基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文(已修改)
2025-07-01 12:58 本頁面
【正文】 單片機課程設(shè)計基于單片機的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計【摘要】 介紹了一種基于AT89C51單片機平臺,采用光電傳感器實施電機轉(zhuǎn)速測量的方法,硬件系統(tǒng)包括脈沖信號產(chǎn)生、脈沖信號處理和顯示模塊,并采用C語言編程,結(jié)果表明該方法具有簡單、精度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點。介紹了該測速法的基本原理、實現(xiàn)步驟和軟硬件設(shè)計【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)速測量。 單片機。 霍爾傳感器；電機；脈沖。 數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的發(fā)展背景 目前國內(nèi)外測量電機轉(zhuǎn)速的方法很多，按照不同的理論方法，先后產(chǎn)生過模擬測速法(如離心式轉(zhuǎn)速表、用電機轉(zhuǎn)矩或者電機電樞電動勢計算所得)、同步測速法(如機械式或閃光式頻閃測速儀)以及計數(shù)測速法。計數(shù)測速法又可分為機械式定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。傳統(tǒng)的電機轉(zhuǎn)速檢測多采用測速發(fā)電機或光電數(shù)字脈沖編碼器，也有采用電磁式(利用電磁感應原理或可變磁阻的霍爾元件等)、電容式(對高頻振蕩進行幅值調(diào)制或頻率調(diào)制)等，還有一些特殊的測速器是利用置于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)的放射性材料來發(fā)生脈沖信號．其中應用最廣的是光電式，光電式測系統(tǒng)具有低慣性、低噪聲、高分辨率和高精度的優(yōu)點．加之激光光源、光柵、光學碼盤、CCD 器件、光導纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應用，使得光電傳感器在檢測和控制領(lǐng)域得到了廣泛的應用。而采用光電傳感器的電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)測量準確度高、采樣速度快、測量范圍寬和測量精度與被測轉(zhuǎn)速無關(guān)等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。 本設(shè)計課題的目的和意義
在工程實踐中,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、電動機、卷揚機、機床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗、運轉(zhuǎn)和控制中,常需要分時或連續(xù)測量和顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時轉(zhuǎn)速。要測速，首先要解決是采樣問題。在使用模技術(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。為了能精確地測量轉(zhuǎn)速外,還要保證測量的實時性,要求能測得瞬時轉(zhuǎn)速方法。因此轉(zhuǎn)速的測試具有重要的意義。
這次設(shè)計內(nèi)容包含知識全面，對傳感器測量發(fā)電機轉(zhuǎn)速的不同的方法及原理設(shè)計有較多介紹，在測量系統(tǒng)中能學到關(guān)于測量轉(zhuǎn)速的傳感器采樣問題，單片機部分的內(nèi)容，顯示部分等各個模塊的通信和聯(lián)調(diào)。全面了解單片機和信號放大的具體內(nèi)容。進一步鍛煉我們在信號采集，處理，顯示發(fā)面的實際工作能力。轉(zhuǎn)速是指作圓周運動的物體在單位時間內(nèi)所轉(zhuǎn)過的圈數(shù),其大小及變化往往意味著機器設(shè)備運轉(zhuǎn)的正常與否,因此,轉(zhuǎn)速測量一直是工業(yè)領(lǐng)域的一個重要問題。按照不同的理論方法,先后產(chǎn)生過模擬測速法(如離心式轉(zhuǎn)速表) 、同步測速法(如機械式或閃光式頻閃測速儀) 以及計數(shù)測速法。計數(shù)測速法又可分為機械式定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。