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1、毕业论文(设计) 题目名称：基于STC单片机的电机脉冲测速及堵转保 护器 题目类型： 毕业设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即
2、：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 目录长江大学毕业论文(设计)任务书I长江大学毕业论文(设计)开题报告IV长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见XI长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语XII长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定XIII中文摘要XIV英文摘要XV1 前言11.1 研究目的和意义11.2 国内外研究的概况和发展趋势11.3 本文研究的主要内容32 系统
3、组成及工作原理42.1转速电测量的测量原理及其种类42.1.1磁电式42.1.2电涡流式和电容式52.1.3霍尔式62.2系统组成原理框图62.3堵转保护原理73 系统硬件电路的设计83.1单片机STC12C5202AD简介83.1.1STC12C52202AD单片机的主要特点83.1.2单片机编程结构93.2脉冲产生电路设计103.2.1脉冲产生电路原理103.2.2脉冲信号的采集和转换123.3电磁继电器153.3.1继电器的定义153.3.2电磁继电器结构和工作原理163.3.3电磁继电器作用163.3.4电磁继电器在堵转保护中的控制原理163.4光电隔离电路和继电器驱动电路173.4.
4、1单片机和电磁继电器的隔离173.4.1电磁继电器驱动电路183.5最小系统电路设计203.5.1振荡电路203.5.2复位电路213.5.3电源模块224 系统软件部分的设计234.1定时器初始化234.2中断控制程序234.3系统流程框图245 总结25参考文献26致 谢28附录29长江大学毕业论文（设计）任务书长江大学毕业论文(设计)任务书学院（系）电子信息学院 专业 电气工程及其自动化 班级 电气10904 学生姓名 吴磊 教师/职称 赵承志/讲师 1.毕业设论文(设计)题目：基于STC单片机的电机脉冲测速及堵转保护器2.毕业论文(设计)起止时间：2013年 3月11 日2013年 6
5、月10 日3毕业论文(设计)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）4毕业论文(设计)应完成的主要内容1）完成总体设计方案设计。2）STC单片机硬件，电流传感器硬件。3）完成系统软件流程框图和程序设计。5毕业论文(设计)的目标及具体要求1）设计工控机用户界面。2）根据系统要求，进行STC单片机编程。3）系统具有较强的可靠性、操作方便、可扩展。6. 完成毕业论文(设计)所需的条件及上机数要求1）STC单片机编程软件2）个人电脑任务书批准日期 2013 年 月 日 教研室(系)主任(签字) 任务书下达日期 2013 年 月 日 指导教师(签字) 完成任务日期 2013 年 月 日 学生（签名） XV
6、II 长江大学毕业论文（设计）开题报告长江大学毕业论文(设计)开题报告题 目 名 称 ：基于STC单片机的电机脉冲测速及堵转保护器题 目 类 别 ： 毕业设计 院 （系） ： 电子信息学院 专 业 班 级 ： 学 生 姓 名 ： 辅 导 教 师 ： 赵承志 开题报告日期 ： 2012年3月11日 基于STC单片机的电机脉冲测速及堵转保护器学 生：，电子信息学院指导教师：赵承志，电子信息学院1 题目来源交流电机是一种应用最广泛的动力设备，在国民经济中起着举足轻重的作用。由于交流电机被大量用于极端恶劣的环境中，如电网波动、负载冲击以及外界环境高温、高湿、粉尘等，其保护问题就显得非常重要，保护问题又
7、涉及测量方向，因此课题首要任务是测量，转速是一重要测量量。 2 研究目的和意义电机是当前应用最广泛的动力设备，供电系统70%的电能是通过电动机消耗的。由于交流电机具有结构简单、制造方便、运行可靠以及价格低廉等优点，因而被广泛应用于工农业、交通运输、国防等领域。电动机所带的负载种类繁多，且往往是整个设备中的关键部分，因而电动机的安全、稳定运行具有十分重要的意义。电动机的故障或不正常运行轻则影响设备功能重则造成设备损坏和其他安全事故，引起重大的经济损失，电动机保护器的研究就显得十分重要。据有关方面统计，每年电动机损毁数量在300万台以上，仅电动机的维修费就在百亿元以上，因电动机不正常工作所造成的耗
