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1、1 苏州经贸职业技术学院电机课程设计题目：电机转速测量系统院（系）：机电工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：李然学号：0701083216 指导教师：曹双兰职称：副教授2009 年 7 月 4 日名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 18 页 -2 目录：1、摘要-32、系统结构-33、获取脉冲信号的方法-43、1 霍尔传感器-43、2 光电传感器-533 光电编码器-64、硬件连接图及原理-65、实验程序及分析-86仿真-15 7、PROTEL DXP 原理图-168、PCB 图-169、硬件调试结果与分析-1710、谢词-1711、参考文献-18名师资料总结-
2、精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 18 页 -3 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
3、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、脉冲信号的获得名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 18 页 -4 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
4、。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名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 18 页 -5 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，
5、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 遮光叶片名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 18 页 -6 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
6、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
7、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，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 18 页 -7 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
8、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 口输出名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 18 页 -8 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：#
9、include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned long#define LED_DAT P1 sbit LED_SEG0=P03;sbit LED_SEG1=P02;sbit LED_SEG2=P01;sbit LED_SEG3=P00;/sbit pin_SpeedSenser=P35;/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_P
10、ER 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 /校准系数名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 18 页 -9 unsigned char code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;uchar data Disbuf4;/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
11、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 0 x000b*/名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 18 页 -10 TF0=0;/d定时器 T0 用于数码管的动态刷新 /TH0=0 xC0;/*init
12、values*/TL0=0 x00;Flag_Fresh=1;Tcounter+;if(TcounterTIME_CYLC)Flag_clac=1;/周期到，该重新计算转速了 void it_timer1()interrupt 3/*interrupt address is 0 x001b*/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)Disbuf0=0;/开机时，初始化为0000 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1
13、0 页，共 18 页 -11 Disbuf1=0;Disbuf2=0;Disbuf3=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=0 x00;/脉冲计数清零 if(Flag_Err)/超量程处理 /数码管显示字母 EEEE Disbuf0=0 x9e;/开机时，初始化为0000 名师资料总结-精
14、品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 18 页 -12 Disbuf1=0 x9e;Disbuf2=0 x9e;Disbuf3=0 x9e;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|=0 xF0;LED_SEG0=0;LED_DAT=tableDisbuf0;Delay(1);P2|=0 xF0;LED_SEG1=0;LED_DAT=tableDisbuf1;Delay(1);名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 18 页 -13 P2|=0 xF0;LED_S
15、EG2=0;LED_DAT=tableDisbuf2;Delay(1);P2|=0 xF0;LED_SEG3=0;LED_DAT=tableDisbuf3;Delay(1);P2|=0 xF0;/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Disbuf0=(speed/1000)%10;Disbuf1=(speed/100)%10;名师资料总结-精品资料欢迎下载
16、-名师精心整理-第 13 页，共 18 页 -14 Disbuf2=(speed/10)%10;Disbuf3=speed%10;/初始化定时器 T0 void init_timer0()TMOD&=0 xf0;/定时 10 毫秒 /*Timer 0 mode 1 with software gate*/TMOD|=0 x01;/*GATE0=0;C/T0#=0;M10=0;M00=1;*/TH0=0 xC0;/*init values*/TL0=0 x00;ET0=1;/*enable timer0 interrupt*/EA=1;/*enable interrupts*/TR0=1;/*t
17、imer0 run*/延时函数void Delay(uint ms)uchar i;while(ms-)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 18 页 -15 for(i=0;i100;i+);/初始化定时器 T1 void init_timer1()TMOD&=0 x0F;/*Counter 1 mode 1 with software gate*/TMOD|=0 x50;/*GATE0=0;C/T0#=1;M10=0;M00=1;*/TH1=0 x00;/*init values*/TL1=0 x00;ET1=1;/*enable timer1 interrupt
18、*/EA=1;/*enable interrupts*/TR1=1;/*timer1 run*/6.软件仿真：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 18 页 -16 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：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 18 页 -17 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.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 18 页 -18 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名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 18 页 -