本文介紹的采用單片機和光電傳感器組成的高精度轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng),其轉(zhuǎn)速測量方法采用的就是電子式定時計數(shù)法。對轉(zhuǎn)速的測量實際上是對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的周期脈沖信號的頻率進行測量。在頻率的工程測量中,電子式定時計數(shù)測量頻率的方法一般有三種：①測頻率法:在一定時間間隔t 內(nèi),計數(shù)被測信號的重復變化次數(shù)N ,則被測信號的頻率fx 可表示為f x =Nt(1)②測周期法:在被測信號的一個周期內(nèi),計數(shù)時鐘脈沖數(shù)m0 ,則被測信號頻率fx = fc/ m0 ,其中, fc 為時鐘脈沖信號頻率。③多周期測頻法:在被測信號m1 個周期內(nèi), 計數(shù)時鐘脈沖數(shù)m2 ,從而得到被測信號頻率fx ,則fx 可以表示為fx =m1 fcm2, m1 由測量準確度確定。電子式定時計數(shù)法測量頻率時,其測量準確度主要由兩項誤差來決定:一項是時基誤差。另一項是量化177。1誤差。當時基誤差小于量化177。1 誤差一個或兩個數(shù)量級時,這時測量準確度主要由量化177。1 誤差來確定。對于測頻率法,測量相對誤差為：Er1 =測量誤差值實際測量值100 % =1N100 % (2)由此可見,被測信號頻率越高, N 越大, Er1就越小,所以測頻率法適用于高頻信號(高轉(zhuǎn)速信號) 的測量。對于測周期法,測量相對誤差為：Er2 =測量誤差值實際測量值100 % =1m0100 % (3)對于給定的時鐘脈沖fc , 當被測信號頻率越低時,m0 越大, Er2就越小,所以測周期法適用于低頻信號(低轉(zhuǎn)速信號) 的測量。對于多周期測頻法,測量相對誤差為：Er3 =測量誤差值實際測量值100%=1m2100 % (4) 從上式可知,被測脈沖信號周期數(shù)m1 越大, m2 就越大,則測量精度就越高。它適用于高、低頻信號(高、低轉(zhuǎn)速信號) 的測量。但隨著精度和頻率的提高, 采樣周期將大大延長,并且判斷m1 也要延長采樣周期,不適合實時測量。根據(jù)以上的討論,考慮到實際應用中需要測量的轉(zhuǎn)速范圍很寬,上述的轉(zhuǎn)速測量方法難以滿足要求,因此,研究高精度的轉(zhuǎn)速測量方法,以同時適用于高、低轉(zhuǎn)速信號的測量,不僅具有重要的理論意義,也是實際生產(chǎn)中的需要。 轉(zhuǎn)速測量的方案選擇,一般要考慮傳感器的結(jié)構(gòu)、安裝以及測速范圍與環(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、通訊和遠傳方面的要求。本說明書中給出兩種轉(zhuǎn)速測量方案，經(jīng)過我和伙伴查資料、構(gòu)思和自己的設(shè)計，總體電路我們有兩套設(shè)計方案，部分重要模塊也考慮了其它設(shè)計方法，經(jīng)過分析，從實現(xiàn)難度、熟悉程度、器件用量等方面綜合考慮，我們才最終選擇了一個方案。下面就看一下我們對兩套設(shè)計方案的簡要說明。方案： 霍爾傳感器測量方案霍爾傳感器是利用霍爾效應進行工作的？其核心元件是根據(jù)霍爾效應原理制成的霍爾元件。本文介紹一種泵驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速采用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測量。A04E開關(guān)式霍爾傳感器使用說明書 產(chǎn)品圖片 霍爾傳感器的外形圖和與磁場的作用關(guān)系 如右圖所示.磁鋼用來提供霍爾能感應的磁場, 當霍爾元件以切割磁力線的方式相對磁鋼運動 時, 在霍爾輸出端口就會有電壓輸出, 所以霍爾 傳感器和磁鋼需要配對使用. 測速原理 霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)速示意圖如下. 在非磁材 料的圓盤邊上粘貼一塊磁鋼, 霍爾傳感器固定在 圓盤外緣附近. 圓盤每轉(zhuǎn)動一圈, 霍爾傳感器便 率,就可以得出圓盤的轉(zhuǎn)速. 同樣道理,根據(jù)圓盤(車輪)的轉(zhuǎn)速,再結(jié)合 圓盤的周長就是計算出物體的位移. 如果要增加 測量位移的精度,可以在圓盤(車輪)上多增加幾 個磁鋼. 備注:當沒有信號產(chǎn)生時,可以改變一 下磁鋼的方向,霍爾對磁鋼方向有要 ,有磁鋼時 輸出低電平. 應用領(lǐng)域 電機的轉(zhuǎn)速測量。 應用案例 1. 2. 電動自行車速度測量。 智能小
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