1、个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 1 / 7 三江学院毕业设计 一、课题研究的背景、意义、文献综述 1、课题研究的背景 转速仪在自动化生产设备和旋转运动装置中应用十分广泛。目前我国的转 速计量技术与发达国家相比，在精度上与发达国家还有一定的差距。国家质量监 督局的文件显示，目前在我国工业领域应用的高精度转速计量仪器中，90%的转 速测量仪的测量准确度只能达到0.1%左右，而在发达国家的测量精度能达到0.05 %。可想而知，两者测量精度的不一样，会在产品的质量上产生什么样的结果。 传统的转速仪是机械式的,典型的机械式转速仪连接一根软轴,软轴内有一根钢丝 缆,软轴的另一端与设备旋转
2、部件相连,带动转速表内的磁铁旋转而产生磁力线, 使指针偏转,指针偏转的角度与旋转设备的转速成正比。这种转速仪的特点是结 构简单实用,被广泛用于汽车上。同样由于机械式转速测量仪的精度上和测量方 式上远远比不上电子式转速测量仪，随着电子技术的发展,现在大多采用电子数 字式转速仪,常见的是由光电或霍尔传感器获取信号,通过对脉冲进行计数而推算 出转速,并由数字显示器件直接显示,单位为r/min,即每分钟多少转。所以采用电 子转速测量仪是转速测量仪器发展的一种不可避免的趋势。 2、课题研究的意义 在工业自动控制领域,经常会遇到各种需要测量转速的场合,如电动机、发电 机、机床主轴等旋转设备的实验、运转和控
3、制,就需要对转速进行分时或连续的 测量和显示。而且,随着计算机技术在工业控制中的广泛应用,还要求转速计具有 通讯接口。但目前国内使用的转速测量仪在测试精度、测量范围、性能价格比等 方面均存在明显的不足。在设备的测试、运转及控制中，测速环境和精确度要求 不同，相应的测量方法不同。对于某一些问题，转速测量的要求的准确度不是很 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 2 / 7 高；而对于另外一些问题，除了要求能精确地测得转速外，还要求保证测量的实 时性，要求能测得瞬时的转速。转速更加是电动机极为重要的一个状态参数，其 测量精度将直接影响电动机其它有关参数和特性的测试以及故障检测与诊断的准
4、 确性。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,随着微型计算机的广泛应用,特别是高性能及高性价格比的 单片机的涌现,转速测量普遍采用了以单片机为核心的数字法, 智能化微电脑式代替了一般机械式或模拟量结构。在工业测控系统中, 转速更是重要的监控参数之一, 因而测转速是个重要而有意义的课题。 3、课题研究的文献综述 目前，转速仪控制系统常用的处理方案主要有以下两类：基于LabVIEW的处 理方案，基于单片机的智能控制方案。 第一类：基于LabVIEW的处理方案 虚拟仪器( Virtual Instruments, 简称VI 由计算机、相应的硬件( 如数据采集卡、输入/
5、 输出卡、GPIB 卡等 和专用软件( 如LabVIEW、LabWindows/ CVI 等 构成, 功能主要由软件实现。VI可由用户按自己的要求自行定义、自行设计, 变换非常灵活, 不仅能执行传统仪器的功能, 还能执行传统仪器所无法实现的许多功能。采用虚拟仪器思想设计的虚拟转矩、 转速仪, 其性能是传统转矩、转速仪所无法比拟的。凭借良好的虚拟仪器操作平台, 使用者可以方便、精确地测量转矩、转速。结合电流变传动与控制实验中转矩、 转速的测量, 为构建基于NI 虚拟仪器的电流变检测与控制系统, 开发出一种基于NI 虚拟仪器平台的虚拟转矩、转速仪。但由于虚拟仪器在我国的使用情况还不太可 观，技术环
6、节还比较薄弱，因此此方案可作为参考使用。 第二类：基于单片机的智能控制方案 随着单片机的不断推陈出新，特别是高性价比的单片机的涌现，现在可以说 单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的 单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的， 也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 3 / 7 转速测量控制普遍采用了以单片机为核心的数字化、智能化的系统。使用霍尔传 感器进行测量的直流电机转速测量系统，根据霍尔效应原理，将一块永磁铁固定 在电机转轴上的转盘边沿，转
7、盘随测轴旋转，永磁体也将跟着同步旋转，在转盘 下方安装一个霍尔传感器，转盘随轴旋转时，受永磁体所产生的磁场的影响，霍 尔传感器输出脉冲信号给单片机，然后经单片机处理后经显示模块将转速显示出 来。 二、课题研究的基本内容、重点难点及要解决的主要问题 1、课题研究的基本内容 本课题是对转速仪进行的研制，主要完成的是硬件电路设计部分的研究和制 作及单片机软件的编写与调试。顾名思义，本课题是要求设计一个测量转动速度 的仪器，通过霍尔传感器来采集电机转速，霍尔传感器将电机的转速转化为脉冲 信号传送给单片机，然后单片机将信号发送到显示器上显示出转速值。磁钢通常 采用永久磁铁分割成的小磁块, 粘于转动部件的
