【正文】 基于 8086 的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量儀的設(shè)計(jì) 一． 概述 1． 1 電機(jī)轉(zhuǎn)速測量的歷史 在工程實(shí)踐中，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(jī)、電動機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中，常需要分時或連續(xù)測量、顯示其轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速測量是電機(jī)測試中的一個重要測試項(xiàng)目 ， 測量轉(zhuǎn)速的方法很多，傳統(tǒng)的測速方法一般用機(jī)械離心式轉(zhuǎn)速表，機(jī)械鐘表式轉(zhuǎn)速表，用測速發(fā)電機(jī)以及用日光燈頻閃法測電機(jī)轉(zhuǎn)速等，在工業(yè)應(yīng)用中，還有通過測量同步電機(jī)定子電壓頻率的方法來測量同步電機(jī)轉(zhuǎn)速。但這些方法無論是在使用方便程度還是在反應(yīng)時間以及測量精 度等各個方面都滿足不了電機(jī)研究和應(yīng)用的要求。例如對電機(jī)過渡過程的研究，就需要測量電機(jī)的瞬時轉(zhuǎn)速，在微特電機(jī)的研究中還要研究轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度等。 這些問題的存在為電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量提出了新的要求。 1． 2 電機(jī)轉(zhuǎn)速測量的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛使用， 現(xiàn)在 轉(zhuǎn)速測量普遍采用了以微 控制器和微 處理器為核心的數(shù)字法，智能化微電腦式代替了一般機(jī)械式或模擬量結(jié)構(gòu)。 同時伴隨 現(xiàn)代傳感技術(shù)的 不斷 發(fā)展，轉(zhuǎn)速測量中一般通過各種傳感器將速度變換為電量，然后再用模擬或數(shù)字方式顯示出來。用于轉(zhuǎn)速測量的傳感器一般包括 :光電傳感器 (其中又可分為投 射式和反射式 )、振動式傳感器 (其中又可分為磁電式和壓電式 )、電容式傳感器、電渦流式傳感器、磁電式傳感器、光電編碼器等。 當(dāng)前轉(zhuǎn)速測量應(yīng)用最為廣泛的方法是利用傳感器將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，再用數(shù)字測速方法測出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。數(shù)字測速是發(fā)展十分迅速的一種測速方法，其測試結(jié)果直接以數(shù)字顯示。數(shù)字測速按其原理可分為兩大類 :一類是在給定標(biāo)準(zhǔn)時間內(nèi)測得旋轉(zhuǎn)的角度來表示速度 ， 稱為測頻法測速 。另一類是在給定的角位移距離內(nèi)，測得轉(zhuǎn)過這一角位移的時間來表示速度 ， 稱為測周法測速 。 當(dāng)前國內(nèi)外市場上銷售的數(shù)字轉(zhuǎn)速測量裝置一般是采用測 頻法且功能比較單一的通用轉(zhuǎn)速表，其測速周期或者根據(jù)測量范圍手動切換或者為保證測量精度用較長的測速周期，轉(zhuǎn)速報(bào)警值一般有一個下限值和一個上限值，由于較少采用 CPU 所以通常沒有數(shù)據(jù)存貯、數(shù)據(jù)處理的功能。 1． 3 發(fā)展方向 市場需求在不斷地復(fù)雜化，目前的 通用轉(zhuǎn)速測量裝置經(jīng)常難以滿足某些特種電機(jī)轉(zhuǎn)速測量的特殊要求。例如大型沖擊發(fā)電機(jī)，由于工作狀況的特殊性，所以對轉(zhuǎn)速測量裝置要求也很特殊，要求具有測量瞬時轉(zhuǎn)速、測量平均轉(zhuǎn)速、測量轉(zhuǎn)角、非常寬的測量范圍、有多個轉(zhuǎn)速控制伐值、測量結(jié)果自動存貯、打印輸出測量結(jié)果、能夠輸出速 度一時間曲線及能夠與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊等諸多功能。因此需要按照特殊的測量要求開發(fā)專用轉(zhuǎn)速測量裝置。 1． 4 本文主要研究內(nèi)容 隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和現(xiàn)代傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研制一套高精度轉(zhuǎn)速測控系 統(tǒng) 己成為可能。