基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)方案-文庫(kù)吧
2025-04-27 23:06 本頁(yè)面
【正文】 約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率，在工業(yè)控制和民用電器中都有較高使用價(jià)值。其可以應(yīng)用于工業(yè)控制中的某一部分，如數(shù)控車床的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)和控制、水泵流量控制以及需要利用轉(zhuǎn)速檢測(cè)來(lái)進(jìn)行控制的許多場(chǎng)合。如車輛的里程表、車速表等。其次該轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)由于采用全數(shù)字化結(jié)構(gòu)，因而可以很方便的和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，實(shí)行遠(yuǎn)程管理和控制，進(jìn)一步提高現(xiàn)代化水平。并且，幾乎不需做很大改變直接就能作為單獨(dú)的使用產(chǎn)品?？傊?，轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的研究是一件非常有意義的課題【2】。這次設(shè)計(jì)內(nèi)容包含知識(shí)全面，對(duì)光電傳感器測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同的方法及原理設(shè)計(jì)有較多介紹，在測(cè)量系統(tǒng)中能學(xué)到關(guān)于測(cè)量轉(zhuǎn)速的傳感器采樣問(wèn)題，單片機(jī)部分的內(nèi)容，顯示部分等各個(gè)模塊的通信和聯(lián)調(diào)。全面了解單片機(jī)和信號(hào)放大的知識(shí)，進(jìn)一步鍛煉了在信號(hào)采集，處理，顯示方面的實(shí)際工作能力。 學(xué)習(xí)好幫手2 轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的原理與方法 轉(zhuǎn)速是指作圓周運(yùn)動(dòng)的物體在單位時(shí)間內(nèi)所轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù),其大小及變化往往意味著機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的正常與否,因此,轉(zhuǎn)速測(cè)量一直是工業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)重要問(wèn)題。按照不同的理論方法,先后產(chǎn)生過(guò)模擬測(cè)速法(如離心式轉(zhuǎn)速表)、同步測(cè)速法(如機(jī)械式或閃光式頻閃測(cè)速儀)以及計(jì)數(shù)測(cè)速法【3】。計(jì)數(shù)測(cè)速法又可分為機(jī)械式定時(shí)計(jì)數(shù)法和電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法。本文介紹的采用單片機(jī)和光電傳感器組成的高精度轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng),其轉(zhuǎn)速測(cè)量方法采用的就是電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法。采用數(shù)字測(cè)速法進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量，其測(cè)量原理是：在固定的時(shí)間內(nèi)，記錄光電傳感器發(fā)生的脈沖信號(hào)數(shù)量，從而轉(zhuǎn)換為實(shí)際轉(zhuǎn)速。設(shè)固定的測(cè)量時(shí)間為（min）,計(jì)數(shù)記錄的脈沖個(gè)數(shù)為m,假設(shè)脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)輸出q個(gè)脈沖，對(duì)應(yīng)被測(cè)轉(zhuǎn)速為n(r/min),則頻率Hz。在測(cè)量時(shí)間內(nèi)，記錄光電傳感器輸出的脈沖個(gè)數(shù)m=.所以，只要我們測(cè)得m值，就可得出實(shí)際轉(zhuǎn)速值。按轉(zhuǎn)速測(cè)量原理可分為三類轉(zhuǎn)速測(cè)量方法：，用以計(jì)算這段時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)速，稱為“M”法測(cè)速，又稱為頻率法。M法測(cè)速的分辨率與實(shí)際轉(zhuǎn)速的大小無(wú)關(guān)【4】。在時(shí)間T內(nèi)，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的弧度數(shù)為X，則的轉(zhuǎn)速n可由下式表示： (21) 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的弧度數(shù)X,可用下式所示： （22）將(21)式代入(22)式，得轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為： （23）轉(zhuǎn)速單位；（轉(zhuǎn)/分） 定時(shí)時(shí)間單位；（秒）2. “T”法測(cè)速是測(cè)出旋轉(zhuǎn)編碼器兩個(gè)輸出脈沖之間的間隔時(shí)間來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)速，又被稱為周期法測(cè)速?！癟”法一般用于低速測(cè)量，速度越低測(cè)量精度越高，但在測(cè)量高轉(zhuǎn)速時(shí)，誤差較大。