1、电动机转速测量 - 1 -转速测量显示系统一 、题目要求1 . 基于2. 345设计任务：二 、方案选定1 、选择实现转速测量的方法（1 ）根据测量方法分类在电机的转速测量中，影响测量精度的主要因素有两个：一是采样点的多少，采样点越多，速度测量结果越精确，尤其是对于低转速的测量。二是采样频率，采样频率越高，采样的数据就越准确。常用的数字测量方法电机转动速度的数字检测基本方法是利用与电动机同轴连接的光电脉冲发生器的输出脉冲频率与转速成正比的原理。根据脉冲发生器发出的脉冲速度和序列，测量转速和判别其转动方向。根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有:M 法（测频法） 、T 法（测周期法）和 M/T
2、法（频率 /周期法） 。（2 ）根据工作原理分类1、计数式方法是用某种方式读出一定时间内的总转数。2、模拟式方法是测出由瞬时转速引起的某种物理量的变化。3、同步式是用利用已知的频率与旋转体的旋转同步来测量转速。（3 ）几种具体的测量方法基于霍尔传感器的直流电机转速测量基于光电传感器的电机转速测量以上两种是常用的转速测量装置。此外还有傅立叶变换用于电机转速的测量、基于单片机无线电机转速测量系统、基于光电码盘的的高精度电机转速测量等方法。综合以上所述，本次课程设计选用计数式，光电传感器，M 法测量电动机转速，适用于中、低速测量。2 、测量系统的构成图 1 转速测量框图转 速 信 号 拾 取整 形
3、单 片 机显 示 接 口 芯 片驱 动 电 路显 示电动机转速测量 - 2 -（1 ） 转速信号拾取前面通过对各种测速方法的比较，最终选用计数式，光电传感器，M 法测量电动机转速。转速信号拾取是整个系统的前端通道，目的是将外界的非电参量，通过一定方式转换成电量，通用的转速测量系统大都采用一种俗称“码盘”的传感装置，将圆形的码盘固定在转轴上，码盘上有若干规则排列的小孔，用光电偶来输出电信号，以反映转速对应关系，即是将转轴的速度以脉冲形式反映出来，通常有两种形式： 模拟量量化后经 A/D 转换，由数字量反映角度，供单片机计算处理，得出转速。直接由脉冲来反应转轴的角度，用每转产生的脉冲经单片机处理得
4、出转速。（2 ） 整形和倍频脉冲信号的上升沿和下降沿对数字电路的触发尤为重要，若要将转速脉冲信号直接加到计数器或外部中断的输入端，并利用其上升沿来触发进行计数，则必须要求输入的信号有陡峭的上升沿或下降沿。处理方法上可以用触发器电路来整形。（3 ） 单片机单片机是整个测量系统的主要部分，担负对前端脉冲信号的处理、计算、以及信号的同步，计时等任务，其次，将测量的数据经计算后，将得到的转速值传送到显示接口中，用数码管显示数值。在本系统中考虑到计数的范围、使用的定时，计数器的个数及 I，O 口线，预选用 89C52 单片机。（4 ） 驱动和显示由于 LED 数码管具有亮度高、可靠性好等特点，工业测控系
5、统中常用 LED 数码管作为显示输出。本系统也采用数码管作显示。LED 显示器是用发光二极管显示字段的，通常使用七段构成“日”字型和一只发光二极管作为小数点，称八段数码显示器。其有两种驱动方式，共阴驱动和共阳驱动，共阴驱动是各段发光二极管的阴极连在一起，并将公共端接地，在共阳结构中，将各段发光二极管阳极连在一起，并将公共端接上+5V 电源，显示字符对应字型代码发光。三 、初步设计1 .原理分析图 2 单片机系统测量转速原理图本系统单片机采用 Atmel 公司生产的 89C52 作为主控制器，用 4 位 LED 数码管作为显示。（1 ）显示部分89C52 单片机的 I/0 口输出特性是有较大的灌
6、入电流能力，其中 P0 口的灌电流能力可信号 脉冲整形89C52 P2.2P2.4P2.1P0.0P0.774LS138电动机转速测量 - 3 -达 20mA，但只有很弱的 “吐”电流的能力。本系统中选用共阴型数码管，将并联上拉电阻后的 P0 口作为数码管的段驱动，P2.2、P2.3 、P2.4 分别接 74LS138（3-8 译码器）的A、B 、C 引脚构成位驱动，用以驱动四位数码管。2）上电复位89C51 的 RST 端通过电阻和电容直接和电源端相连，实现上电复位，理论上只要复位管脚出现 2 个机器周期以上的高电平即可完成复位，阻容元件的时间常数可以很小，但考虑到开机时，电源有个上升过程，
7、以及振荡电路尚未完全起振等因素，这里选用的电阻为lK，电容为 10u。上电瞬间，RESET 端的电位与 Vcc 相同，随着充电电流减小，RESET 端的电位逐渐下降，按电路参数可选择电阻为 1 k，电容为 10uF。则时间常数 T=RC=10ms，这个时间常数，足以完成复位操作。（3 ）信号由于该系统的速度信号已经经传感器转换为脉冲信号了，电动机每转 1 圈，传感器就输出 10 个脉冲（我们在电动机的转轴上安装带有 10 个缺口的圆板） 。所以，需要用单片机对这些脉冲信号进行技术采样、计算处理，得出电动机的转速值。这里采用通用 89C52 单片机进行脉冲计数采样的方法来测量转速。89C52 单
