電機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)

電機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng),電機(jī),機(jī)電,轉(zhuǎn)速,測量,丈量,系統(tǒng) 電機(jī)課程設(shè)計(jì) 題 目： 電機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng) 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 蔣明波 學(xué) 號： 0500120308 指導(dǎo)教師： 高鵬 職 稱： 副教授 2008年 7 月 4 日 目錄： 1、摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------3 2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)----------------------------------------------------------------------------------------------3 3、獲取脈沖信號的方法----------------------------------------------------------------------------4 3、1霍爾傳感器-------------------------------------------------------------4 3、2 光電傳感器-------------------------------------------------------------5 3．3光電編碼器-------------------------------------------------------------6 4、硬件連接圖及原理------------------------------------------------------------------------------6 5、實(shí)驗(yàn)程序及分析-----------------------------------------------------------------------------------8 6．仿真-----------------------------------------------------------------15 7、PROTEL DXP原理圖-------------------------------------------------------------------16 8、PCB圖-------------------------------------------------------------------------------------------------16 9、硬件調(diào)試結(jié)果與分析-------------------------------------------------------------------------17 10、謝詞---------------------------------------------------------------------------------------------------17 11、參考文獻(xiàn)--------------------------------------------------------------------------------------------18 1.摘要 測速是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問題，學(xué)會使用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)測速儀表具有很重要的意義。 ???? 要測速，首先要解決是采樣的問題。在使用模擬技術(shù)制作測速表時(shí)，常用測速發(fā)電機(jī)的方法，即將測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與待測軸相連，測速發(fā)電機(jī)的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。使用單片機(jī)進(jìn)行測速，可以使用簡單的脈沖計(jì)數(shù)法。只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個(gè)或固定的多個(gè)脈沖，并將脈沖送入單片機(jī)中進(jìn)行計(jì)數(shù)，即可獲得轉(zhuǎn)速的信息。 2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本文主要針對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，然后用數(shù)碼管把電機(jī)的轉(zhuǎn)速顯示出來！ 本裝置主要有兩部分構(gòu)成。1光電測速部分。2測得的脈沖處理處理和顯示部分！ 光電測速部分主要由光電傳感器構(gòu)成！脈沖處理部分主要經(jīng)施密特觸發(fā)器對接收到的脈沖進(jìn)行波形校正，由單片機(jī)的T1口輸入，經(jīng)80C51處理后顯示輸出電機(jī)的轉(zhuǎn)速 下面我們來了解一下光電測速部分！ 。 3、脈沖信號的獲得 ???? 可以有多種方式來獲得脈沖信號，這些方法有各自的應(yīng)用場合。下面逐一進(jìn)行分析。 3．1霍爾傳感器 ???? 霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于開關(guān)信號采集的有CS3020、CS3040等，這種傳感器是一個(gè)3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路（OC）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖1所示是CS3020的外形圖，將有字面對準(zhǔn)自己，三根引腳從左向右分別是Vcc，地，輸出。 