【正文】 碼器光電編碼器的工作原理與光電傳感器一樣，不過它已將光電傳感器、電子電路、碼盤等做成一個整體，只要用連軸器將光電傳感器的軸與轉軸相連，就能獲得多種輸出信號。為此可以制作一個遮光葉片如圖32所示，安裝在轉軸上，當扇葉經(jīng)過時，產(chǎn)生脈沖信號。光電式傳感器由獨立且相對放置的光發(fā)射器和收光器組成。3 系統(tǒng)總體方案設計 各模塊方案論證與選擇 傳感器論證與選擇方案一：光電傳感器光電傳感器是應用非常廣泛的一種器件，有各種各樣的形式，如透射式、反射式等，光電轉速傳感器是根據(jù)光敏二極管工作原理制造的一種感應接收光強度變化的電子器件，當它發(fā)出的光被目標反射或阻斷時，則接收器感應出相應的電信號。T法適合于低速測量，轉速增高，誤差增大。該方法在被測轉速較低（相鄰兩個轉速脈沖信號間隔時間較大）時，才有較高的測量精度，其測量準確度隨著轉速的增大而降低，適于低速測量。 圖22 “T”法脈寬測量由“T”法可知，“T”法測量精度的誤差主要有兩個方面，一是由兩脈沖的上升沿觸發(fā)時間不一致而產(chǎn)生的；二是由計數(shù)和定時起始和關閉不一致而產(chǎn)生的。定時器對時基脈沖(頻率為)進行計數(shù)定時，在內(nèi)計數(shù)值若為，則計算公式見式（24）。如圖22所示。而且在規(guī)定的檢測時間內(nèi)對脈沖個數(shù)計數(shù)，雖然檢測時間一定，但檢測的起止時間具有隨機性，當被測轉速較高時，才有較高的測量精度，并且測量準確度隨轉速的減小而降低，該方法適合于高速測量。定時時間可根據(jù)測量對象預先設置。在該方法中，由于定時時間T和脈沖不能保證嚴格同步，以及在T內(nèi)能否正好測量外部脈沖的完整的周期不確定，所以可能產(chǎn)生1個脈沖的量化誤差。 式(22)圖21 “M”法測量轉速脈沖將式（22）式代入式（21），則轉速n的表達式見式（23）。 測頻法（“M法”）在一定測量時間T內(nèi)，測量脈沖發(fā)生器（替代輸入脈沖）產(chǎn)生的脈沖數(shù)來測量轉速，如圖21所示，設在時間T內(nèi)，轉軸轉過的弧度數(shù)為，則轉速n由式（21）計算得到。4．系統(tǒng)中各硬件模塊設計和軟件設計；5．系統(tǒng)調(diào)試。 主要研究內(nèi)容該系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能有：1．液晶顯示器實時顯示所測得的轉速值；2．鍵盤對設定的高低速值進行相關設置；3．實現(xiàn)聲光報警功能。光電碼盤安裝在轉子端軸上，隨著電機的轉動，光電碼盤也跟著一起轉動，如果有一個固定光源照射在碼盤上，則可利用光敏元件，其接收到的光的次數(shù)就是碼盤的編碼數(shù)。若脈沖頻率為f，則電機的轉速為n=60f(r／min) 。(2) 測速發(fā)電機測速法測速發(fā)電機測轉速時，測速發(fā)電機連接到被測電機的軸端，將被測電機的機械轉速變換為電壓信號輸出E=CeFn，在輸出端接一個刻度以轉速為單位的電壓表，即可讀出轉速。測轉速時，轉速表的端頭要插入電機轉軸的中心孔內(nèi)，插入前，應注意清除中心孔中的油污，并使轉速表的軸與電機的軸保持同心，不可上下左右偏斜，否則易將表軸扭壞，并影響準確讀數(shù)，而且轉速表要間歇使用，以減少磨損和發(fā)熱。前者在使用時必須與被測轉軸直接接觸，如離心式轉速表測速法、測速發(fā)電機測速法等；后者在使用時不需要與被測轉軸接觸,如閃光測速法、光電碼盤測速法。 轉速測量在國內(nèi)外的研究轉速是能源設備與動力機械性能測試中的一個重要的特性參量，因為動力機械的許多特性參數(shù)是根據(jù)它們與轉速的函數(shù)關系來確定的，例如壓縮機的排氣量、軸功率、內(nèi)燃機的輸出功率等等，而且動力機械的振動、管道氣流脈動、各種工作零件的磨損狀態(tài)等都與轉速密切相關?？傊D速測量系統(tǒng)的研究是一件非常有意義的課題。它的研究結果可以用于我們的實際生活中，一方面它可以應用于工業(yè)控制中的某一部分，如數(shù)控車床的電機轉速檢測和控制、水泵流量控制以及需要利用轉速檢測來進行控制的許多場合，如車輛的里程表、車速表等。由于單片機在測量轉速方面具有體積小、性能強、成本低的特點，越來越受到企業(yè)用戶的青睞，單片機對脈沖數(shù)字信號的強大處理能力，使得全數(shù)字化系統(tǒng)越來越普及，其轉速測量系統(tǒng)也可以用全數(shù)字化處理，在測量范圍和測量精度方面都有極大的提高。