8、边缘。该 仪器测量的转速时要求有一定的测量精度和测速范围要求，例如. 的数字显示，且要稳定可靠。当通过手动设定转速的上下限后，仪器在测速时要 提示正常，下限和上限指示和报警功能。 2、课题研究的重点难点 硬件电路部分 在硬件电路部分，以AT89C51单片机为CPU控制单元的核心，包括了电源单元 、转速测量模块(霍尔传感器、LED显示、键盘模块、报警装置等多功能单元模 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 4 / 7 块。 脉冲信号 霍尔传感器 AT89C51 单片机 串口通信 电源单元 LED显示 键盘模块 报警装置 软件设计部分 在软件程序的设计部分，采用8051单片机的C语言编
9、程来实现，在系统的程 序设计中， 可采用模块化编程实现。整个软件由主程序模块、转速测量模块、数据通信模块 、动态显示模块等组成。各模块均采用结构化程序设计思想设计， 因而具有较强的通用性， 而采用模块化程序结构则可使软件易于调试、维护和移植。 主程序模块 LED 显示模块 键盘输入模块 转速检测模块转速超限报警模块 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 5 / 7 3、要解决的主要问题 本设计课题要求所设计的转速仪在测量转速时要求有一定的测量精度和测速范围 要求，例如.的数字显示，且要稳定可靠。然而，众所周知测量精 度正是我国在转速仪这一块与西方发达国家的弱点所在，并且在测量精度的
10、处理 上也是有一定的难度的。因此，测量精度成为了本课题需要解决的主要问题。解 决这个问题可以从两个方面考虑。第一个是硬件方面。在转轴周长的平分处粘N 个小磁块, 这时可直接测量的最小转速数为n/N(n为转速。这种方法的优点是简单, 但随着N的增多, 由于受霍尔元件的带宽限制, 测量上限会随之减少。因此, 这个方法主要适用于测量范围在低速的一些场合。第二个方法是修改测量软件。 当一个测量周期结束时, 首先检查计数次数寄存器的内容m, 当m=0时, 则说明在一个测量周期内转轴没有转完一周。这时我们设置一个单元存放直到m 0时的测量周期次数K, 同时将每个测量周期的计数值Y存入内存。每个测量周期只读
11、取T1,清零重新计数 , 但不做其它运算处理, 直至在某个测量周期结束时m0。 三、课题研究计划与写作提纲 1、课题研究计划 第 1 周2018年2月21日-2018年2月25日）： 下达任务书，学生接受任务，学生搜集资料，开始开题报告的撰写； 第 2周第 4 周2018年2月28日-2018年3月18日）： 学生查阅资料，完成开题报告； 第 5 周第 10 周2018年3月21日-2018年4月29日）： 课题实施阶段，其中第8周：期中检查。第10周：成果验收。 第 11 周第 14 周2018年5月 2日-2018年 5月 27日）： 学生撰写论文。其中第13，14周：指导老师和评阅老师评
12、阅学生的毕业设计 论文），并填写相关评阅表。 第 15 周第 16 周2018年5月30日-2018年6月10日）： 毕业设计答辩，完成资料整理，评优工作。 2、课题写作提纲 在近一周的时间，通过翻阅资料及在网上浏览相关内容，对本课题有了初步 的认识和了解，并且对于硬件电路设计部分的研究和制作及单片机软件的编写与 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 6 / 7 调试在大脑中已经形成了一个整体的框架。现在将对论文写作部分作一个提纲， 可作为论文写作时的参考。 在本次设计的论文部分将主要包括以下几个部分：摘要、绪论、转速测量系 统的设计、硬件电路设计的思路及解决方案、软件程序设计的思
13、路及解决方案、 系统的整机调试过程、结论、致谢、参考文献及附录等几个部分。 在摘要部分将对本设计的核心器件单片机作一个简短介绍，并且对整个电 路所包括的几个功能模块部分作下描述。 在绪论部分将对此课题的背景及测速系统的简况、转速仪的发展历程和发 展趋势作一个简短的描述。 在转速测量系统的设计部分将对本次设计中所使用的测速方法及测速原理 作一个系统的阐述。 在硬件电路设计部分将对传感器的选择、单片机、按键部分、显示模块等 部分作一个详细的描述。 在软件设计部分将对设计的方案、各个功能模块作下介绍。 在系统的整机调试过程部分、结论、致谢、参考文献及附录等几个部分将 根据以后实操过程进行概括。 学生
14、签名： 年 月 日 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 7 / 7 注：理工类学生偏重于对课题相关知识的理解和实施方案的框架结构，文 管类学生偏重于对文献资料的理解与综述。表格栏高不够可自行增加 。 指导教师 批阅意见 指导教师应对课题研究的思路、方法、对策、措施和预期成效等做 出评价，并提出具体的改进意见） 开题报告对课题研究的思路、方法、对策、措施和预期成效圴 已达到了基本要求，说明作者一周以来的工作卓有成效，现对下列 几个方面还需作一些修改提出建议，以作参攷。 1. 如何获得转速信号的具体算法； 2. 如何实现两位小数的采集方法； 3. 初稿的程序模块中超速超限报警和蜂鸣报警模块併成一项。 指导教师签名： 年 月 日
