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51单片机+光电传感器电机转速测量系统设计 附程序原理图

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暗黑暗夜 发表于 2020-5-30 01:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
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。

31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1 CS3020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:
  1. #include <REG52.H>
  2. #define uchar unsigned char
  3. #define uint unsigned int
  4. #define ulong unsigned long
  5. #define LED_DAT P1
  6. sbit LED_SEG0 = P0^3;
  7. sbit LED_SEG1 = P0^2;
  8. sbit LED_SEG2 = P0^1;
  9. sbit LED_SEG3 = P0^0;
  10. //sbit pin_SpeedSenser = P3^5; //光电传感器信号接在T1上
  11. #define TIME_CYLC 100 //12M晶振,定时器10ms 中断一次 我们1秒计算一次转速 // 1000ms/10ms = 100
  12. #define PLUS_PER 10 //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
  13. #define K         100.0   //校准系数



  14. unsigned char code  table[]=
  15.                                           {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

  16. uchar data Disbuf[4];// 显示缓冲区
  17. uint Tcounter = 0;   //时间计数器
  18. bit Flag_Fresh = 0; // 刷新标志
  19. bit Flag_clac = 0; //计算转速标志
  20. bit Flag_Err = 0; //超量程标志
  21. //在数码管上显示一个四位数
  22. void DisplayFresh();
  23. //计算转速,并把结果放入数码管缓冲区
  24. void ClacSpeed();
  25. //初始化定时器T0
  26. void init_timer0();
  27. //初始化定时器T1
  28. void init_timer1();
  29. //延时函数
  30. void Delay(uint ms);
  31. void it_timer0() interrupt 1 /* interrupt address is 0x000b */
  32. {
  33. TF0 = 0;       //d定时器 T0用于数码管的动态刷新
  34.          //
  35. TH0 = 0xC0;            /* init values */
  36. TL0 = 0x00;
  37. Flag_Fresh = 1;
  38. Tcounter++;
  39. if(Tcounter>TIME_CYLC)
  40. { Flag_clac = 1;//周期到,该重新计算转速了
  41. }
  42. }
  43. void it_timer1() interrupt 3 /* interrupt address is 0x001b */
  44. {
  45. TF1 = 0;   //定时器T1用于单位时间内收到的脉冲数
  46.                  //要速度不是很快,T1永远不会益处
  47. 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

  48. }
  49. void main(void)
  50. {
  51. Disbuf[0] = 0; //开机时,初始化为0000
  52. Disbuf[1] = 0;
  53. Disbuf[2] = 0;
  54. Disbuf[3] = 0;
  55.    init_timer0();
  56. init_timer1();
  57. while(1)
  58. {
  59. if(Flag_Fresh)
  60.    { Flag_Fresh = 0;
  61.     DisplayFresh();    // 定时刷新数码管显示
  62.    }
  63.    if(Flag_clac)
  64.    { Flag_clac = 0;
  65.     ClacSpeed(); //计算转速,并把结果放入数码管缓冲区
  66.     Tcounter = 0;//周期定时 清零
  67.     TH1=TL1 = 0x00;//脉冲计数清零

  68.    }
  69.    if(Flag_Err)        //超量程处理
  70.    {
  71.       //数码管显示字母'EEEE'
  72.     Disbuf[0] = 0x9e; //开机时,初始化为0000
  73.     Disbuf[1] = 0x9e;
  74.     Disbuf[2] = 0x9e;
  75.     Disbuf[3] = 0x9e;
  76.     while(1)
  77.     { DisplayFresh();//不再测速 等待复位i
  78.     }
  79.    }

  80. }
  81. }

  82. //在数码管上显示一个四位数
  83. void DisplayFresh()
  84. {
  85. P2 |= 0xF0;
  86. LED_SEG0 = 0;
  87. LED_DAT = table[Disbuf[0]];
  88. Delay(1);
  89. P2 |= 0xF0;
  90. LED_SEG1 = 0;
  91. LED_DAT = table[Disbuf[1]];
  92. Delay(1);
  93. P2 |= 0xF0;
  94. LED_SEG2 = 0;
  95. LED_DAT = table[Disbuf[2]];
  96. Delay(1);
  97. P2 |= 0xF0;
  98. LED_SEG3 = 0;
  99. LED_DAT = table[Disbuf[3]];
  100. Delay(1);
  101. P2 |= 0xF0;

  102. }
  103. //计算转速,并把结果放入数码管缓冲区
  104. void ClacSpeed()
  105. {
  106. uint speed ;
  107. uint PlusCounter;

  108. PlusCounter = TH1*256 + TL1;
  109. speed = K*(PlusCounter/PLUS_PER)/60;//K是校准系数,如速度不准,调节K的大小
  110. Disbuf[0] = (speed/1000)%10;
  111. Disbuf[1] = (speed/100)%10;
  112. Disbuf[2] = (speed/10)%10;
  113. Disbuf[3] = speed%10;
  114. }
  115. //初始化定时器T0
  116. void init_timer0()
  117. {
  118. TMOD &= 0xf0; //定时10毫秒         /* Timer 0 mode 1 with software gate */
  119. TMOD |= 0x01;              /* GATE0=0; C/T0#=0; M10=0; M00=1; */

  120. TH0 = 0xC0;            /* init values */
  121. TL0 = 0x00;
  122. ET0=1;                     /* enable timer0 interrupt */
  123. EA=1;                /* enable interrupts */
  124. TR0=1;               /* timer0 run */
  125. }
  126. //延时函数
  127. void Delay(uint ms)
  128. {
  129. uchar i;
  130. while(ms--)
  131.    for(i=0;i<100;i++);
  132. }
  133. //初始化定时器T1
  134. void init_timer1()
  135. {
  136. TMOD &= 0x0F;         /* Counter 1 mode 1 with software gate */
  137. TMOD |= 0x50;              /* GATE0=0; C/T0#=1; M10=0; M00=1; */

  138. TH1 = 0x00;            /* init values */
  139. TL1 = 0x00;
  140. ET1=1;                     /* enable timer1 interrupt */
  141. EA=1;                /* enable interrupts */
  142. TR1=1;               /* timer1 run */
  143. }
复制代码

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。
7protel DXP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.

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51hei团团 发表于 2020-6-5 04:48 | 显示全部楼层
好资料,51黑有你更精彩!!!
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leiteme 发表于 2020-6-30 19:05 | 显示全部楼层
感谢分享,世界因你而美丽
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