本 設(shè)計(jì) 就是利用 8086微型處理器 以及轉(zhuǎn)速傳感器研制具有高測量精度的數(shù)字式轉(zhuǎn)速測控系統(tǒng) ，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括四 個方面： 一是 測量電機(jī)轉(zhuǎn)速； 二是 顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速 ； 三是 越限報(bào)警； 四是鍵盤 調(diào)整轉(zhuǎn)速警戒 值 。 二． 系統(tǒng)原理 2． 1 系統(tǒng)基本原理 使用 8086 測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的基 本原理如圖 2－ 1 所示： 圖 2－ 1 基于 8086 測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的基本原理圖 該系統(tǒng)的工作過程如下： 測量轉(zhuǎn)速的霍爾傳感器和機(jī)軸同軸連接，機(jī)軸每轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一定量的脈沖個數(shù)，由霍爾器件電路部分輸出。經(jīng)光電耦合器后，成為轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖 。同時傳感器電路輸出幅度為 12V 的脈沖經(jīng)光電耦合后降為 5V，保持同 8086 邏輯電平相一致。 8086用 定時器 控制計(jì)數(shù)時間，即可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值對應(yīng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速值。 CPU 將該值數(shù)據(jù)處理后，在 LED 數(shù)碼管上顯示出來。一旦超速， CPU 通過喇叭和轉(zhuǎn)燈發(fā)出聲光報(bào)警信號。 可以 通過鍵盤的“＋”“ — ”鍵調(diào)整新的警報(bào) 限 值 。 8086 存儲系統(tǒng) （ 512K SRAM 512K EEPROM） 鍵盤控制 顯示電路 計(jì)數(shù)器 后續(xù)電路 電機(jī) 越限報(bào)警 定時器 測速部分 霍爾傳感器 2． 2 系統(tǒng)的基本要求 要求 測量 實(shí)時性 ，調(diào)電保護(hù)功能 ， 數(shù)字式 測速 。 2． 3 設(shè)計(jì)依據(jù)與 方案 利用微處理器實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速測量有多種方案可供選擇。基于本系統(tǒng)要包括測速、控制、顯示等功能，現(xiàn)列舉出一些具體方案進(jìn)行比較，并選擇一個最優(yōu)方案。 ⑴ 嵌入式 處理器的選擇 ： 微處理器對于整個系統(tǒng)來說至關(guān)重要 ， 目前 電機(jī)轉(zhuǎn)速測量儀 的微處理器一般采用的是 8位 MCS51單片機(jī)，此類單片機(jī)應(yīng)用廣泛，價格相對較低發(fā)展也較成熟，是 測速 儀 一般 方案 的首選。 這種 方案雖然能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的基本功能，但是卻不能保證系統(tǒng)對實(shí)時性、擴(kuò)展接口等各方面的要求，故考慮采用 16位 8086微處理器。 ⑵ 數(shù)據(jù)存儲方案 ： 本系統(tǒng) 要求有調(diào)電保護(hù)功能，因而在存儲系統(tǒng)中要設(shè)置一種存儲器來保存數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)利用 EEPROM 實(shí)現(xiàn) ； 同時 由于 EEPROM 的擦寫次數(shù)的限制，檢測的數(shù)據(jù)量不能實(shí)時寫入其中只能存儲在 SRAM 中，當(dāng)?shù)揭欢ǖ臅r間或檢測到掉電后再把數(shù)據(jù)寫入 EEPROM 中 。 這種方案的實(shí)現(xiàn)技術(shù)非常簡單。 ⑶ 測速原理 ： 測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的第一 步就是要將電機(jī)的轉(zhuǎn)速表示為主機(jī)可以識別的脈沖信號，從而進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)。具體測量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(jī)為檢測元件，得到的信號是電壓量，而數(shù)字式通常采用光電 編碼器、園光柵、霍爾元件等為檢測元件，得到的信號是脈沖信號。本設(shè)計(jì)是數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量儀，所以使用數(shù)字式的傳感器，并且選用其中的霍爾器件。在實(shí)際工作中，卷揚(yáng)機(jī)這種旋轉(zhuǎn)設(shè)備經(jīng)常作業(yè)在野外、露天，工作環(huán)境條件較差?？紤]用霍爾集成元件作為傳感器，主要因?yàn)樗?br />