方法適用于信號(hào)頻率高時(shí)使用，第二種方法則在信號(hào)頻率低時(shí)使用。等精度法則對(duì)高、低頻信號(hào)都有很好的適應(yīng)性。
   這里為簡(jiǎn)化討論，僅采用計(jì)數(shù)法來進(jìn)行測(cè)試。

如上圖：因?yàn)楣怆妭鞲衅鞑缓梅抡�，這里我們采用了555芯片構(gòu)成一個(gè)施密特觸發(fā)器，由光電傳感器得到的脈沖由2，5腳輸入，經(jīng)3腳輸出接到單片機(jī)的T1（P3.5）.。經(jīng)89C51編程處理后由P1口輸出通過數(shù)碼管顯示出轉(zhuǎn)速！

5、實(shí)驗(yàn)程序及分析
測(cè)量轉(zhuǎn)速，使用光電傳感器，被測(cè)電機(jī)帶動(dòng)紙片旋轉(zhuǎn)，我們?cè)诩埰祥_了10小孔，電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周就會(huì)產(chǎn)生10個(gè)脈沖，產(chǎn)生12個(gè)脈沖，要求將轉(zhuǎn)速值（轉(zhuǎn)/分）顯示在數(shù)碼管上。

6.軟件仿真：

如上圖：光電傳感器測(cè)得脈沖由555的2或5腳輸入，由555的三腳輸出，接入AT9C51的P3.5口。P2.4---P2.7為數(shù)碼管的位選端口，p1為數(shù)據(jù)端口。

7．用protel DXP畫出原理圖如下：

8、根據(jù)原理圖得到的PCB：

9、硬件調(diào)試結(jié)果：

這次課程設(shè)計(jì)，主要對(duì)電機(jī)進(jìn)行測(cè)速，在電機(jī)的碼盤上轉(zhuǎn)了10個(gè)孔，

沒10ms 對(duì)電機(jī)測(cè)量一次轉(zhuǎn)速！由于工具不太足，做硬件的時(shí)候遇到了不少的困難！

總體來說能夠?qū)崿F(xiàn)其基本功能！電機(jī)轉(zhuǎn)速700---1500r/min.

謝詞：謝謝高老師對(duì)我們這次課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)，在很多模糊的部分給出很多很好的意見，例如光電測(cè)速部分等等，再一次謝謝高老師。

10、參考文獻(xiàn)：

電工電子技術(shù)實(shí)踐教程化學(xué)工業(yè)出版社

單片機(jī)原理及應(yīng)用機(jī)械工業(yè)出版社

單片機(jī)源程序如下:

