【正文】 爾傳感器GNDA+MG1MOTOR SERVO圖 傳感器部分 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) :本設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 所示，由主控器 STC89C5時(shí)鐘電路和復(fù)位電路三部分組成。 在傳感檢測電路中將磁鋼安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，而霍爾傳感器則放在轉(zhuǎn)軸的旁邊，霍爾傳感器連接在電路中，當(dāng)磁鋼隨轉(zhuǎn)軸經(jīng)過霍爾傳感器時(shí)，由開關(guān)型霍爾傳感器的工作原理知，此時(shí)將輸出一個(gè)低電平信號(hào)；而當(dāng)磁鋼離開霍爾傳感器后，又將輸出一個(gè)高電平。在實(shí)際的使用中，一般需要兩個(gè)磁鋼，將之固定在 待測轉(zhuǎn)速的軸上 [6]。 測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的第一步就是要將電機(jī)地轉(zhuǎn)速表示為單片機(jī)可以識(shí)別的脈沖信號(hào)，從而進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)。 圖 開關(guān)型霍爾傳感器輸出電壓與外加磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)系 4 單元模塊電路方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計(jì) 圖 電路總體設(shè)計(jì) 速度檢測部分 速度檢測部分是由開關(guān)型霍爾傳感器和磁鋼組成。 如圖 ， Brp 一 Bop稱為磁滯。降低 B到 Brp時(shí)， V0又回升。 規(guī)定用磁鐵的 S極接近開關(guān)型霍爾傳感器正面時(shí)形成的 B為正值，從圖 ：當(dāng) B =0時(shí)， V0為高； B=Bop時(shí)， V0立即變低，這點(diǎn)稱為“工作點(diǎn)”。 常用的開關(guān)型霍爾傳感器有美國 sPRAG1公司的UGN3000系列如 UGN30 UGN3O3O等。這樣 2次高低電位變換，使霍爾傳感器完成了 1次開關(guān)動(dòng)作 [5]。當(dāng)磁場達(dá)到“工作點(diǎn)” (即 B0)時(shí)，觸發(fā)器 D輸出高電壓 (相對于地電位 )，使三極管 E導(dǎo)通，輸出端 V0輸出低電位，此狀態(tài)稱為“開”。 此處主要介紹開關(guān)型霍爾傳感器。 電機(jī) 光敏三極管 信 號(hào)轉(zhuǎn)換 LED 顯 示 單片機(jī)處理 光敏二極管 電機(jī) 霍 爾傳 感器 LED 顯 示 單片機(jī)處理 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)速度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 開關(guān)型霍爾傳感器介紹 開關(guān)型霍爾傳感器工作原理 霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)原理制成的一種磁敏傳感器。 ，以增加測量的精度。 ：當(dāng)原邊電流超負(fù)荷，模塊達(dá)到飽和，可自動(dòng)保護(hù)，即使過載電流是額定值的 20 倍時(shí)，模塊也不會(huì)損壞。 圖 方案二方框圖 速度測量方案的確定 兩個(gè)方案的主體電路相同，只是傳感器的的選擇不同。工作方式為：將磁鋼安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，而霍爾傳感器則放在轉(zhuǎn)軸的旁邊，霍爾傳感器連接在電路中，當(dāng)磁鋼隨轉(zhuǎn)軸經(jīng)過霍爾傳感器時(shí)，由開關(guān)型霍爾傳感器的工作原理知，此時(shí)將輸出一個(gè)低電平信號(hào)；而當(dāng)磁鋼離開霍爾傳感器 后，又將輸出一個(gè)高電平。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)速度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 方案一方框圖 方案二 此方案也由 傳感器、處理器和顯示 3 個(gè)部分 幾部分組成，但所選擇的傳感器類型不同 ,其方框圖如圖 所示。在圓盤的上下方分別安裝好發(fā)光二極管和光敏三極管，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就可以通過圓盤來改變光敏三極管接收的光線，從而產(chǎn)生點(diǎn)位信號(hào)的變化，這樣就構(gòu)成了一個(gè)收發(fā)檢測系統(tǒng)，可以檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 在該方案中傳感器是由紅外發(fā)光二極管，和紅外光敏三極管構(gòu)成。 2 速度測量方案論證 方案一 此方案 包括傳感器、處理器和顯示 3 個(gè)部分。雖然與發(fā)達(dá)國家相比，我們我國的數(shù)控技術(shù)方面整體發(fā)展水平還比較低，但已經(jīng)在我國占有非常重要的地位，并起了很大的作用。目前世界各國都在大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)，我國的數(shù)控系統(tǒng)也取得了很大的發(fā)展，我國已經(jīng)能夠自行研制開發(fā)適合我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展需要的各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速、快速起停、正反轉(zhuǎn)控制等，這是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)。這些關(guān)系在負(fù)載能力范圍內(nèi)不隨電源電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件等的變化而變化?？梢哉f步進(jìn)電動(dòng)機(jī)天生就是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)，步迸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過外加控制脈沖，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相繞組的導(dǎo)通或截止，從而使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量的方法主要有 :M 法 （ 測頻法 ） 、 T 法 （ 測周期法 ） 和 M/T 法 （ 頻率 /基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)速度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 周期法 ） 。