【正文】 RxD2/(可通過寄存器設置到 )， TxD2/(可通過寄存器設置到 ) （ 20） 工作溫度范圍： 40 +85℃ (工業(yè)級 ) / 0 75℃ (商業(yè)級 ) 常州大學本科生畢業(yè)設計 第 13 頁 共 36 頁 圖 15 STC12C5A60S2 單片機管腳圖 管腳說明： 1） VCC：供電電壓； 2） GND：接地； 3） P0： P0 口既可作為輸入 /輸出口，也可作為地址 /數(shù)據(jù)復用總線使用。 74LS00 的引腳如圖 13 所示： 常州大學本科生畢業(yè)設計 第 11 頁 共 36 頁 圖 13 74LS00 引腳 單片機及其接口的設計 STC12C5A60S2/AD/PWM 系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘 /機器周期 (1T)的單片機，是高速 /低功耗 /超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 812 倍。如下圖 10 所示，磁電傳感器采集的信號首先傳入放大電路，經(jīng)過 9013 的 NPN 型三極管，將磁電傳感器采集的正弦信號進行放大。磁電式傳感器直接輸出感應電勢，且傳感器通常具有較高的靈敏度，所以一般不需要高增益放大器。 磁電傳感器的結構 常見的磁電傳感器有變磁通式和恒磁通式兩種， 如圖 圖 9 所示： 圖 8 變磁通式磁電傳感器結構圖 常州大學本科生畢業(yè)設計 第 9 頁 共 36 頁 圖 9 恒磁通式磁電傳感器結構圖 磁電傳感器的應用 磁電式轉速傳感器的工作方式?jīng)Q定了它有很強的抗干擾性，能夠在煙霧、油氣、水汽等環(huán)境中工作。實驗臺輸入的電壓時 520V，本磁電傳感器相對 12 個磁鋼顯示的電壓是 。在低轉速范圍，它比 T 方法具有較長的時間。這種方法是結合 M 和 T 方法的優(yōu)勢；高頻時鐘在速度檢測周期用于實現(xiàn)數(shù)字化脈沖編碼器。速度通過計數(shù)脈沖編碼器在一個固定的時間間隔來測定；計數(shù)器的值和速度是成正比的。 圖 6 “M/T”法定時 /計數(shù)測量 轉速測量系統(tǒng)中應用的方法 T 法。測速時間 Td 由脈沖發(fā)生器脈沖來同步，即 Td 等于 m1 個脈沖周期。測周法在低轉速時精度較高，但隨著轉速的增加，精度變差，有小于一個脈沖的誤差存在。 TP由 定時器 測量得到 。 常州大學本科生畢業(yè)設計 第 6 頁 共 36 頁 測周期法 “T 法 ” 轉速可以用兩脈沖產(chǎn)生的間隔寬度 TP 來決定。因此，為了提高測量精度， T 要有足夠長的時間。轉速的測量有三種方法，三種方法各有各的特點。調用兩字節(jié)二進制 三字節(jié)十進制（ BCD）轉換子程序 BCD，再調用十進制轉換成非壓縮 BCD程序 CBCD、最后調用查表程序送顯示。 軟件工作流程： 磁電傳感器利用磁電效應產(chǎn)生一周期脈沖向單片機的外部中斷 0（ ）口發(fā)送一個中斷信號，定時器工作在內部定時， TH0、 TL0 設定初值為 0，作為除數(shù)的低兩字節(jié)，利用軟件記數(shù)器、定時器 0 中斷的次數(shù)作為除數(shù)高字節(jié)。磁電傳感器的測頭通過對 12 個磁鋼的旋轉的測量，產(chǎn)生變化的電壓正弦信號。單片機上連接有LCD 數(shù)碼管和報警器。 的 定時 器 /計數(shù)器進行設置，設計 、 說明定時 器 /計數(shù)器在 ―M‖法測量中的作用和使用方法， 并且 討論測量 轉速 的精度問題。 轉速測量主要內容 ，對轉速的周期測量法 ―T‖法、頻率測量法 ―M‖法以及周期頻率 ―M/T‖測量法，三種具體測量方法的轉速計算、各自的測量精度和誤差進行闡述。 在異步 電機矢量控 制等電機控制的研制過程中，為了得到電機的運行工況，更好地研究 異步 電機矢量控制方案和記錄、分析實際運行效果，需要對異步電機的各種信號進行采集、存儲、分析、顯示。