8、电量高达数十亿KWh，间接经济损失更是数目惊人，而且这一数字还在不断增长。另外，由于现代电动机设计、生产技术的提高，电动机的体积越来越小，导致电机内部电流密度显著增加；再加上现代化的生产工艺往往要求电动机经常在频繁的启动、制动、正反装以及变负荷等多种状态下切换运行，电动机出现的概率更加难以确定，故障后导致的后果也更加严重。因此，无论从安全的角度还是从经济的角度来看，电动机保护器的研究有着深远的意义。3阅读的主要参考文献及资料名称1孙传友，张一.感测技术基础M.第三版.北京：电子工业出版社，2011：1751782徐爱钧.单片机原理实用教程基于Proteus虚拟仿真M.第二版.北京：电子工业出版
9、社，2011：79,4250,5262，2182523王为清，邱文勋.51单片机开发案例精选M.北京：人民邮电出版社，2007：84854求是科技.单片机典型模块设计案例导航M.第二版.北京：人民邮电出版社，2008：229235,2852935周润景，张丽娜，丁莉.基于PROTEUS的电路及单片机设计与仿真M.第二版.北京：北京航空航天大学出版社，2010：1691806刘海成.单片机及应用系统设计原理与实践M.北京：北京航空航天大学出版社，2009：88121,3913927戴顺辉，彭江（上海华建电力设备股份有限公司，上海）.基于单片机的电动机保护器的设计J.智能电器及计算机应用，2008
10、，第23卷：154 国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向1以熔断器、热继电器为主的机械式保护方式 热继电器是建国以后从前苏联引进技术开发的金属片机械式电动机过载保护器，是长期以来我国电动机保护器所采取的的主要技术方法。这种电动机保护器由熔断器、断路器及热继电器组成，控制方式主要分为四种：（1）熔断器交流接触器热继电器；（2）断路器交流接触器热继电器；（3）熔断器断路器；（4）熔断器断路器交流接触器热继电器。热继电器是用于保护电动机因过载引起过电流的装置。热继电器在电子技术尚不发达的时代曾是电机过载保护的首选产品，利用的是双金属片热效应原理：双金属片是由两片不同膨胀系数的金属铆合而成，通过的电流
11、使它们产生热量，并向膨胀系数小的一边弯曲，弯曲的程度和电流的大小成正比，当电流超过热继电器整定电流的一定时间就会启动其中的脱扣装置，从而起到切断主回路达到保护的目的。热继电器具有反时限特性和结构简单、安装方便等优点；同时，它也有一定的缺陷，由于材料的热滞后效应导致热继电器有保护时滞和轻微堵转、过载保护欠佳的缺点。由于上述缺点导致电动机容易长期运行于轻微过载状态，使电动机绕组产生热积累，绕组温升超过额定值，绕组绝缘老化，影响电动机使用寿命。另外，受制造工艺限制，热继电器的性能有一定的分散性，动作曲线与电动机实际保护曲线不协调，使电动机有效功率下降，严重时还会导致误动作。正因为如此，这种传统的电动
12、机保护方法正在被逐步淘汰，新设备上已基本看不到它的身影。2普通电子式电动机保护器 从上个世纪七八时年代开始，随着半导体技术、电子技术的发展及广泛应用，一批新的基于分立电子元件和中小规模集成电路的新型电动机保护产品应运而生。此类保护器从保护取样方式上大致扥为电压取样型和电流取样型。电压取样型电动机保护器主要针对电动机的工作电压进行相应的检测来对电动机进行保护；电流取样型电动机保护器通过对电动机的线电流的变化检测来对电动机进行保护。我国电子式保护器是由晶体管型发展至集成电路型，装置功能基本满足电动机保护的要求。但是设计思路的限制导致这些电动机保护器仍有一些难以克服的缺陷，这主要便现在：（1） 精度
13、不高。由于整个保护器是由众多分立元件集合而成，任何一个元件的性能都会对整个系统产生很大影响。各个元器件之间连线繁杂，在复杂电磁环境中极易受到干扰，对温度的敏感性也很高，这常常导致保护器不能正常工作。（2） 无法实现参数存储、通信等功能。受期间功能影响，在由分立元件构成的电动机保护器上无法实现像参数记录，实时通信这样的高端性能，这也限制这类保护器的应用范围。（3） 另外，整个保护装置中的元件、节点众多，大大增加了系统的故障点，导致保护器调试困难。3智能型电动机保护器 微电子技术的深入发展，大规模乃至超大规模集成电路成果的日新月异。以微控制器、数字信号处理器、可编程逻辑控制器等为代表的智能型控制器
