電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)
電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng),電機,機電,轉(zhuǎn)速,測量,丈量,系統(tǒng)
電機課程設(shè)計
題 目: 電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)
院 (系): 機電工程學院
專 業(yè): 電氣工程及其自動化
學生姓名: 蔣明波
學 號: 0500120308
指導教師: 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、實驗程序及分析-----------------------------------------------------------------------------------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--------------------------------------------------------------------------------------------18
1.摘要
測速是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問題,學會使用單片機技術(shù)設(shè)計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,常用測速發(fā)電機的方法,即將測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸與待測軸相連,測速發(fā)電機的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。使用單片機進行測速,可以使用簡單的脈沖計數(shù)法。只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周,產(chǎn)生一個或固定的多個脈沖,并將脈沖送入單片機中進行計數(shù),即可獲得轉(zhuǎn)速的信息。
2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本文主要針對電機的轉(zhuǎn)速進行測量,然后用數(shù)碼管把電機的轉(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行波形校正,由單片機的T1口輸入,經(jīng)80C51處理后顯示輸出電機的轉(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,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,可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周,獲得多個脈沖輸出。在粘磁鋼時要注意,霍爾傳感器對磁場方向敏感,粘之前可以先手動接近一下傳感器,如果沒有信號輸出,可以換一個方向再試。 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,基本的原理就是當發(fā)射管光照射到接收管時,接收管導通,反之關(guān)斷。以透射式為例,如圖2所示,當不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時,開關(guān)管關(guān)斷,否則打開。為此,可以制作一個遮光葉片如圖3所示,安裝在轉(zhuǎn)軸上,當扇葉經(jīng)過時,產(chǎn)生脈沖信號。當葉片數(shù)較多時,旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個脈沖信號。
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)控機床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動、機器人、雷達、軍事目標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轉(zhuǎn)速。光電傳感器的原理上面有詳細的介紹。
當不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時,開關(guān)管關(guān)斷,否則打開。為此,可以制作一個遮光葉片如圖3所示,安裝在轉(zhuǎn)軸上,當扇葉經(jīng)過時,產(chǎn)生脈沖信號。當葉片數(shù)較多時,旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個脈沖信號。 這里我們才用轉(zhuǎn)10個孔的方式!在一分鐘的時間內(nèi),假如產(chǎn)生了10000脈沖,則電機的轉(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,可以用計數(shù)法、測脈寬法和等精度法來進行測試。所謂計數(shù)法,就是給定一個閘門時間,在閘門時間內(nèi)計數(shù)輸入的脈沖個數(shù);測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計數(shù)門,對一個高精度的高頻計數(shù)信號進行計數(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使用,第二種方法則在信號頻率低時使用。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,僅采用計數(shù)法來進行測試。
如上圖:因為光電傳感器不好仿真,這里我們采用了555芯片構(gòu)成一個施密特觸發(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、實驗程序及分析
???? 測量轉(zhuǎn)速,使用光電傳感器,被測電機帶動紙片旋轉(zhuǎn),我們在紙片上開了10小孔,電機每旋轉(zhuǎn)一周就會產(chǎn)生10個脈沖,產(chǎn)生12個脈沖,要求將轉(zhuǎn)速值(轉(zhuǎn)/分)顯示在數(shù)碼管上。
實驗程序如下:
#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,定時器10ms 中斷一次 我們1秒計算一次轉(zhuǎn)速 // 1000ms/10ms = 100
#define PLUS_PER 10 //碼盤的齒數(shù) ,這里假定碼盤上有10個齒,即傳感器檢測到10個脈沖,認為1圈
#define K 100.0 //校準系數(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; //時間計數(shù)器
bit Flag_Fresh = 0; // 刷新標志
bit Flag_clac = 0; //計算轉(zhuǎn)速標志
bit Flag_Err = 0; //超量程標志
//在數(shù)碼管上顯示一個四位數(shù)
void DisplayFresh();
//計算轉(zhuǎn)速,并把結(jié)果放入數(shù)碼管緩沖區(qū)
void ClacSpeed();
//初始化定時器T0
void init_timer0();
//初始化定時器T1
void init_timer1();
//延時函數(shù)
void Delay(uint ms);
void it_timer0() interrupt 1 /* interrupt address is 0x000b */
{
TF0 = 0; //d定時器 T0用于數(shù)碼管的動態(tài)刷新
//
TH0 = 0xC0; /* init values */
TL0 = 0x00;
Flag_Fresh = 1;
Tcounter++;
if(Tcounter>TIME_CYLC)
{ Flag_clac = 1;//周期到,該重新計算轉(zhuǎn)速了
}
}
void it_timer1() interrupt 3 /* interrupt address is 0x001b */
{
TF1 = 0; //定時器T1用于單位時間內(nèi)收到的脈沖數(shù)
//要速度不是很快,T1永遠不會益處
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; //開機時,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(); // 定時刷新數(shù)碼管顯示
}
if(Flag_clac)
{ Flag_clac = 0;
ClacSpeed(); //計算轉(zhuǎn)速,并把結(jié)果放入數(shù)碼管緩沖區(qū)
Tcounter = 0;//周期定時 清零
TH1=TL1 = 0x00;//脈沖計數(shù)清零
}
if(Flag_Err) //超量程處理
{
//數(shù)碼管顯示字母'EEEE'
Disbuf[0] = 0x9e; //開機時,初始化為0000
Disbuf[1] = 0x9e;
Disbuf[2] = 0x9e;
Disbuf[3] = 0x9e;
while(1)
{ DisplayFresh();//不再測速 等待復位i
}
}
}
}
//在數(shù)碼管上顯示一個四位數(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是校準系數(shù),如速度不準,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;
}
//初始化定時器T0
void init_timer0()
{
TMOD &= 0xf0; //定時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 */
}
//延時函數(shù)
void Delay(uint ms)
{
uchar i;
while(ms--)
for(i=0;i<100;i++);
}
//初始化定時器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,主要對電機進行測速,在電機的碼盤上轉(zhuǎn)了10個孔,
沒10ms 對電機測量一次轉(zhuǎn)速!由于工具不太足,做硬件的時候遇到了不少的困難!
總體來說能夠?qū)崿F(xiàn)其基本功能!電機轉(zhuǎn)速700---1500r/min.
謝詞:謝謝高老師對我們這次課程設(shè)計的指導,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:
電工電子技術(shù)實踐教程 化學工業(yè)出版社
單片機原理及應(yīng)用 機械工業(yè)出版社
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