【正文】 基于 8086 的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì) 一． 概述 1． 1 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的歷史 在工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到 各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、卷?yè)P(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(shí)或連續(xù)測(cè)量、顯示其轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量是電機(jī)測(cè)試中的一個(gè)重要測(cè)試項(xiàng)目 ， 測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法很多，傳統(tǒng)的測(cè)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(cè)速發(fā)電機(jī)以及用日光燈頻閃法測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速等，在工業(yè)應(yīng)用中，還有通過測(cè)量同步電機(jī)定子電壓頻率的方法來(lái)測(cè)量同步電機(jī)轉(zhuǎn)速。但這些方法無(wú)論是在使用方便程度還是在反應(yīng)時(shí)間以及測(cè)量精 度等各個(gè)方面都滿足不了電機(jī)研究和應(yīng)用的要求。例如對(duì)電機(jī)過渡過程的研究，就需要測(cè)量電機(jī)的瞬時(shí)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(cè)量提出了新的要求。 1． 2 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)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(cè)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(shí)伴隨 現(xiàn)代傳感技術(shù)的 不斷 發(fā)展，轉(zhuǎn)速測(cè)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(lái)。用于轉(zhuǎn)速測(cè)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(dòng)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(cè)量應(yīng)用最為廣泛的方法是利用傳感器將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，再用數(shù)字測(cè)速方法測(cè)出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。數(shù)字測(cè)速是發(fā)展十分迅速的一種測(cè)速方法，其測(cè)試結(jié)果直接以數(shù)字顯示。數(shù)字測(cè)速按其原理可分為兩大類 :一類是在給定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)測(cè)得旋轉(zhuǎn)的角度來(lái)表示速度 ， 稱為測(cè)頻法測(cè)速 。另一類是在給定的角位移距離內(nèi)，測(cè)得轉(zhuǎn)過這一角位移的時(shí)間來(lái)表示速度 ， 稱為測(cè)周法測(cè)速 。 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上銷售的數(shù)字轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置一般是采用測(cè) 頻法且功能比較單一的通用轉(zhuǎn)速表，其測(cè)速周期或者根據(jù)測(cè)量范圍手動(dòng)切換或者為保證測(cè)量精度用較長(zhǎng)的測(cè)速周期，轉(zhuǎn)速報(bào)警值一般有一個(gè)下限值和一個(gè)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(chǎng)需求在不斷地復(fù)雜化，目前的 通用轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置經(jīng)常難以滿足某些特種電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)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(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置要求也很特殊，要求具有測(cè)量瞬時(shí)轉(zhuǎn)速、測(cè)量平均轉(zhuǎn)速、測(cè)量轉(zhuǎn)角、非常寬的測(cè)量范圍、有多個(gè)轉(zhuǎn)速控制伐值、測(cè)量結(jié)果自動(dòng)存貯、打印輸出測(cè)量結(jié)果、能夠輸出速 度一時(shí)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(cè)量要求開發(fā)專用轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置。 1． 4 本文主要研究?jī)?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(cè)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(cè)量精度的數(shù)字式轉(zhuǎn)速測(cè)控系統(tǒng) ，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括四 個(gè)方面： 一是 測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(gè)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(shí)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(shí)器 控制計(jì)數(shù)時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值對(duì)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(lái)。一旦超速， CPU 通過喇叭和轉(zhuǎn)燈發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。 可以 通過鍵盤的“＋”“ — ”鍵調(diào)整新的警報(bào) 限 值 。 8086 存儲(chǔ)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(shí)器 測(cè)速部分 霍爾傳感器 2． 2 系統(tǒng)的基本要求 要求 測(cè)量 實(shí)時(shí)性 ，調(diào)電保護(hù)功能 ， 數(shù)字式 測(cè)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(cè)量有多種方案可供選擇?；诒鞠到y(tǒng)要包括測(cè)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(gè)最優(yōu)方案。 ⑴ 嵌入式 處理器的選擇 ： 微處理器對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說至關(guān)重要 ， 目前 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x 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(jià)格相對(duì)較低發(fā)展也較成熟，是 測(cè)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(duì)實(shí)時(shí)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(chǔ)方案 ： 本系統(tǒng) 要求有調(diào)電保護(hù)功能，因而在存儲(chǔ)系統(tǒng)中要設(shè)置一種存儲(chǔ)器來(lái)保存數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)利用 EEPROM 實(shí)現(xiàn) ； 同時(shí) 由于 EEPROM 的擦寫次數(shù)的限制，檢測(cè)的數(shù)據(jù)量不能實(shí)時(shí)寫入其中只能存儲(chǔ)在 SRAM 中，當(dāng)?shù)揭欢ǖ臅r(shí)間或檢測(cè)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(jiǎn)單。 ⑶ 測(cè)速原理 ： 測(cè)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(shí)別的脈沖信號(hào)，從而進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)。具體測(cè)量方法分為模擬式和數(shù)字式兩種，模擬式采用測(cè)速發(fā)電機(jī)為檢測(cè)元件，得到的信號(hào)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(cè)元件，得到的信號(hào)是脈沖信號(hào)。本設(shè)計(jì)是數(shù)字式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x，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?yè)P(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 />