#include <REG52.H>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ulong unsigned long
#define LED_DAT P1
sbit LED_SEG0 = P0^3;
sbit LED_SEG1 = P0^2;
sbit LED_SEG2 = P0^1;
sbit LED_SEG3 = P0^0;
//sbit pin_SpeedSenser = P3^5; //光電傳感器信號(hào)接在T1上
#define TIME_CYLC 100 //12M晶振，定時(shí)器10ms 中斷一次我們1秒計(jì)算一次轉(zhuǎn)速 // 1000ms/10ms = 100
#define PLUS_PER 10 //碼盤的齒數(shù) ，這里假定碼盤上有10個(gè)齒，即傳感器檢測(cè)到10個(gè)脈沖，認(rèn)為1圈
#define K 100.0 //校準(zhǔn)系數(shù)
unsigned char code table[]=
{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
uchar data Disbuf[4];// 顯示緩沖區(qū)
uint Tcounter = 0; //時(shí)間計(jì)數(shù)器
bit Flag_Fresh = 0; // 刷新標(biāo)志
bit Flag_clac = 0; //計(jì)算轉(zhuǎn)速標(biāo)志
bit Flag_Err = 0; //超量程標(biāo)志
//在數(shù)碼管上顯示一個(gè)四位數(shù)
void DisplayFresh();
//計(jì)算轉(zhuǎn)速，并把結(jié)果放入數(shù)碼管緩沖區(qū)
void ClacSpeed();
//初始化定時(shí)器T0
void init_timer0();
//初始化定時(shí)器T1
void init_timer1();
//延時(shí)函數(shù)
void Delay(uint ms);
void it_timer0() interrupt 1 /* interrupt address is 0x000b */
{
TF0 = 0; //d定時(shí)器 T0用于數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)刷新
//
TH0 = 0xC0; /* init values */
TL0 = 0x00;
Flag_Fresh = 1;
Tcounter++;
if(Tcounter>TIME_CYLC)
{ Flag_clac = 1;//周期到，該重新計(jì)算轉(zhuǎn)速了
}
}
void it_timer1() interrupt 3 /* interrupt address is 0x001b */
{
TF1 = 0; //定時(shí)器T1用于單位時(shí)間內(nèi)收到的脈沖數(shù)
//要速度不是很快，T1永遠(yuǎn)不會(huì)益處
Flag_Err = 1; //如果速度很高，我們應(yīng)考慮另外一種測(cè)速方法，：脈沖寬度算轉(zhuǎn)速
}
void main(void)
{
Disbuf[0] = 0; //開機(jī)時(shí)，初始化為0000
Disbuf[1] = 0;
Disbuf[2] = 0;
Disbuf[3] = 0;
init_timer0();
init_timer1();
while(1)
{
if(Flag_Fresh)
{ Flag_Fresh = 0;
DisplayFresh(); // 定時(shí)刷新數(shù)碼管顯示
}
if(Flag_clac)
{ Flag_clac = 0;
ClacSpeed(); //計(jì)算轉(zhuǎn)速，并把結(jié)果放入數(shù)碼管緩沖區(qū)
Tcounter = 0;//周期定時(shí) 清零
TH1=TL1 = 0x00;//脈沖計(jì)數(shù)清零
}
if(Flag_Err) //超量程處理
{
//數(shù)碼管顯示字母'EEEE'
Disbuf[0] = 0x9e; //開機(jī)時(shí)，初始化為0000
Disbuf[1] = 0x9e;
Disbuf[2] = 0x9e;
Disbuf[3] = 0x9e;
while(1)
{ DisplayFresh();//不再測(cè)速等待復(fù)位i
}
}
}
}
//在數(shù)碼管上顯示一個(gè)四位數(shù)
void DisplayFresh()
{
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;
}
//計(jì)算轉(zhuǎn)速，并把結(jié)果放入數(shù)碼管緩沖區(qū)
void ClacSpeed()
{
uint speed ;
uint PlusCounter;
PlusCounter = TH1*256 + TL1;
speed = K*(PlusCounter/PLUS_PER)/60;//K是校準(zhǔn)系數(shù)，如速度不準(zhǔn)，調(diào)節(jié)K的大小
Disbuf[0] = (speed/1000)%10;
Disbuf[1] = (speed/100)%10;
Disbuf[2] = (speed/10)%10;
Disbuf[3] = speed%10;
}
//初始化定時(shí)器T0
void init_timer0()
{
TMOD &= 0xf0; //定時(shí)10毫秒 /* Timer 0 mode 1 with software gate */
TMOD |= 0x01; /* GATE0=0; C/T0#=0; M10=0; M00=1; */
TH0 = 0xC0; /* init values */
TL0 = 0x00;
ET0=1; /* enable timer0 interrupt */
EA=1; /* enable interrupts */
TR0=1; /* timer0 run */
}
//延時(shí)函數(shù)
void Delay(uint ms)
{
uchar i;
while(ms--)
for(i=0;i<100;i++);
}
//初始化定時(shí)器T1
void init_timer1()
{
TMOD &= 0x0F; /* Counter 1 mode 1 with software gate */
TMOD |= 0x50; /* GATE0=0; C/T0#=1; M10=0; M00=1; */
TH1 = 0x00; /* init values */
TL1 = 0x00;
ET1=1; /* enable timer1 interrupt */
EA=1; /* enable interrupts */
TR1=1; /* timer1 run */
}