T法測(cè)速同樣也是用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)的。與M法測(cè)速不同的是，它所計(jì)的是計(jì)算機(jī)發(fā)出的高頻時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)，以旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的相鄰兩個(gè)脈沖的同樣變化沿作為計(jì)數(shù)器的其實(shí)點(diǎn)和終止點(diǎn)【5】。T法測(cè)速的分辨率與轉(zhuǎn)速高低有關(guān)，轉(zhuǎn)速越低，分辨能力越強(qiáng)。定時(shí)器對(duì)時(shí)基脈沖(頻率為)進(jìn)行計(jì)數(shù)定時(shí)，在TP內(nèi)計(jì)數(shù)值若為m2，則計(jì)算公式為： （24）即： （25）為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一周脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖數(shù)。為硬件產(chǎn)生的基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖頻率單位Hz。轉(zhuǎn)速單位；（轉(zhuǎn)/分）。時(shí)基脈沖。3.“M/T”法，結(jié)合上述這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，一方面象“M”法那樣在對(duì)光電傳感器發(fā)出的脈沖計(jì)數(shù)的同時(shí)，也象“T”法那樣計(jì)取脈沖的時(shí)間，通過(guò)計(jì)算即可得出轉(zhuǎn)速值。在實(shí)際測(cè)量中，還須設(shè)定定時(shí)時(shí)間，兼顧高、低轉(zhuǎn)速時(shí)的精度影響，適時(shí)調(diào)節(jié)采樣時(shí)間，它的關(guān)鍵是計(jì)數(shù)同步開始和關(guān)閉【6】。實(shí)際的檢測(cè)時(shí)間與旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖一致，能有效減小測(cè)速誤差。設(shè)高頻脈沖的頻率為，脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)發(fā)出P個(gè)脈沖，由式（22）和（25）可得“M/T”法轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為： （26）轉(zhuǎn)速值。單位；（轉(zhuǎn)/分）。晶體震蕩頻率。單位Hz。輸入脈沖數(shù)，反映轉(zhuǎn)角。時(shí)基脈沖數(shù)。3 系統(tǒng)方案提出和論證 轉(zhuǎn)速測(cè)量的方案選擇,一般要考慮傳感器的結(jié)構(gòu)、安裝以及測(cè)速范圍與環(huán)境條件等方面的適用性。再就是二次儀表的要求,除了顯示以外還有控制、通訊和遠(yuǎn)傳方面的要求【7】。由于光電傳感器具有頻譜寬、不易受電磁干擾的影響、非接觸式測(cè)量、響應(yīng)快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。隨著激光、光纖、CCD技術(shù)的發(fā)展，光電式傳感器在自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)我查資料、構(gòu)思和自己的設(shè)計(jì)，通過(guò)分析，從實(shí)現(xiàn)難度、熟悉程度、器件用量等方面綜合考慮，最終選擇了下面方案【8】。 光電式傳感器是將被測(cè)量的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，再通過(guò)光電器件把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。，它一般由光源，光學(xué)通路，光電器件三部分組成【9】。轉(zhuǎn)速作用于光源或者光學(xué)通路，從而引起光量的變化。 測(cè)量電路 光電元件 光源 光學(xué)通路 光量 光量 電量 電量輸出 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速 下圖為轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的原理圖。傳感器單片機(jī)LED顯示 放大、整形電路 信號(hào)接收 信號(hào)處理 轉(zhuǎn)速顯示 系統(tǒng)原理圖各部分模塊的功能：①傳感器：采集轉(zhuǎn)速信號(hào)②放大、整形電路：對(duì)傳感器送過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大和整形，在送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理轉(zhuǎn)換。③單片機(jī)：對(duì)放大整形的信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速信號(hào)，送入LED④LED顯示：顯示轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)際值4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)提高，尤其是單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及功能強(qiáng)大，價(jià)格低廉的顯著特點(diǎn)，使全數(shù)字化測(cè)量轉(zhuǎn)度系統(tǒng)得一廣泛應(yīng)用【10】。出于單片機(jī)在測(cè)量
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