14、不断进步，在国民经济的各个领域都取得了重大成果。基于智能型控制器的电动机保护器与前两种保护方式相比具有先天的优势。这种智能化电动机保护装置具有处理速度快、智能化程度高等优点，可以实施各种非常复杂的算法和各种保护功能；由于能够方便地实现自检测试功能从而减少了装置的维修工作量，避免了因装置缺陷引起的保护不正确动作，提高了保护的可靠性。它可以同时对电动机进行断相、过载、短路、欠压、三相不平衡、堵转、漏电等进行保护。它还拥有显示、通信、故障记录等功能。智能型电动机保护器正以其优异的性能取得各大原始设备生产商的青睐，它将是电动机保护器的主要发展方向。5 主要研究内容、重点研究的关键问题及解决思路主要研究
15、内容：电机和转速测量传感器输出脉冲信号接入单片机STC12C5202，单片机和继电器装置通过光耦驱动电磁继电器，电磁继电器根据单片机检测的脉冲间隔时间来判断电机是否堵转，如果堵转则单片机P1.0输出信号控制继电器动作并延时。原理框图如图1所示图1 系统设计原理框图重点研究的关键问题及解决思路：1、传感器检测脉冲信号：传感器用来测量转速并把输出的信号转换成方波信号，传感器需通过转换电路连接到STC12C5202单片机。设计采用测频计数式。在指定的时间内对转速传感器发出的脉冲信号进行计数，若每分钟转动圈数为n，每转一圈传感器发出脉冲数为m（m的数值最好是60的整数倍），则传感器脉冲的频率为，因此可
16、求得转速。 转速传感器可采用转速脉冲变换电路如下图2所示图2 用转速脉冲变换电路2、单片机STC12C5202如何控制电磁继电器？电磁继电器动作电流？动作时间？如何与单片机连接？单片机是一个弱电器件，一般情况下大都工作在5V甚至更低。驱动电流在mA级以下，因此需使用一个三极管来放大单片机输出的电流，而三极管又需要一个二极管来保护。这里继电器由相应的晶闸管来驱动（如图3所示），开机时，单片机初始化后的P1.0为高电平，+12V电源通过电阻使三极管导通，所以开机后继电器始终处于吸合状态，如果在程序中写入CLR P1.0，相应三极管的基极就会被拉到0V左右，使相应的三极管截止，继电器就会断电释放，每
17、个继电器都有一个常开转常闭的接点，便于在其他电路中使用，继电器线圈两端反相并联的二极管是起到吸收方向电动势的功能，保护相应的驱动晶闸管，这种继电器驱动方式硬件结构简单。再将继电器的输出到LED灯上，即可通过LED灯的亮灭得知继电器的吸合断开状态。堵转保护，一般整定电流大于电动机额定电流28倍，动作延时时间为0.320s。继电器电磁阀对单片机的电源有干扰，继电器断开时，电磁阀将产生较大的电磁干扰，这也可以在单片机的电源引脚及继电器的供电引脚串接电感活在穿心电感能有效抑制干扰，对小功率电磁阀不需要光耦隔离，如果电磁阀的功率大的话，如500W以上，那么需要考虑用光耦隔离，同时要注意各线的走向，并串电
18、感或穿心磁珠，两者的地也需要隔离。图3 光耦隔离驱动继电器电路6 完成毕业设计所必须具备的工作条件及解决办法计算机一台电路设计软件Altium.Designer.v10.0Keil uVision37 工作的主要阶段、进度与时间安排2月27日3月10日：网上查资料、完成文献翻译；3月10日3月23日：查看相关资料进行方案设计，开题报告；3月24日4月15日：掌握STC12C5202单片机的基础编程及应用，了解单片机的基本工作原理；4月16日5月10日: 利用Altium.Designer.v10.0绘制电路图，并进行硬件调试，使用Keil uVision3进行编程；5月11日5月25日：完成毕
19、业论文初稿；5月26日6月4日：毕业论文及相关文档定稿、审查、评阅；6月4日6月10日：毕业设计答辩。8指导教师审查意见长江大学毕业论文（设计）指导教师评审意见长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见学生姓名专业班级毕业论文(设计)题目指导教师职 称评审日期评审参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评审意见：指导教师签名： 评定成绩（百分制）：_分（注：此页不够，请转反面）
