【正文】 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]。基于加速度計的電機轉(zhuǎn)速測量方法 ,給出了硬件電路的設(shè)計和測試原理。 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。 的 定時 器 /計數(shù)器進行設(shè)置，設(shè)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(zhuǎn)速 的精度問題。磁電傳感器的測頭通過對 12 個磁鋼的旋轉(zhuǎn)的測量，產(chǎn)生變化的電壓正弦信號。調(diào)用兩字節(jié)二進制 三字節(jié)十進制（ BCD）轉(zhuǎn)換子程序 BCD，再調(diào)用十進制轉(zhuǎn)換成非壓縮 BCD程序 CBCD、最后調(diào)用查表程序送顯示。因此，為了提高測量精度， T 要有足夠長的時間。 TP由 定時器 測量得到 。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。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。在低轉(zhuǎn)速范圍，它比 T 方法具有較長的時間。 磁電傳感器的結(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu)圖 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 36 頁 圖 9 恒磁通式磁電傳感器結(jié)構(gòu)圖 磁電傳感器的應(yīng)用 磁電式轉(zhuǎn)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。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。精度要求不高時，可選擇使用 內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準(zhǔn) （ 13） 共 4 個 16 位定時器，兩個與傳統(tǒng) 8051 兼容的定時器 /計數(shù)器 ,16 位定時器 T0 和T1，沒有定時器 2，但有獨立波特率發(fā)生器；做串行通訊的波特率發(fā)生器，再加上 2 路PCA 模塊可再實現(xiàn) 2 個 16 位定時器 （ 14） 2 個時鐘輸出口，可由 T0 的溢出在 ，可由 T1 的溢出在 輸出時鐘 （ 15） 外部中斷 I/O 口 7 路 ,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷 ,并新增支持上升沿中斷的 PCA 模塊， Power Down 模式可由外部中斷喚醒， INT0/, INT1/, T0/,T1/,RxD/,CCP0/(也可通過寄存器設(shè)置到 ), CCP1/ (也可通過寄存器設(shè)置到 ) （ 16） PWM(2 路） /PCA（可編程計數(shù)器陣列 ,2 路） 也可用來當(dāng) 2 路 D/A 使用 也可用來再實現(xiàn) 2 個定時器 也可用來再實現(xiàn) 2 個外部中斷 (上升沿中斷 /下降沿中斷均可分別或同時支持 ) （ 17） A/D 轉(zhuǎn)換 ,10 位精度 ADC，共 8 路，轉(zhuǎn)換速度可達 250K/S(每秒鐘 25 萬次 ) （ 18） 通用全雙工異步串行口 (UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用定時器或 PCA 軟件實現(xiàn)多串口 （ 19） STC12C5A60S2 系列有雙串口，后綴有 S2 標(biāo)志的才有雙串口， RxD2/(可通過寄存器設(shè)置到 )， TxD2/(可通過寄存器設(shè)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(xué)本科生畢業(yè)設(shè)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(fù)用總線使用。 定時器 /計數(shù)器 0 的外部輸入，定時器 0 下降沿中斷。 10） XTAL2：內(nèi)部時鐘電路反相放大器輸出端，接外部晶振的另一端。 STC12C5A60S2 單片機允許的時鐘頻率是因型號而異的典型值為 12MHZ 。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 共 36 頁 圖 17 STC12C5A60S2 單片機晶振圖 顯示電路 因為微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等特點，所以我們選用了 LCD1602液晶顯示屏。