此主題相關(guān)圖片如下：1.jpg ?? 圖1 CS3020外形圖 ???? 使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會不斷地產(chǎn)生脈沖信號輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖輸出。在粘磁鋼時(shí)要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個(gè)方向再試。 這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。 3.2．光電傳感器 ???? 光電傳感器是應(yīng)用非常廣泛的一種器件，有各種各樣的形式，如透射式、反射式等，基本的原理就是當(dāng)發(fā)射管光照射到接收管時(shí)，接收管導(dǎo)通，反之關(guān)斷。以透射式為例，如圖2所示，當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，否則打開。為此，可以制作一個(gè)遮光葉片如圖3所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過時(shí)，產(chǎn)生脈沖信號。當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個(gè)脈沖信號。 圖2光電傳感器的原理圖 此主題相關(guān)圖片如下：3.jpg 圖3遮光葉片 3.3．光電編碼器 ???? 光電編碼器的工作原理與光電傳感器一樣，不過它已將光電傳感器、電子電路、碼盤等做成一個(gè)整體，只要用連軸器將光電傳感器的軸與轉(zhuǎn)軸相連，就能獲得多種輸出信號。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。如圖4所示，是某光電編碼器的外形。 此主題相關(guān)圖片如下：4.jpg 圖4 成品光電編碼器 這次課設(shè)我選的是光電傳感器，采用穿透法測量電機(jī)轉(zhuǎn)速。光電傳感器的原理上面有詳細(xì)的介紹。 當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，否則打開。為此，可以制作一個(gè)遮光葉片如圖3所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過時(shí)，產(chǎn)生脈沖信號。當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個(gè)脈沖信號。 這里我們才用轉(zhuǎn)10個(gè)孔的方式！在一分鐘的時(shí)間內(nèi)，假如產(chǎn)生了10000脈沖，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速就為1000r/min. 4、硬件連接 ???? 測速的方法決定了測速信號的硬件連接，測速實(shí)際上就是測頻，因此，頻率測量的一些原則同樣適用于測速。 ???? 通常，可以用計(jì)數(shù)法、測脈寬法和等精度法來進(jìn)行測試。所謂計(jì)數(shù)法，就是給定一個(gè)閘門時(shí)間，在閘門時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)輸入的脈沖個(gè)數(shù)；測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計(jì)數(shù)門，對一個(gè)高精度的高頻計(jì)數(shù)信號進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于閘門與被測信號不能同步，因此，這兩種方法都存在±1誤差的問題，第一種方法適用于信號頻率高時(shí)使用，第二種方法則在信號頻率低時(shí)使用。等精度法則對高、低頻信號都有很好的適應(yīng)性。 ???? 這里為簡化討論，僅采用計(jì)數(shù)法來進(jìn)行測試。 如上圖：因?yàn)楣怆妭鞲衅鞑缓梅抡?，這里我們采用了555芯片構(gòu)成一個(gè)施密特觸發(fā)器，由光電傳感器得到的脈沖由2，5腳輸入，經(jīng)3腳輸出接到單片機(jī)的T1（P3.5）.。經(jīng)89C51編程處理后由P1口輸出通過數(shù)碼管顯示出轉(zhuǎn)速！ 5、實(shí)驗(yàn)程序及分析 ???? 測量轉(zhuǎn)速，使用光電傳感器，被測電機(jī)帶動(dòng)紙片旋轉(zhuǎn)，我們在紙片上開了10小孔，電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周就會產(chǎn)生10個(gè)脈沖，產(chǎn)生12個(gè)脈沖，要求將轉(zhuǎn)速值（轉(zhuǎn)/分）顯示在數(shù)碼管上。 