這兩種方法的測量精度與記錄的脈沖個數(shù)有關 ,隨著被測電機的轉速變化 ,在極端的情況下會產(chǎn)生 177?；诩铀俣扔嫷碾姍C轉速測量方法 ,給出了硬件電路的設計和測試原理。 隨著 微電子技術不斷的發(fā)展 ,尤其 是 出現(xiàn)了 高性價比 的新型 單片機 ,為測量電機 的 轉速 提供 了廣闊的空間。考慮到上述因素 ,我們試驗研制一種非接觸式 (磁電 )測速傳感器 ,同時采用了峰 —峰值電路 ,在二次儀表上可直觀地獲得鋼管的在線速度 ,為實現(xiàn)微機自動控制提供可靠依據(jù) [4]。針對傳統(tǒng)動圈型磁電傳感器的缺點 ,需要研究一種改進的差動動磁鐵型磁電傳感器。 常州大學本科生畢業(yè)設計 第 2 頁 共 36 頁 動 平衡是中小型電機轉子生產(chǎn)和制造過程中必須解決的問題。由于它是強磁性合金材料制成 ,物理化學性能穩(wěn)定 ,具有長壽命、高可靠、高靈敏度、溫度系數(shù)小、范圍 寬、線性度好等特點 [1]。磁電式傳感器具有雙向轉換特性，利用其逆轉換效應可構成力 (矩 )發(fā)生器和電磁激振器等。本設計中，運用單片機對磁電傳感器測量得到的脈沖進行計數(shù)，再通過一定的計算公式，將轉速通過 LCD 顯示屏顯示出來。它是 一種 微型計算機 ，并 集成 了 中央處理器 (CPU)、輸入 /輸出端口 (I/0)、只讀存儲器 (ROM)、隨機存取存儲器 (RAM)等主要計算機功能部件在一塊集成電路芯片上。它不需要 外加 電源，就能 把被測對象的機械能 變 換成 便于 測量的電信號，是一種有源 的 傳感器。在實際應用中，選擇不同的轉速檢測設計方案，得到的效果也不盡相同。 32 常州大學本科生畢業(yè)設計 第 1 頁 共 36 頁 1 緒論 課題研究的意義 在工業(yè)生產(chǎn)和實驗過程中，經(jīng)常會遇到各種轉速的測量和控制問題。 23 測速誤差 20 單片機轉速計算程序 18 硬件調試 17 報警電路 11 復位電路 11 STC12C5A60S2 單片機簡介 9 二次電路原件 8 磁電傳感器結構 7 磁電傳感器的簡介 其優(yōu)點是電路簡單，軟件功能完善，具有測量速度快、精度高、控制可靠 、 性價比高等特點。 文中首先闡述了該 設計 的 總體方案 、 實驗的步驟 ， 并討論合適的測量方法 。 學號： 10463330 常 州 大 學 畢業(yè)設計 （ 2020 屆） 題 目 基于磁電傳感器的電機轉速自動檢測系統(tǒng)設計 學 生 虞錦培 學 院 懷德學院 專業(yè)班級 電氣 101 校內指導教師 李云峰 專業(yè)技術 職務 講師 二 ○ 一三 年 六 月 I 基于磁電傳感器的電機轉速自動檢測系統(tǒng)設計 摘 要： 在工程實踐中，經(jīng)常會遇到測量轉速的 情況。選用的 磁電傳感器 將 電機的轉速 信號轉換成電壓信號 ， 所設計的放大電路將磁電傳感器輸出的電壓信號放大，經(jīng)過整形電路將正弦信號轉換為方波， 由單片機 進行脈沖計數(shù)，并且通過 LCD 顯示電機的轉速。 本設計主要用 單片機 作為控制核心，由磁電傳感器、 LCD 顯示 組 成。 LCD display III 摘要Ⅰ 目次Ⅲ 1 緒論 1 電機轉速自動檢測的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2 轉速測量主要內容 3 2 轉速測量系統(tǒng)的總體方案 3 電機測速的方案 5 轉速測量原理 5 測頻法“ M 法” 9 單片機及其接口的設計 14 時鐘電路 17 4 硬件 調試 和軟件 設計 19 子程序的設計 20 顯示程序 23 測速范圍 26 參考文獻 28 致謝 29 附錄 A近年來隨著電子技術的迅速發(fā)展，工業(yè)測控設備的不斷更新，頻率測量的方法和設備也有新的進展。磁電式傳感器 主要 是 通過 電磁感應 的 原理，將輸入運動速度變換成感應 的 電勢輸出的 一種 傳感器。 