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平 1 時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時選擇指令寄存器。單片機實驗板設(shè)置的初始值為 50 轉(zhuǎn) /秒， K1 和 K2 兩個按鍵用來對初始值進行加減，按一下 K1 時，初始值減 1；按一下 K2 時，初始值加 1。 圖 23 蜂鳴器電路原理圖 蜂鳴器的電路原理圖如圖 23 所示，當(dāng)單片機流過的電壓足夠讓基極擊穿時，電流流過基極 —集電極，蜂鳴器才能實行報警。 上電后的調(diào)試： 在確保硬件電路正常，無異常情況時方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗電路是否接錯。 圖 24 計算程序流程圖 單片機程序設(shè)計思路 計算轉(zhuǎn)速公式： n=60/NTc (r/min) 其中， N 是內(nèi)部定時器的計數(shù)值，為三字節(jié)，分別由 TH0， TL0， VTT 構(gòu)成； Tc為時基，由于采用 的晶振，所以 Tc 不在是 1um，而是 12M/ 約為，帶入上面公式，即可得到轉(zhuǎn)速的精確計算公式： n=60*11059200/12N=55296000/N 再將 55296000 化為二進制存入單片機的內(nèi)存單元。 開 始 返 回 被除數(shù)初始化 調(diào)用除法程序 讀取定時值 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁 共 36 頁 圖 26 除法程序 流程圖 顯示程序 單片機顯示部分可以用來顯示計算出來的數(shù)據(jù)的。如果這樣的轉(zhuǎn)速仍不能滿足要求，那么還可以采用軟件計數(shù)器的方法，進一步擴大其上限，這樣，其上限僅取決于定時 /計數(shù)器的最大允許輸入頻率，而采用 的晶振，定時 /計數(shù)器的最大允許頻率約可達到500KHZ，考慮到測量的對象的特性，因此，可以認為，采用 M 法進行測量，其上限足夠使用。作用是把磁電傳感器采集的電壓信號經(jīng)過放大整形電路輸入單片機 4） 磁電傳感器采集的信號經(jīng)過放大整形電路送入單片機， STC12C5A60S2 單片機對整形的方波進行脈沖計數(shù)，然后通過計算公式， LCD 液晶顯示屏顯示電機的轉(zhuǎn)速 根據(jù)實 驗室固有的磁電傳感器，以及設(shè)計的電機測速系統(tǒng)方案，我們可以測量輸入的電壓和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，如表 1 所示： 表 1 電壓和轉(zhuǎn)速之間關(guān)系的對應(yīng)表 電壓 V 6 8 10 12 14 16 18 20 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn) /秒 10 15 21 26 31 36 40 43 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 26 頁 共 36 頁 輸入的電壓和電機的轉(zhuǎn)速入圖 30 所示，基本成正比關(guān)系。轉(zhuǎn)眼間，畢業(yè)設(shè)計已將近尾聲，在此我要感謝我的指導(dǎo)老師李云峰。 還要感謝同學(xué)四年來對我的關(guān)心與支持，感謝各位老師在學(xué)習(xí)期間對我的嚴格要求。 //2：定時器 0 的溢出。 // =10pure input, 11open drain sfr P0M1 = 0x93。 define PCA_ECF 0 //1: 允許 PCA 計數(shù)器溢出中斷， 0: 禁止 sfr P1M1 = 0x91。 //0：系統(tǒng)時鐘 Fosc/12。此外，很感謝王子寒同學(xué)對我電路板焊接的指導(dǎo)，以及協(xié)助我檢查電路板的焊接情況，找出了 LCD 顯示屏和排阻的焊接錯誤。 （ 5）后來在接信號發(fā)生器時候要是接正弦波時候一樣發(fā)生不穩(wěn)定跳轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，由此可以推測，在傳感器輸入的信號不是理想的方波，而且電平值不夠大，所以在磁電傳感器信號輸出端接濾波電容以及一個 10K的上拉電阻就可以解決問題了。當(dāng)然，如果要制作全量程專用測速計， 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 25 頁 共 36 頁 這樣的電路還是無法完全滿足需要，此時，就要用到其他的一些方法。 