8、片机系列有 2 个 16 位定时器/计数器，通过编程可以实现所需工作模式。所谓计数是对外部事件进行计数。外部事件的发生以输入脉冲表示，因此，计数功能的本质就是对外来脉冲进行计数。前一个机器周期 S5P2 拍节对外部计数脉冲进行采样，如果采样为高电平，则后一个机器周期采样为低电平，即为一个有效的计数脉冲。在下一个机器周期 S3P1 进行计数。可见，采样计数脉冲是在两个机器周期内进行的。因此，计数脉冲的频率不能高于振荡脉冲频率的 1/24。（4 ）单片机时钟单片机的 18、19 脚接晶体和两个 27PF 的电容，这里选用振荡频率为 12MHz 的晶体。（4 ） 转速计算公式电动机转速测量 - 4
9、-2 . 系统流程本系统的主程序参考图 6，在完成初始化工作以后，及循环等待，每 1s 时间到之后，五 、程序调试及仿真1 .基于 Keil 的程序调试源程序（C 语言）#include typedef unsigned int u16; /延时函数变量，对数据类型进行声明定义typedef unsigned char u8; /无符号字符型变量，sbit LSA=P22;/3-8 编码器 A、B、C 引脚对应的 I/O 口sbit LSB=P23;sbit LSC=P24;sbit ji=P21;/输入检测模块脉冲unsigned int s,n;/定义全局变量， n：脉冲个数，s:转速 r
10、/su8 code smgduan17=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;/显示 0F 的值 ，加上 code 将数组存入外部存储器开 始计数是否计算？ 等NY计算转速送显示缓冲区结 束电动机转速测量 - 5 -void main()Timer0Init();/调用子程序，打开定时器 T0while(1)/计数if(ji=0)n+;while(ji=0);/P21 状态改变后，跳出循环，防止重复计数void delay(u16 i)/子程序，用于延时while(i-);
11、void Timer0Init() /子程序，打开定时器 T0TMOD|=0X01;/选择为定时器 0 模式，工作方式 1，仅用 TR0 打开启动。TH0=0Xb1; /给定时器赋初值，定时 20msTL0=0Xe0;EA=1;/打开总中断ET0=1;/打开定时器 0 中断允许TR0=1;/打开定时器void DigDisplay()/数码管显示程序u8 i;for(i=0;i4;i+) switch(i) /位选，选择点亮的数码管，case(0):P0=smgduans%10;LSA=0;LSB=0;LSC=0; break;/显示第 0 位case(1):P0=smgduan(s/10)%
12、10;LSA=1;LSB=0;LSC=0; break;/显示第 1 位case(2):P0=smgduan(s/100)%10;LSA=0;LSB=1;LSC=0; break;/显示第 2 位电动机转速测量 - 6 -case(3):P0=smgduan(s/1000)%10;LSA=1;LSB=1;LSC=0; break;/显示第 3 位delay(100); /间隔一段时间扫描P0=0x00;/消隐void Timer0() interrupt 1 static int i;/静态全局变量DigDisplay();/触发中断后，调用数码管显示程序i+;if(i=5)/中断 5 次后，
13、显示最新转速s=n;n=0;i=0;TH0=0Xb1;TL0=0Xe0;电动机转速测量 - 7 -2 .基于 PROTEUS 的电路原理图电动机转速测量 - 8 -3、实物搭建AT89C52光电测速模块调速模块直流电机转速显示模块电动机转速测量 - 9 -七 、实验心得与体会单片机综合设计实验使我受益匪浅。不仅让我重新复习了单片机原理、汇编语言的知识，也学到了不少新的东西，比如 Proteus 的使用等。进一步了解了光电、霍尔、电容、电感等类似接近开关传感器的结构、工作原理、使用方法。综合运用其他先修课程的理论和实践知识，制定设计方案，确定传感器型号，基本掌握有关转速测量的方法与技术。学会组建
14、一个简单测量系统，提高动手能力。通过计算、分析、绘图，能运用标准、规范、手册并学会查阅有关资料，培养仪表设计的基本技能。总之，本次实验对我们每位同学都是一次历练。我们有理由相信：在今后的学习、工作中，无论遇到多大困难我们都是不可战胜的！附录：器件清单：品名 型号 数量89C52 单片机 AT89C52 1四位共阴数码管 7SEG-MPX4-CC 174LS138 74LS138 110k 排阻 212M 晶振 110K 电阻 122pF 电容 210uF 电容 1常开按键 1测速传感器模块 1参考文献：【1 】 电机转速测量方法研究 于炳亮山东科学 2005 年 12 月，第 18 卷第 5 期 SHANDONG SCIENCE Vol118 No15 Dec12005 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/【2 】 基于 AT89C51 的电机转速测量仪的设计与实现 王朕，刘雪峰，刘陵顺四川兵工学报2009 年 5 月，第 30 卷第 5 期 【3 】 基于 89C51 的转速测量系统设计 王知平东南大学硕士学位论文