常用的數(shù)字測量方法電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的數(shù)字檢測基本方法是利用與電動(dòng)機(jī)同軸連接的光電脈沖發(fā)生器的輸出脈沖頻率與轉(zhuǎn)速成正比的原理 。在電機(jī)的轉(zhuǎn)速測量中 ， 影響測量精度的主要因素有兩個(gè) ： 一是采 樣點(diǎn)的多少 ， 采樣點(diǎn)越多 ， 速度測量結(jié)果越精確 ， 尤其是對于低轉(zhuǎn)速的測量。 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀綜述 轉(zhuǎn)速是電動(dòng)機(jī)極為重要的一個(gè)狀態(tài)參數(shù) ， 在很多運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的測控中 ， 都需要對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量 ， 速度測量的精度直接影響系統(tǒng)的控制情況 ， 它是關(guān)系測控效果的一個(gè)重要因素。 在本次設(shè)計(jì)中也用到了一些常用的數(shù)字電子單元元件，如霍爾傳感器， 霍 爾器件作為一種轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的傳感器，具有結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。雖然它的運(yùn)算速度無法和計(jì)算機(jī)相比，但在一些實(shí)際的控制應(yīng)用場合已經(jīng)足夠使用了。 單片機(jī)又稱單片微控制器，就是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。本文提出一種基于 89C52單片機(jī)實(shí)施電機(jī)轉(zhuǎn)速測量的方法，利用霍爾傳感器采集脈沖信號(hào)，通過定時(shí)計(jì)數(shù)算法程序，將轉(zhuǎn)速結(jié)果實(shí)時(shí)顯示出來 [1]。 [關(guān)鍵字 ]霍爾傳感器；單片機(jī)；數(shù)碼管；光報(bào)警 目 錄 1 序言 ............................................................ 1 課題研究的背景及意義 ....................................... 1 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀綜述 ....................................... 1 2 速度測量方案論證 ................................................ 2 方案一 ..................................................... 2 方案二 ..................................................... 3 速度測量方案的確定 ......................................... 3 3 開關(guān)型霍爾傳感器介紹 ............................................ 4 開關(guān)型霍爾傳感器工作原理 ................................... 4 開關(guān)型霍爾傳感器的應(yīng)用 ..................................... 4 4 單元模塊電路方案設(shè)計(jì) ............................................ 5 系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計(jì) ....................................... 5 速度檢測部分 ............................................... 5 單片機(jī)最小系統(tǒng) ............................................. 6 主控器 STC89C52 ...................................... 7 時(shí)鐘電路 ............................................. 9 復(fù)位電路 ............................................ 10 數(shù)碼顯示部分 .............................................. 10 LED 結(jié)構(gòu)與原理 ....................................... 11 LED 顯示器顯示方式 .................................. 12 光報(bào)警裝置 ................................................ 13 下載部分 .................................................. 14 RS232 接口與單片機(jī)串行通信基本原理 .................. 14 RS232 串行通信接口電路 ............................. 14 5 軟件設(shè)計(jì) ....................................................... 15 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn) ....................................... 15 程序總體設(shè)計(jì)流程圖 ......................................... 16 6. 速度測量軟、硬件調(diào)試 .......................................... 18 調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方案 ................................. 19 結(jié)束語 ............................................................ 20 參考文獻(xiàn) .......................................................... 