20、长江大学毕业论文（设计）评阅教师评语长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语学生姓名专业班级毕业论文(设计)题目评阅教师职 称评阅日期评阅参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评语：评阅教师签名： 评定成绩（百分制）：_分（注：此页不够，请转反面）长江大学毕业论文（设计）答辩记录及成绩评定长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定学生姓名专业班级毕业论文(设计)题目答辩时间 年 月 日 时答辩地点一、答辩
21、小组组成答辩小组组长：成 员：二、答辩记录摘要答辩小组提问（分条摘要列举）学生回答情况评判三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）：_分 毕业论文(设计)最终成绩评定(依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文(设计)评分的相关规定)等级(五级制)：_答辩小组组长(签名) ： 秘书(签名)： 年 月 日院(系)答辩委员会主任(签名)： 院(系)( 盖章)中文摘要基于STC单片机的电机脉冲测速及堵转保护器学 生：，电子信息学院指导导师：赵承志，电子信息学院摘要在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件
22、，得到的信号是模拟量。数字式通常采用电磁式转速传感器，霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。本文便是运用STC12C5202单片机控制的智能化转速测量仪。电机在运行过程中，需要对其进行监控，转速是一个必不可少的一个参数。本系统就是对电机转速进行测量，并通过单片机定时来检测电机是否堵转，堵转后控制电磁继电器动作及延时。 本设计主要用单片机STC12C52002作为控制核心，由电磁式转速传感器.光耦电路.电磁继电器.接触器等构成。本文重点是测量转速及单片机定时系统。在软件系统的设计上，
23、根据STC12C5202单片机的编程结构特点，充分利用单片机的片上资源，采用模块化编程思想，将系统功能分解成较小的功能模块，然后用子函数和中断处理函数等实现了电动机保护功能.其优点硬件是电路简单，软件功能完善，测量速度快、精度高、控制系统可靠，性价比较高等特点。关键词单片机；电磁式转速传感器；转速测量；数据处理；电磁继电器英文摘要Motor pulse velocity and locked-rotor protector based on STC microcontrollerStudent: Electronics & Information CollegeTutor:ZhaoChengz
24、hi. Electronics & Information CollegeAbstract In engineering practice, often will encounter all sorts of need to measure the speed occasions, measurement speed methods are classified into analog and digital two kinds. Analog tachogenerator as the test components, is the signal. Digital usually adopt
25、s the electromagnetic speed sensors, hall element as the detecting element and the signal is the pulse signal. With the widely application of the microcomputer, especially high performance than the single chip microcomputer, speed measurement widely used with the single chip processor as the core of
