轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文-免費(fèi)閱讀
【正文】 在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，要特別的感謝周老師和其他老師們的細(xì)心指導(dǎo)。在這次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上更高層次的設(shè)計(jì)是針對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，需要用到的知識(shí)有電力電力技術(shù)、自動(dòng)控制理論、信號(hào)與系統(tǒng)和運(yùn)算放大電路等。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)是通過(guò)200Ω的電位器實(shí)現(xiàn)的。這為本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)節(jié)省了大量的時(shí)間，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)也正是在Proteus電路仿真軟件的平臺(tái)下設(shè)計(jì)完成的，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。對(duì)前兩次的錯(cuò)誤修正后，第三次的PCB印制成功。液晶顯示器LCD1602的調(diào)試：主要檢查L(zhǎng)CD能否可靠完整的顯示試驗(yàn)數(shù)據(jù)。這一切電路中的斷路或短路情況，都應(yīng)該嚴(yán)格按照ProtelDXP中的原理圖進(jìn)行判斷。標(biāo)志位的檢查可以令RS=0，用讀取DB7來(lái)加以判斷。詳細(xì)的程序編寫在附錄1中可以看到。 主函數(shù)程序設(shè)計(jì) 主函數(shù)的設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的精華，可以參照前人的理論研究成果確定出自己的總體設(shè)計(jì)方案。每當(dāng)定時(shí)器計(jì)時(shí)滿1s后讀一次外部中斷INT0對(duì)電動(dòng)機(jī)脈沖的計(jì)數(shù)值，實(shí)際上這也是對(duì)電動(dòng)機(jī)脈沖信號(hào)頻率的測(cè)量，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可根據(jù)式（41）計(jì)算出。 液晶顯示器與單片機(jī)的連接電路 液晶顯示器LCD1602與AT89S52系列單片機(jī)的連接方式主要有兩種，一種是總線方式（或稱直接方式）；另一種是模擬口線方式，也成為獨(dú)立方式或間接方式。 引腳16：背光顯示器的負(fù)極。 引腳2：VDD為5V正電源。液晶顯示器LCD1602具有連線簡(jiǎn)單、體積較小、可顯示的內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。上電自動(dòng)復(fù)位可以通過(guò)復(fù)位電路中電容的充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖310 單片機(jī)時(shí)鐘電路框圖 復(fù)位電路 AT89S52單片機(jī)每次啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要上電復(fù)位，這樣使得中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件設(shè)定在已經(jīng)設(shè)定的初始狀態(tài)，并由這個(gè)設(shè)定的初始狀態(tài)開始執(zhí)行程序。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中AT89S52單片機(jī)的時(shí)鐘頻率采用12MHZ，且單片機(jī)的時(shí)鐘電路采用內(nèi)部振蕩方式。當(dāng)PC的值超過(guò)內(nèi)部程序儲(chǔ)存器的范圍時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序儲(chǔ)存器。 ：P2口是一個(gè)內(nèi)部有上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流。AT89S52型單片機(jī)的使用可以參照?qǐng)D39。本系統(tǒng)只使用74LS04反向器內(nèi)部的兩組反向器，讓引腳2和引腳3短接在一起，引腳1接光電耦合器的輸出端，引腳4接單片機(jī)的外部中斷0端口。光電耦合器的工作原理如圖37，當(dāng)電流從光電耦合器的輸入端進(jìn)入后，發(fā)光二極管開始正向?qū)úl(fā)光。需要注意的是霍爾傳感器的輸出端應(yīng)接10K的上拉電阻。極小的尺寸外形，使得霍爾傳感器能夠進(jìn)行多點(diǎn)的檢查，這樣可以提高檢測(cè)的精確度，可方便微型計(jì)算機(jī)對(duì)霍爾傳感器的輸出端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。鑒于霍爾傳感器的以上特性，應(yīng)保持磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直于霍爾元件。最后|FL=FE|時(shí)，電子的積累達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。圖32 霍爾效應(yīng)原理圖 在參雜濃度很低、電阻率很大的N型襯底上用雜質(zhì)擴(kuò)散法制作出N+導(dǎo)電區(qū)，它的厚度非常薄，電阻值約幾百歐姆。但是霍爾效應(yīng)在金屬物體內(nèi)部通常是非常微弱的，故在當(dāng)時(shí)人們并沒有對(duì)這種現(xiàn)象加以重視。首先應(yīng)設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的主函數(shù)模塊的工作流程圖，并依次設(shè)計(jì)出外部中斷INT0（）的服務(wù)程序子程序，對(duì)其脈沖數(shù)進(jìn)行記數(shù)和計(jì)算。利用ProtelDXP軟件設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的電路原理圖并生成PCB圖紙。測(cè)試結(jié)果表明對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量精度還是比較高的，基本能夠滿足本次設(shè)計(jì)的測(cè)試需要，并有有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。最值得注意的是霍爾器件對(duì)外部環(huán)境的適應(yīng)很強(qiáng)，其工作溫度最高可以達(dá)到150176。線圈兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓將會(huì)非常小，這樣就不能準(zhǔn)確的測(cè)出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。