實(shí)驗(yàn)程序如下： #include #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; //光電傳感器信號接在T1上 #define TIME_CYLC 100 //12M晶振，定時(shí)器10ms 中斷一次 我們1秒計(jì)算一次轉(zhuǎn)速 // 1000ms/10ms = 100 #define PLUS_PER 10 //碼盤的齒數(shù) ，這里假定碼盤上有10個(gè)齒，即傳感器檢測到10個(gè)脈沖，認(rèn)為1圈 #define K 100.0 //校準(zhǔn)系數(shù) unsigned char code table[]= {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; uchar data Disbuf[4];// 顯示緩沖區(qū) uint Tcounter = 0; //時(shí)間計(jì)數(shù)器 bit Flag_Fresh = 0; // 刷新標(biāo)志 bit Flag_clac = 0; //計(jì)算轉(zhuǎn)速標(biāo)志 bit Flag_Err = 0; //超量程標(biāo)志 //在數(shù)碼管上顯示一個(gè)四位數(shù) void DisplayFresh(); //計(jì)算轉(zhuǎn)速，并把結(jié)果放入數(shù)碼管緩沖區(qū) void ClacSpeed(); //初始化定時(shí)器T0 void init_timer0(); //初始化定時(shí)器T1 void init_timer1(); //延時(shí)函數(shù) void Delay(uint ms); void it_timer0() interrupt 1 /* interrupt address is 0x000b */ { TF0 = 0; //d定時(shí)器 T0用于數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)刷新 // TH0 = 0xC0; /* init values */ TL0 = 0x00; Flag_Fresh = 1; Tcounter++; if(Tcounter>TIME_CYLC) { Flag_clac = 1;//周期到，該重新計(jì)算轉(zhuǎn)速了 } } void it_timer1() interrupt 3 /* interrupt address is 0x001b */ { TF1 = 0; //定時(shí)器T1用于單位時(shí)間內(nèi)收到的脈沖數(shù) //要速度不是很快，T1永遠(yuǎn)不會益處 Flag_Err = 1; //如果速度很高，我們應(yīng)考慮另外一種測速方法，：脈沖寬度算轉(zhuǎn)速 } void main(void) { Disbuf[0] = 0; //開機(jī)時(shí)，初始化為0000 Disbuf[1] = 0; Disbuf[2] = 0; Disbuf[3] = 0; init_timer0(); init_timer1(); while(1) { if(Flag_Fresh) { Flag_Fresh = 0; DisplayFresh(); // 定時(shí)刷新數(shù)碼管顯示 } if(Flag_clac) { Flag_clac = 0; ClacSpeed(); //計(jì)算轉(zhuǎn)速，并把結(jié)果放入數(shù)碼管緩沖區(qū) Tcounter = 0;//周期定時(shí) 清零 TH1=TL1 = 0x00;//脈沖計(jì)數(shù)清零 } if(Flag_Err) //超量程處理 { //數(shù)碼管顯示字母'EEEE' Disbuf[0] = 0x9e; //開機(jī)時(shí)，初始化為0000 Disbuf[1] = 0x9e; Disbuf[2] = 0x9e; Disbuf[3] = 0x9e; while(1) { DisplayFresh();//不再測速 等待復(fù)位i } } } } //在數(shù)碼管上顯示一個(gè)四位數(shù) 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; } //計(jì)算轉(zhuǎn)速，并把結(jié)果放入數(shù)碼管緩沖區(qū) void ClacSpeed() { uint speed ; uint PlusCounter; PlusCounter = TH1*256 + TL1; speed = K*(PlusCounter/PLUS_PER)/60;//K是校準(zhǔn)系數(shù)，如速度不準(zhǔn)，調(diào)節(jié)K的大小 Disbuf[0] = (speed/1000)%10; Disbuf[1] = (speed/100)%10; Disbuf[2] = (speed/10)%10; Disbuf[3] = speed%10; } //初始化定時(shí)器T0 void init_timer0() { TMOD &= 0xf0; //定時(shí)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 */ } //延時(shí)函數(shù) void Delay(uint ms) { uchar i; while(ms--) for(i=0;i<100;i++); } //初始化定時(shí)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.軟件仿真： 如上圖：光電傳感器測得脈沖由555的2或5腳輸入，由555的三腳輸出，接入AT9C51的P3.5口。P2.4---P2.7為數(shù)碼管的位選端口，p1為數(shù)據(jù)端口。 7．用protel DXP畫出原理圖如下： 8、根據(jù)原理圖得到的PCB： 9、硬件調(diào)試結(jié)果： 這次課程設(shè)計(jì)，主要對電機(jī)進(jìn)行測速，在電機(jī)的碼盤上轉(zhuǎn)了10個(gè)孔， 沒10ms 對電機(jī)測量一次轉(zhuǎn)速！由于工具不太足，做硬件的時(shí)候遇到了不少的困難！ 總體來說能夠?qū)崿F(xiàn)其基本功能！電機(jī)轉(zhuǎn)速700---1500r/min. 謝詞：謝謝高老師對我們這次課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)，在很多模糊的部分給出很多很好的意見，例如光電測速部分等等，再一次謝謝高老師。 10、參考文獻(xiàn)： 電工電子技術(shù)實(shí)踐教程 化學(xué)工業(yè)出版社 單片機(jī)原理及應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 20