21 附錄一：系統(tǒng)電路原理 .............................................. 22 附錄二：系統(tǒng)仿真圖 ................................................ 23 附錄三：源程序 .................................................... 23 致謝 .............................................................. 31 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)速度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 序言 課題研究的背景及意義 在工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)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)測量、顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)速度。此測速系統(tǒng)具有優(yōu)異的性能價(jià)格比、體積小、可靠性高，由單片機(jī)直接接收由霍爾開關(guān)傳感器送來的脈沖信號(hào)，經(jīng)過運(yùn)算，得出實(shí)際轉(zhuǎn)速，然后利用數(shù)碼管把實(shí)際速度顯示出來， 并利用發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)超速或低速報(bào)警。取用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達(dá)－ 55℃～ 150℃?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)速度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電氣工程與自動(dòng)化 ［摘 要］ 本文重點(diǎn)介紹了用霍爾開關(guān)傳感器作為測量元件。霍爾開關(guān)器件無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動(dòng)、無回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá)μ m 級）。而它的輸出為脈沖信號(hào)，可以利用單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)功能進(jìn)而測得步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 經(jīng)過實(shí)物論證，此設(shè)計(jì)方案滿足課題要求。為了能精確地測量轉(zhuǎn)速，還要保證測量的實(shí)時(shí)性，要求能測得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。 隨著科技的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)日益滲透到社會(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，而單片機(jī)的應(yīng)用則起到了舉足輕重的 作用。它完整地包含了計(jì)算機(jī)內(nèi)部的 CPU（運(yùn)算器、控制器）、程序存儲(chǔ)器 (相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的硬盤 )、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的內(nèi)存）、輸入輸出端口等。對于高等院校電子類和計(jì)算機(jī)類的學(xué)生，學(xué)習(xí)單片機(jī)是很重要的，而進(jìn)行應(yīng)用單片機(jī)的課程設(shè)計(jì)更是重中之重，將所學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際，使更加全面的了解和掌握單片機(jī)的應(yīng)用 [2]。在實(shí)際的使用中，一般需要一個(gè)鐵質(zhì)的測速齒輪，齒厚大于 2 mm即可，將之固定在待測轉(zhuǎn)速的軸上。不論是直流調(diào)速系統(tǒng)還是交流調(diào)速系統(tǒng) ， 只有轉(zhuǎn)速的高精度檢測才能得到高精度的控制系統(tǒng)。二是采樣頻率 ，采樣頻率越高 ， 采樣的數(shù)據(jù)就越準(zhǔn)確。 根據(jù)脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖速度和序列 ， 測量轉(zhuǎn)速和判別其轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)或階躍電動(dòng)機(jī)，國外一般稱為 Steppingmotor、 Pulse motor 或 Stepper servo，其應(yīng)用發(fā)展已有約 80年的歷史。就是說給一個(gè)電脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)過一個(gè)角度或者前進(jìn)一步，其輸出轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的個(gè)數(shù)、頻率有著嚴(yán)格的比例關(guān)系。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)只有周期 性的誤差而無累積誤差，精度高。 正是由于步進(jìn)電機(jī)具有突出的優(yōu)點(diǎn)，所以成了機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。比如在數(shù)控系統(tǒng)中就得到廣泛的應(yīng)用。其中華中數(shù)控系 統(tǒng)解決了“五軸聯(lián)動(dòng)”，為“神州”系列飛船順列升空立下了汗馬功勞。我國數(shù)控系統(tǒng)在初期就是以單板機(jī)或單片機(jī)為數(shù)控核心，以步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行元件，由于其結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，很適合我國中小型企業(yè)使用。 其方框圖如圖 所示。測速的過程為：在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)圓盤， 并在圓盤的邊緣處開一個(gè)孔讓二極管發(fā)出的紅外光剛好可以通過。運(yùn)用