故高精度、高速度、高性價(jià)比的智能化電機(jī)測(cè)試裝置，有了強(qiáng)大的需求市場(chǎng)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是高性能/價(jià)格比的單片機(jī)的出現(xiàn)，針對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量大量采用以單片機(jī)為核心的智能化實(shí)時(shí)測(cè)量。該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單、軟件模塊較成熟、測(cè)量的速度比較快、測(cè)量的精度比較高、整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、性價(jià)也比較高等特點(diǎn)。但在惡劣的電磁環(huán)境中仍有很大的使用價(jià)值。在一些間隙較小、光澤度相同或光澤度對(duì)比不明顯的被測(cè)物體上面是會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。故本次設(shè)計(jì)采用基于霍爾傳感器的電動(dòng)機(jī)測(cè)速方案。該系統(tǒng)利用霍爾傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，通過(guò)定時(shí)算法程序，將轉(zhuǎn)速結(jié)果實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置利用霍爾效應(yīng)產(chǎn)生一系列的周期脈沖，向AT89S52單片機(jī)的的外部中斷INT0（）口發(fā)送一系列的中斷信號(hào)，對(duì)定時(shí)器T0的TH0、TL0設(shè)定初值并使定時(shí)器T0工作在內(nèi)部定時(shí)狀態(tài)。H系統(tǒng)總的電路原理圖如圖31?；魻栐?nèi)部的電子（運(yùn)動(dòng)方向與電流方向相反）受到羅倫磁力FL的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，該側(cè)形成電子的堆積，從而在薄片對(duì)應(yīng)方向產(chǎn)生電場(chǎng)E。此時(shí)的霍爾電動(dòng)勢(shì)EH可用下面的公式表示：EH=KHIBcosθ （32） 由公式（32）得知，霍爾電動(dòng)勢(shì)與電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比。 霍爾傳感器測(cè)速裝置的設(shè)計(jì) 霍爾傳感器的使用十分簡(jiǎn)單，只需要將霍爾元件的感應(yīng)磁場(chǎng)的一面與被測(cè)的物體的磁感應(yīng)強(qiáng)的方向垂直放置就行。A3144型霍爾傳感器由穩(wěn)壓電路、電壓發(fā)生電路、差分放大電路和輸出放大電路等電路組成，其輸入端的信號(hào)為磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出端為高低電平的數(shù)字信號(hào)。鑒于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)有很大的震動(dòng)干擾，故電動(dòng)機(jī)安裝在萬(wàn)能板上，顯示和數(shù)據(jù)處理單元單獨(dú)放在另一個(gè)電路板上兩塊電路板之間用杜邦線連接。 光電耦合器如圖36，接線時(shí)霍爾傳感器的輸出端接光電耦合器的輸入端，光電耦合器的輸出端接單片機(jī)的外部中斷0入口（）。AT89S52型單片機(jī)是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存貯器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS八位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89S52單片機(jī)的P0口既可以作為普通I/O口，又可以作為地址/數(shù)據(jù)總線口。當(dāng)單片機(jī)復(fù)位時(shí)，需要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)間。 本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)單片機(jī)各個(gè)引腳的具體功能，再Protel DXP軟件中進(jìn)行電路圖的設(shè)計(jì)，然后在Keil uVision4軟件中對(duì)照著電路原理圖進(jìn)行編程。由實(shí)驗(yàn)得知晶體振蕩頻率越高，則單片機(jī)的時(shí)鐘頻率也越高，單片機(jī)的執(zhí)行程序的速度也就快。由實(shí)驗(yàn)可知當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)位。本系統(tǒng)采用的是按鍵電平復(fù)位，這種復(fù)位方式能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的上電自動(dòng)復(fù)位。 字符發(fā)生器中含有有160個(gè)57的點(diǎn)陣字型。 引腳6：LCD的使能端，只有當(dāng)引腳6的電平由高到低跳變時(shí)，液晶顯示器才能開始執(zhí)行命令。 用單片機(jī)來(lái)控制液晶顯示器LCD模塊，方法十分簡(jiǎn)單。與單片機(jī)的連線如圖312。n=60開始初始化顯示數(shù)據(jù)開中斷等待中斷圖41 系統(tǒng)主函數(shù)程序設(shè)計(jì)流程 單片機(jī)外部中斷和定時(shí)器子程序 本系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)外部中斷INT0的目的是對(duì)外部的霍爾脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。重新裝入計(jì)數(shù)值關(guān)T0中斷關(guān)T0中斷轉(zhuǎn)圈數(shù)賦值給數(shù)據(jù)處理LCD顯示開T0中斷計(jì)時(shí)次數(shù)+1判斷是否為20次20次為一秒是否圖42 內(nèi)部定時(shí)器T0字程序流程圖 顯示子程序 液晶顯示器LCD1602的顯示子程序如圖43,由于LCD1602液晶顯示模塊的內(nèi)部可以看成兩組寄存器，一個(gè)為指令寄存器，一個(gè)為數(shù)據(jù)寄存器。用這種方法逐一檢測(cè)電路中各個(gè)焊盤間的斷路或斷路情況。重點(diǎn)用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量方向器74LS04和霍爾傳感器的輸入和輸出端電壓，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本次設(shè)中，共進(jìn)行了三次的PCB印制
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