26、 digital measuring method.This paper is to use STC12C5202 single-chip microcomputer control of intelligent speed measuring instrument. Motor in the process of operation, need to be monitored, speed is an essential part of a one parameter. This system is carried out on the motor speed measurement, an
27、d through the SCM timer to check if motor stalling, locked-rotor after control electromagnetic relay action and time delay.This design mainly STC12C52002 MCU as control core, the electromagnetic speed sensors. Optical coupling circuit. The electromagnetic relay. Contactor, etc. This paper focuses on
28、 measuring speed and single-chip timing system.In the design of software system, according to the structural characteristics of STC12C5202 microcontroller programming, make full use of the microcontroller on-chip resources, the idea of modular programming, the function modules of the system function
29、 is decomposed into smaller, then use function and interrupt processing functions such as motor protection function is realized. Its advantage is hardware circuit is simple, software function is perfect, fast measurement speed, high precision, reliable control system, high cost performance character
30、istics.Key Words Microcomputer; Electromagnetic speed sensor; Speed measurement; Data processing; Electromagnetic relay XVIII 前言1 前言1.1 研究目的和意义电机是当前应用最广泛的动力设备，供电系统70%的电能是通过电动机消耗的。由于交流电机具有结构简单、制造方便、运行可靠以及价格低廉等优点，因而被广泛应用于工农业、交通运输、国防等领域。电动机所带的负载种类繁多，且往往是整个设备中的关键部分，因而电动机的安全、稳定运行具有十分重要的意义。电动机的故障或不正常运行轻则影
31、响设备功能重则造成设备损坏和其他安全事故，引起重大的经济损失，电动机保护器的研究就显得十分重要。据有关方面统计，每年电动机损毁数量在300万台以上，仅电动机的维修费就在百亿元以上，因电动机不正常工作所造成的耗电量高达数十亿KWh，间接经济损失更是数目惊人，而且这一数字还在不断增长。另外，由于现代电动机设计、生产技术的提高，电动机的体积越来越小，导致电机内部电流密度显著增加；再加上现代化的生产工艺往往要求电动机经常在频繁的启动、制动、正反装以及变负荷等多种状态下切换运行，电动机出现的概率更加难以确定，故障后导致的后果也更加严重。因此，无论从安全的角度还是从经济的角度来看，电动机保护器的研究有着深
32、远的意义。1.2 国内外研究的概况和发展趋势1以熔断器、热继电器为主的机械式保护方式热继电器是建国以后从前苏联引进技术开发的金属片机械式电动机过载保护器，是长期以来我国电动机保护器所采取的的主要技术方法。这种电动机保护器由熔断器、断路器及热继电器组成，控制方式主要分为四种：（1）熔断器交流接触器热继电器；（2）断路器交流接触器热继电器；（3）熔断器断路器；（4）熔断器断路器交流接触器热继电器。热继电器是用于保护电动机因过载引起过电流的装置。热继电器在电子技术尚不发达的时代曾是电机过载保护的首选产品，利用的是双金属片热效应原理：双金属片是由两片不同膨胀系数的金属铆合而成，通过的电流使它们产生热量