測速范圍 軟件設(shè)計中，采用的閘門時間是 1s， T0 的最大計數(shù)值是 65536，因此，最大的計數(shù)量應(yīng)該是在 ls 內(nèi)不超過 65535，這樣，即可算出最高計數(shù)頻率 L?？梢哉f是核心部分 ，流程圖如圖 25 所示： 圖 25 計算程序流程圖 二 十進制轉(zhuǎn)換程序 計算程序計算出來的數(shù)據(jù)為二進制，存到 50H、 51H 單元中以便發(fā)送程序中調(diào)用傳送數(shù)據(jù)到計算機，計算機可識別二進制，然而，我們需要在 LED 上顯示，查表程序需要拆分的 BCD 碼，所以二進制必須先轉(zhuǎn)換成 BCD 后才能拆分。檢查 8個對接的焊接部分是否短路，上電后 LCD數(shù)碼管能否正常顯示。 根據(jù) PROTEL軟件自動生成 PCB電路板，對照 PROTEL制作的 PCB確保要和原理圖上的圖 一致，對于 LCD數(shù)碼管的連接部分，特別是 LCD引腳和排阻之間的焊接，更要仔細，確保不發(fā)生短路現(xiàn)象。有源蜂鳴器和無源蜂鳴器如圖 22 所示： 圖 22 有源蜂鳴器和無源蜂鳴器 由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的 I/O 口是無法直接驅(qū)動的（但AVR 可以驅(qū)動小功 率蜂鳴器），所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。 單片機和 LCD1602 的接線圖如圖 20 所示， 圖 20 單片機和 LCD 接線圖 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁 共 36 頁 按鍵電路 本設(shè)計裝有報警裝置。 1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 逆向思考， 運行速度快 那么 存儲器的速度 也 就要求高，對印制電路板工藝 的 要求也高，即要求線 間 寄生的電容要??；電容和晶振應(yīng)盡可能靠近單片機芯片安裝，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定，可靠地工作。將 RST 復(fù)位管腳拉高并維持至少 24 個時鐘加 10us 后，單片機會進入復(fù)位狀態(tài)，將 RST 復(fù)位管腳拉回低電平后，單片機結(jié)束復(fù)位狀態(tài)并從用戶程序區(qū)的 0000H 處開始正常工作。 9） XTAL1：內(nèi)部時鐘電路反相放大器輸入端，接外部晶振的一個引腳。當(dāng) P2 口作為輸入 /輸出口時， P2 是一個 8 位準(zhǔn) 雙向口。 圖 14 STC12C5A60S2 單片機示意圖 STC12C5A60S2 單片機 簡介 [12] 主要特點： （ 1） 增強型 8051 CPU， 1T，單時鐘 /機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 （ 2） 工作電壓： STC12C5A60S2 系列工作電壓： （ 5V 單片機） （ 3） 工作頻率范圍： 035MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 420MHz （ 4） 用戶應(yīng)用程序空間 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字節(jié) ...... 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 共 36 頁 （ 5） 片上集成 1280 字節(jié) RAM （ 6） 通用 I/O 口（ 36/40/44 個 ），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，推挽 /強上拉，僅為輸入 /高阻，開漏，每個 I/O口 的 驅(qū)動能力 都 可達 20mA，但 是 整個芯片不要 大于 55mA （ 7） ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需編程器，無需仿真器。 實驗室所用的磁電傳感器輸出的信號偏小，不足以讓單片機準(zhǔn)確的讀取。因此它是一種機 —電能量變換型傳感器，不需要 外加 電源，電路簡單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗 很 小， 而且 具有一定的頻率響應(yīng)范圍（一般為 10Hz~200Hz），適用于轉(zhuǎn)速、振動、扭矩等測量 [10] 。在比較與 T 和 M 方法，檢測時間與法 M/T 中具有不同的特點。解決這個高分 辨率要在較低的速度范圍，但代價是檢測時間長；然而，隨著速度的增加，分辨率會降低。 ―M/T‖法采用三個定時 /計數(shù)器，同時對輸入脈沖、高頻脈沖（由振蕩器產(chǎn)生） 和 預(yù)