【正文】 ................................................. 13 Proteus 軟件仿真 ........................................................................................................ 13 7 軟硬件聯(lián)調(diào) .......................................................................................................................... 14 8 結(jié)束語 ................................................................................................................................... 16 參考文獻： .............................................................................................................................. 17 致謝 .......................................................................................................................................... 18 附錄： ...................................................................................................................................... 19 重慶文理學院本科生畢業(yè)論文 (設計 ) 中文摘要 Ⅰ 摘要 在生產(chǎn)過程中，對電機轉(zhuǎn)速 進行精確 的測量十分必要。本 系統(tǒng) 以 A3144 霍爾 傳感器 進行 轉(zhuǎn)速信號的采集， AT89C51 單片機作為主 控制 器 進行轉(zhuǎn)速的測量，采用液晶LCD1602 進行實時顯示，并通過按鍵進行轉(zhuǎn)速的設置和調(diào)整。該系統(tǒng) 具有頻率響應快，抗干擾能力強 ， 利用脈沖計數(shù)法實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)速的測量，通過 LCD 準確 直觀地顯示電機的轉(zhuǎn)速值。 具有很好的應用價值。 關鍵詞：單片機；霍爾傳感器；轉(zhuǎn)速測量 重慶文理學院本科生畢業(yè)論文 (設計 ) 英文摘要 Ⅱ Abstract In the production process, the motor speed is necessary for accurate measurements. This system to A3144 hall sensor for speed signal collection， AT89C51 microcontroller as the main controller for speed measurement， using realtime LCD1602 LCD display, and through the buttons to speed settings and adjustments . The system has a frequency response fast, antiinterference ability, the use of pulse counting method to achieve a measure of speed, through the LCD accurate and directviewing showing motor speed value. Has the very good application value. Keywords: Singlechip microputer。 Hall sensors。Speed measurement 重慶文理學院本科生畢業(yè)論文 (設計 ) 第 1 頁 共 22 頁 1 引言 在 生產(chǎn) 中，經(jīng)常會遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合。例如在發(fā)動機、電動機、卷揚機、機床主軸等旋轉(zhuǎn)設備的試驗、運轉(zhuǎn)和控制中，常需要測量和顯示其轉(zhuǎn)速。測量轉(zhuǎn)速的方法分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測速發(fā)電機為檢測元件，得到的信號是模擬量。數(shù)字式通常采用光電編碼器、圓光柵、霍爾元件等為檢測元件，得到的信號是脈沖信號。隨著微型計算機的廣泛應用，特別是高性能價格比的單片機的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量普遍采用以單片機為核心的數(shù)字式測量方法，智能化微電腦代替了一般機械式或模擬式結(jié)構(gòu) 。 選題目的和意義 隨著超大規(guī)模集成電 路技術(shù)的提高，尤其是單片機應用技術(shù)以其功能強大，價格低廉的顯著特點，使全數(shù)字化測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)得以廣泛應用。由于單片機在測量轉(zhuǎn)速方面具有體積小、性能強、成本低的特點，越來越受到企業(yè)用戶的青睞。轉(zhuǎn)速是工程中應用非常廣泛的一個參數(shù)，其測量方法較多，而模擬量的采集和模擬處理一直是轉(zhuǎn)速測量的主要方法，但這種測量技術(shù)已不能適應現(xiàn)代科技發(fā)展的要求，在測量范圍和精度上，已不能滿足大多數(shù)系統(tǒng)的應用。隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)測量得到普遍應用，特別是單片機對脈沖數(shù)字信號的強大處理能力，使得全數(shù)字量系統(tǒng)越來越 普及，其轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)也可以用全數(shù)字化處理。在測量范圍和測量精度方面都有極大的提高。 本設計題目以單片機為核心設計的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)，在工業(yè)控制和民用電器中都有較高使用價值。可以應用于工業(yè)控制中的某一部分，如數(shù)控車床的電機轉(zhuǎn)速檢測和控制、水泵流量控制以及需要利用轉(zhuǎn)速檢測來進行控制的諸多場合，如車輛的里程表、車速表等?？傊?，轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究是一件非常有意義的課題！ 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述 轉(zhuǎn)速測量是能源設備與動力機械機械性能測速中的一個重要的特性參量，因為動力機械的許多特性參數(shù)是根據(jù)它們與轉(zhuǎn)速的函數(shù)關系來確定的 ，例如壓縮機的排氣量、軸功率、內(nèi)燃機的輸出功率等，而且動力機械的振動、管道氣流脈動、各種工作零件的磨損狀態(tài)等都與轉(zhuǎn)速密切相關。 轉(zhuǎn)速測量的方法很多，測量儀表的型式也多種多樣，其使用條件和測量精度也各不相同。根據(jù)轉(zhuǎn)速測量的工作方式可分為兩大類：接觸式轉(zhuǎn)速測量儀表與非接觸式轉(zhuǎn)速測量儀表。前者在使用時必須與被測軸直接接觸，如離心式轉(zhuǎn)速表、磁性轉(zhuǎn)速表與測速發(fā)電機等；后者在使用時不需要與被測轉(zhuǎn)軸接觸，如光電式轉(zhuǎn)速表、電子數(shù)字式轉(zhuǎn)速表、閃光測速儀等。測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速的傳統(tǒng)方法是使用光電式轉(zhuǎn)速測量表。用這種方法測量時，既要 在發(fā)動機轉(zhuǎn)動軸上粘貼光標紙，又要求測量人員把轉(zhuǎn)速表與光標紙的距離控制在很近的范圍，測量十分不方便。隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)速測量儀表已步入現(xiàn)代化、電子化的行列。過去曾經(jīng)使用過的 接觸式測量儀表，如離心式轉(zhuǎn)速表、磁性轉(zhuǎn)速表、微型發(fā)電機轉(zhuǎn)速表及鐘表式定時轉(zhuǎn)速表，均已先后受到冷落；而利用已知頻率的閃光與被測軸轉(zhuǎn)速同步的方法來測速的閃光測速儀，雖屬于非接觸式儀表，目前仍有應用，但基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設計 第 2 頁 共 22 頁 也退居次要地位。取而代之的是非接觸式的電子與數(shù)字化的測速儀表。這類轉(zhuǎn)速儀表大多具有體積小、重量輕、讀數(shù)準確、使用方便等優(yōu)點，容易實現(xiàn)電腦熒 屏顯示和打印輸出，能夠連續(xù)的反應轉(zhuǎn)速變化，既能測定穩(wěn)定情況下的平均轉(zhuǎn)速，也能夠用來在足夠小的時間間隔這一特定條件下測定發(fā)動機的瞬時轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)速測量的應用系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科技教育、民用電器等各領域的應用極為廣泛，往往成為某一產(chǎn)品或控制系統(tǒng)的核心部分，其各種參數(shù)在不同的應用中有其側(cè)重，但轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)作為普遍的應用，在國民經(jīng)濟發(fā)展中，有重要的意義。 2 系統(tǒng)總體設計 系統(tǒng)設計要求 ⑴ 利用開關型霍爾傳感器實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的測量。 ⑵ 利用 AT89C51 單片機 來實現(xiàn)設計要求。 系統(tǒng)設計思想 以單片機 AT89C5l 為控制核心，用霍爾集成傳感器作為測量轉(zhuǎn)速的檢測元件，最后用字符型液晶顯示器 LCD1602(HD44780 控制 )顯示小型直流電動機 的 轉(zhuǎn)速 ，系統(tǒng)總體構(gòu)成如圖 1 所示。 圖 1 系統(tǒng)框圖 設計要完成的任務 ① 根據(jù)設計要求，初步制定電路框圖。 ② 利用 proteus 仿真軟件畫出電路原理圖。 ③ 編寫程序。 ④ 利用 Keil51 軟件的 uVision2 集成環(huán)境對系統(tǒng)工作軟件進行編譯、調(diào)試和仿真。 ⑤ 搭接硬件電路。 ⑥ 軟硬件聯(lián)合調(diào)試。 3 設計方案論證與選擇 傳感器的選擇 方案一：采用 開關 型霍 爾傳 感器 A3144以及磁鋼，由它們來檢測電機的轉(zhuǎn)速。工作方式為：將磁鋼安裝在電機的轉(zhuǎn)軸上，而霍爾傳感器則放在轉(zhuǎn)軸的旁邊，霍爾傳感器連接在電路中，當磁鋼隨轉(zhuǎn)軸經(jīng)過霍爾傳感器時，由開關型霍爾傳感器的工作原理知，此時將輸出一個低電平信號；而當磁鋼離開霍爾傳感器后，又將輸出一個高電平。這樣通過高低 電平的轉(zhuǎn)換，將其送入單片機后就可以測量它的轉(zhuǎn)速。 方案二： 采用紅外光電傳感器，進行非接觸式檢測。當有物體擋在紅外光電發(fā)光二重慶文理學院本科生畢業(yè)論文 (設計 ) 第 3 頁 共 22 頁 極管和高靈敏度的光電晶體管之間時，傳感器將會輸出一個低電平，而當沒有物體擋在中間時則輸出為高電平，從而形成一個脈沖。系統(tǒng)在光電傳感器收發(fā)端間加入電動機，并在電動機的轉(zhuǎn)軸上安裝一轉(zhuǎn)盤。在這個轉(zhuǎn)盤的邊沿處挖出若干個圓形過孔，把傳感器的檢測部分放在圓孔的圓心位置。每當轉(zhuǎn)盤隨著后輪旋轉(zhuǎn)的時候，傳感器將向外輸出若干個脈沖。把這些脈沖通過一系列的波形整形成單片機可以識別的 TTL 電平，即可算出輪子即時 的轉(zhuǎn)速。 兩個方案的主體電路相同，只是傳感的的選擇不同。而選擇開關型霍爾傳感器則具有多種優(yōu)點：① 精度高：在工作溫度區(qū)內(nèi)精度優(yōu)于 1%。② 過載能力強：當原邊電流超負荷，模塊達到飽和，可自動保護，即使過載電流是額定值的 20 倍時，模塊也不會損壞。 ③ 模塊的高靈敏度，使之能夠區(qū)分在 “ 高分量 ” 上的弱信號，例如：在幾百安的直流分量上區(qū)分出幾毫安的交流分量。 ④還可以通過使用多塊磁鋼來倍頻，以增加測量的精度。 鑒于以上考慮，最終選定方案一。 單片機的選擇 方案一：采用型號為 AT89C51 的單片機 作為主 控制 器。 AT89C51 是帶 4K 字節(jié)閃爍可編程擦除只讀存儲器的低電壓、高性能 CMOS8 位微處理器。它將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，為許多控制提供了靈活性高且價格低廉的方案。 方案二：采用單片機 C8051F060 作為主 控制 器，使用霍爾 傳感器 進行測量的直流電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。 C8051F060 系列單片機是美國 CYGNAL 公司推出的一種與 51 系列單片機內(nèi)核兼容的單片機 。 C8051F060 作為新一代 8051 單片機，具有功能強大、體積小、工作穩(wěn)定等特點，適用于復雜控制系統(tǒng) 。 故選擇方案一。 顯示模塊的選擇 方案一：采用 LED數(shù)碼管動