33、，并向膨胀系数小的一边弯曲，弯曲的程度和电流的大小成正比，当电第 43 页 共 41 页基于单片机的电机脉冲测速及堵转保护器流超过热继电器整定电流的一定时间就会启动其中的脱扣装置，从而起到切断主回路达到保护的目的。热继电器具有反时限特性和结构简单、安装方便等优点；同时，它也有一定的缺陷，由于材料的热滞后效应导致热继电器有保护时滞和轻微堵转、过载保护欠佳的缺点。由于上述缺点导致电动机容易长期运行于轻微过载状态，使电动机绕组产生热积累，绕组温升超过额定值，绕组绝缘老化，影响电动机使用寿命。另外，受制造工艺限制，热继电器的性能有一定的分散性，动作曲线与电动机实际保护曲线不协调，使电动机有效功率下降，
34、严重时还会导致误动作。正因为如此，这种传统的电动机保护方法正在被逐步淘汰，新设备上已基本看不到它的身影。2普通电子式电动机保护器 从上个世纪七八时年代开始，随着半导体技术、电子技术的发展及广泛应用，一批新的基于分立电子元件和中小规模集成电路的新型电动机保护产品应运而生。此类保护器从保护取样方式上大致扥为电压取样型和电流取样型。电压取样型电动机保护器主要针对电动机的工作电压进行相应的检测来对电动机进行保护；电流取样型电动机保护器通过对电动机的线电流的变化检测来对电动机进行保护。我国电子式保护器是由晶体管型发展至集成电路型，装置功能基本满足电动机保护的要求。但是设计思路的限制导致这些电动机保护器仍
35、有一些难以克服的缺陷，这主要便现在：（4） 精度不高。由于整个保护器是由众多分立元件集合而成，任何一个元件的性能都会对整个系统产生很大影响。各个元器件之间连线繁杂，在复杂电磁环境中极易受到干扰，对温度的敏感性也很高，这常常导致保护器不能正常工作。（5） 无法实现参数存储、通信等功能。受期间功能影响，在由分立元件构成的电动机保护器上无法实现像参数记录，实时通信这样的高端性能，这也限制这类保护器的应用范围。（6） 另外，整个保护装置中的元件、节点众多，大大增加了系统的故障点，导致保护器调试困难。3智能型电动机保护器 微电子技术的深入发展，大规模乃至超大规模集成电路成果的日新月异。以微控制器、数字信
36、号处理器、可编程逻辑控制器等为代表的智能型控制器不断进步，在国民经济的各个领域都取得了重大成果。基于智能型控制器的电动机保护器与前两种保护方式相比具有先天的优势。这种智能化电动机保护装置具有处理速度快、智能化程度前言高等优点，可以实施各种非常复杂的算法和各种保护功能；由于能够方便地实现自检测试功能从而减少了装置的维修工作量，避免了因装置缺陷引起的保护不正确动作，提高了保护的可靠性。它可以同时对电动机进行断相、过载、短路、欠压、三相不平衡、堵转、漏电等进行保护。它还拥有显示、通信、故障记录等功能。智能型电动机保护器正以其优异的性能取得各大原始设备生产商的青睐，它将是电动机保护器的主要发展方向1。
37、1.3 本文研究的主要内容系统采用单片机最小应用系统即可满足要求，采用STC12C5202单片机作为主控制器，使用电磁式转速传感器测量电机的转速。测速硬件组成如图1.1所示：图1.1 测速硬件组成电路图传感器将电机的转速信号转变为电脉冲信号，经过处理后进行脉冲测速。晶体振荡电路主要是给单片机提供时钟，信号经单片机STC12C5202定数器T0进行脉冲测量，来然后进行相关的处理。转速传感器检测电机旋转并产生方波脉冲信号，假设检测到的方波间隔大于5S，则电机堵转。5S的定时由单片机定时器T0控制，电机堵转后单片机P1.0输出信号控制继电器动作并延时。基于单片机的电机脉冲测速及堵转保护器2 系统组成
38、及工作原理2.1转速电测量的测量原理及其种类测频计数式的电测法很多，其共同特点是在指定时间内对转速传感器发出的脉冲进行计数。若每转1周传感器发出脉冲数为m（m的数值最好是60的整数倍）, 每分钟转动圈数为n，则传感器脉冲的频率为（式2-1），因此可求得转速 (式2-2) 2 。2.1.1磁电式图2.1(a)为开磁路磁阻式转速传感器，传感器由永久磁铁1、软铁2、感应线圈3组成，齿数为m的齿轮4安装在被测转轴上。当齿轮随转轴旋转时，齿的凹凸引起磁阻变化，致使线圈中磁通发生变化，感应出幅值交变的电势，感应电势的频率.f由(式2-1)决定3。图2.1 磁电式转速传感器开磁路磁阻式转速传感器结构比较简单