單片機 ,也可以 稱單片微型計算機或單片微電腦。在我們的現(xiàn)實生活中，單片機的應用無時無刻不在改變我們的生活，小到手機、水表、遙控，大到導彈導航、飛機控制，單片機的應用都在影響著我們身邊的一切。由于它有較大的輸出功率，故配用電路較簡單；零位及性能穩(wěn) 定；工作頻帶一般為10～ 1000Hz。 磁電阻傳感元件是利用磁性材料的磁電阻效應 ,采用半導體工藝制成 ,還可進一步和半導體電路集成在一塊芯片上 ,做成專用性器件。磁電阻元件與永磁塊組合構成力矩傳感器，用于人體重心搖擺檢測。傳統(tǒng)的動圈型磁電傳感器由于其固有的結構缺陷 ,經(jīng)常產(chǎn)生斷線故障 ,嚴重影響了設備的日常使用。近年我國從日本、意大利引 進的幾套機組就采用了這種測速裝置。不論是交流調速系統(tǒng)還是直流調速系統(tǒng) ,只有高精度轉速的檢測才能得到高精度的 控制系統(tǒng) [5]。無線電機轉速測量方法 ,給出了各個單元模塊。目前 ,實驗室電機轉速一般通過轉速表來測量 ,通常采用測周法和測頻法。以 FPGA（ Field－ Programmable Gate Array，即現(xiàn)場可編程門陣列）控制芯片為核心 ,設計了相應的電路系統(tǒng) ,并通過 MAX+PLUSH 進行了仿真分析 [7]。針對異步電機控制系統(tǒng)的測試要求，需要 研制基于虛擬儀器技術的異步電機運行工況測試系統(tǒng) [8]。同時分析電路 中的 接口 部分 ，顯示 轉速。測量臺用于測量電機的轉速，把磁電傳感器采集到的電機轉速信號送入二次電路，因為磁電傳感器采集 的正弦信號比較小，所以需要放大電路將采集到的正弦信號放大，再經(jīng)過施密特觸發(fā)器將正弦信號整形為方波，才可以送入單片機，單片機通過在一定時期內計數(shù)脈沖的次數(shù)，再通過計算公式轉換為轉速并顯示。 圖 2 磁電轉速傳感器安裝示意圖 電機轉盤平臺由電機的轉動而運轉，平臺上有 12 個磁鋼，如圖 3 所示。 PC 機串口和單片機串行口的工作方式，包括串行口的通訊速率、奇偶校驗位、停止位等均由通信部分的軟件部分實現(xiàn)。主要常州大學本科生畢業(yè)設計 第 5 頁 共 36 頁 編寫一個外部中斷服務程序 INT_0，讀取記數(shù)值的三個字節(jié)，并再次清 0記數(shù)初值以便下次的記數(shù)和計算。 3 系統(tǒng)硬件設計 轉速測量原理 在實時控制中的應用，數(shù)字測速方案必須在很短的檢測時間內有高分辨率和高精度的特征。 在該方法中，測量精度是由于定時時間 T 和脈沖不能保證嚴格同步，以及在 T 內能否正好測量外部脈沖的完整的周期，可能產(chǎn)生的 1 個脈沖的量化誤差。而設置的時間過短，測量精度會受到一定的影 響。如圖 5―T‖法 的 脈寬測量所示。因此要求脈沖的上升沿（或下降沿）陡峭和計數(shù)和定時嚴格同步。 此 法在高速 和 低速時都具有 比 較高的精度。單位：（轉 /分）； fc晶體震蕩頻率：單位（ Hz）； m1輸入脈沖數(shù)，反映轉角； m2時基脈沖數(shù)。 M 方法。 M/T 方法。 如果在規(guī)定的期限被指定，那么，速度檢測時間由實際速度決定。 磁電傳感器的簡介 常州大學本科生畢業(yè)設計 第 8 頁 共 36 頁 圖 7 磁電傳感器示意圖 本次設計所用的磁電傳感器為實驗室原有的磁電傳感器，如圖 7 所示。 根據(jù)電磁感應定律 , 當 w 匝線圈在恒定磁場內運動時 , 設穿過線圈的磁通為 Φ, 則線圈內的感應電勢 E 與磁通變化率 dΦ/dt 有如下關系 : E=w(dΦ/dt) 。磁電式轉速傳感器的結構緊湊、體積小巧、安裝使用方便，可以和各種二次儀表 搭配使用。因此需要二次電路對磁電傳感器采集的信號進行放大、整形。 采集的信號 放大電路 整形電路 單片機 常州大學本科生畢業(yè)設計 第 10 頁 共 36 頁 圖 11 9013 三極管示意圖 9013 三極管的其他參數(shù)如圖 12 所