电机的转速测量 课程设计

1、摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------3

2、系统结构----------------------------------------------------------------------------------------------3

3、获取脉冲信号的方法----------------------------------------------------------------------------4

3、1霍尔传感器-------------------------------------------------------------4

3、2 光电传感器-------------------------------------------------------------5

3．3光电编码器-------------------------------------------------------------6

4、硬件连接图及原理------------------------------------------------------------------------------6

5、实验程序及分析-----------------------------------------------------------------------------------8

6．仿真-----------------------------------------------------------------15

7、PROTEL  DXP原理图-------------------------------------------------------------------16

8、PCB图-------------------------------------------------------------------------------------------------16

9、硬件调试结果与分析-------------------------------------------------------------------------17

10、谢词---------------------------------------------------------------------------------------------------17

11、参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------18

1.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！

。

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。

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。


   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


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。



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：

#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; //光电传感器信号接在T1上

#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

#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

#define K         100.0   //校准系数

unsigned char code  table[]=

         {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

uchar data Disbuf[4];// 显示缓冲区

uint Tcounter = 0;   //时间计数器

bit Flag_Fresh = 0; // 刷新标志

bit Flag_clac = 0; //计算转速标志

bit Flag_Err = 0; //超量程标志

//在数码管上显示一个四位数

void DisplayFresh();

//计算转速，并把结果放入数码管缓冲区

void ClacSpeed();

//初始化定时器T0

void init_timer0();

//初始化定时器T1

void init_timer1();

//延时函数

void Delay(uint ms);

void it_timer0() interrupt 1 /* interrupt address is 0x000b */

{

TF0 = 0;       //d定时器 T0用于数码管的动态刷新

         //

TH0 = 0xC0;            /* init values */

TL0 = 0x00;

Flag_Fresh = 1;

Tcounter++;

if(Tcounter>TIME_CYLC)

{ Flag_clac = 1;//周期到，该重新计算转速了

}

}

void it_timer1() interrupt 3 /* interrupt address is 0x001b */

{

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

}

void main(void)

{

Disbuf[0] = 0; //开机时，初始化为0000

Disbuf[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

   {

      //数码管显示字母'EEEE'

    Disbuf[0] = 0x9e; //开机时，初始化为0000

    Disbuf[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

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;

}

//计算转速，并把结果放入数码管缓冲区

void ClacSpeed()

{

uint speed ;

uint PlusCounter;

PlusCounter = TH1*256 + TL1;

speed = K*(PlusCounter/PLUS_PER)/60;//K是校准系数，如速度不准，调节K的大小

Disbuf[0] = (speed/1000)%10;  

Disbuf[1] = (speed/100)%10;

Disbuf[2] = (speed/10)%10;

Disbuf[3] = speed%10;

}

//初始化定时器T0

void init_timer0()

{

TMOD &= 0xf0; //定时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 */

}

//延时函数

void Delay(uint ms)

{

uchar i;

while(ms--)

   for(i=0;i<100;i++);

}

//初始化定时器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 */

}

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。

7．用protel 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：

这次课程设计，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.

谢词：谢谢高老师对我们这次课程设计的指导，在很多模糊的部分给出很多很好的意见，例如光电测速部分等等，再一次谢谢高老师。

10、参考文献：

电工电子技术实践教程          化学工业出版社

单片机原理及应用              机械工业出版社