39、，但输出信号较小，另外当被测轴振动较大时，传感器输出波形失真较大。在振动强的场合往往采用闭磁路转速传感器，如图2.1(b)所示。它是由装在转轴1上的内齿轮2、外齿轮3、线圈4及磁铁5构成，内外齿轮的齿数相同均为m，转轴1连接到被测转轴上与被测轴一起转动，使内外齿轮相对运动，使磁路气隙周期变化，在线圈中产生感应电势，电势频率同(式2-1)。由于感应电势的幅值取决于切割磁力线的速度，因而也与转速成一定比例。当转速太低时，输出电势很小，以致无法测量。所以磁电式转速传感器有一个下限工作频系统组成及工作原理率为50Hz(闭磁路式的下限频率可降到30Hz)。其上限工作频率可达100kHz。磁阻式转速传感器
40、采用转速一脉冲变换电路如图2.2所示。传感器感应电压由二极管VD削去负半周，送到V1进行放大，再由射极跟随器V2送入V3和V4组成的射极藕合触发器进行整形，这样就得到方波输出信号4。图2.2 磁阻式转速-脉冲转换电路2.1.2电涡流式和电容式图2.1（a）中的磁电式传感器若换成电涡流式传感器就构成电涡流式转速传感器。当金属齿轮随被测转轴转动时，电涡流传感器线圈的电感将周期性地变化，其变化频率也由（式2-1)决定。 图2.1（a）中的磁电式传感器若换成变面积式电容传感器就构成电容式转速传感器，如图2-3所示，当齿轮随被测转轴转动时，电容传感器的电容也周期性变化，其变化频率也由（式2-1） 决定。
41、基于单片机的电机脉冲测速及堵转保护器图2.3 电容式转速传感器测速原理图 图2.4 霍尔式转速传感器 2.1.3霍尔式 霍尔式转速传感器原理如图2.4所示。图(a)所示是将一非磁性圆盘固定在被测转轴上，圆盘的周边上等距离地嵌装着m个永磁铁氧体，相邻两铁氧体的极性相反。由磁导体和置于磁导体间隙中的霍尔元件组成测量头图(a)右上角，磁导体尽可能安装在铁氧体边上。当圆盘转动时，霍尔元件感受的磁场强度周期性变化，霍尔元件输出正负交变的周期电势。 图(b)是在被测转轴上安装一个齿轮状的磁导体，对着齿轮固定着一个马蹄形的永久磁铁，霍尔元件粘贴在磁极的端面上。当被测轴转动时，带动齿轮状磁导体转动，于是霍尔元
42、件磁路中的磁阻发生周期性变化，使霍尔元件感受的磁场强度也发生周期性变化，从而输出一系列频率与转速成比例的单向电压脉冲。 以上两种霍尔式转速传感器，配以适当的电路即可构成数字式或模拟式非接触型转速表，这种转速表对被测轴影响小，输出信号幅值又与转速无关，因此测量精度高，测速范围大致在（1）。2.2系统组成原理框图电机和转速测量传感器输出脉冲信号接入单片机STC12C5202AD，单片机和继电器装置通过光耦驱动电磁继电器，电磁继电器根据单片机检测的两个脉冲间隔时间来判断电机是否堵转，如果堵转则单片机P1.0输出信号控制继电器动作并延时。原理系统组成及工作原理框如图2.5所示图2.5 原理框图系统由电
43、机、磁电式传感器、STC12C5202、光耦合电路、电磁继电器、接触器六大模块组成。2.3堵转保护原理在实际工程中经常会有堵转保护错误报警，本设计基于实际考虑，以单片机STC12C5202检测到的两个脉冲信号的间隔时间是否大于5S为标准进行设计电磁继电器保护部分。两个脉冲间隔时间5S可由单片机定时。具体方案为，外部中断INT0检测到脉冲下降沿时中断，单片机进行中断处理，定时器开始定时，在第二个脉冲下降沿到来时，若单片机定时时间大于5S则单片机输出信号控制继电器动作。基于单片机的电机脉冲测速及堵转保护器3 系统硬件电路的设计3.1单片机STC12C5202AD简介单片机是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）的简称，是指在一块芯片上集成了中央处理器CPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM或EPROM、定时器/计数器、中断控制器以及串行或并行I/O接口等部件，构成一个完整的微型计算机。目前，新型单片机内还有A/D及D/A转换器、高速输入/输出等部件。由于它的结构和指令功能都是按工业控制要求设计的，特别适用于工业控制及其数据处理场合，因此，确切的称谓是微控制器（Microcomputer）。系统采用的单片机是STC12C5202AD（如图3.1所示）5。STC12C520022AD单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期的单片机，是高速/低功耗/超强