關鍵詞 電動機；轉速測量；STC89C52；霍爾傳感器AbstractMotor is very important in manufacturing, measuring its rotational speed bees very essential and necessary.This article describes the mon method of motor speed measurement ,it gives the DC motor speed measurement system design scheme,which based on STC89C52 singlechip microputer .The motor speed measurement system pletes the hardware and software design. The system uses A44E Hall Switch Sensor as a main ponent of the pulse signal acquisition and uses the design of the signal conditioning circuit to amplify the output Hall sensor pulse , the squarewave signal is sent to single chip microputer . the count the pulses gets into the motor speed value, and the LCD display motor speed value intuitively. At the same time,the system uses the matrix keyboard to set preset high and low value ,when the measured value over highspeed or lower than the low value, realize the acoustooptic alarm function.Keywords Motor Speed Measurement STC89C52 Hall Sensor目 錄1 緒論 1 課題研究的目的和意義 1 轉速測量在國內(nèi)外的研究 1 主要研究內(nèi)容 22 電機轉速測量常用方法 3 測頻法（“M法”） 3 測周期法（“T法”） 3 本設計系統(tǒng)中采用的方法 43 系統(tǒng)總體方案設計 5 各模塊方案論證與選擇 5 傳感器論證與選擇 5 單片機模塊論證與選擇 6 顯示模塊論證與選擇 6 報警模塊論證與選擇 7 總體設計方案 74 硬件電路設計 8 單片機最小系統(tǒng)設計 8 時鐘電路 8 復位電路 8 電源電路 10 穩(wěn)壓可調(diào)直流電源電路設計 10 霍爾傳感器測量電路設計 11 霍爾傳感器原理 11 開關型霍爾傳感器 12 信號處理電路設計 13 顯示電路設計 15 LCD1602簡介 15 LCD顯示電路 16 按鍵電路設計 16 蜂鳴器報警電路設計 175 軟件設計 20 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 20 系統(tǒng)開發(fā)語言 20 軟件總體設計 21 定時/計數(shù)中斷程序 23 定時/計數(shù)器介紹 23 中斷控制 24 定時/計數(shù)器初值計算 25 定時中斷流程圖 25 按鍵掃描程序流程圖 26 速度計算及顯示程序 28 速度計算 28 速度值顯示處理程序 28 報警程序流程圖 286 系統(tǒng)調(diào)試 29 Protues仿真 29 硬件調(diào)試 30 系統(tǒng)調(diào)試結果 30 故障分析與解決方案 32結論 33致謝 34參考文獻 35附錄 36附錄1 36附錄2 46附錄3 471 緒論 課題研究的目的和意義轉速是工程中應用非常廣泛的一個參數(shù)，其測量方法較多，傳統(tǒng)的測速方法一般以測速發(fā)電機為主要檢測元件，得到的是模擬量，這種測量技術已不能適應現(xiàn)代科技發(fā)展的要求，在測量范圍和測量精度上，已不能滿足大多數(shù)系統(tǒng)的使用。該系統(tǒng)以A44E開關型霍爾傳感器作為產(chǎn)生脈沖信號的主要元件，并利用所設計的信號調(diào)理電路對霍爾傳感器輸出的脈沖信號進行放大整形，將得到的方波信號送給單片機進行處理，把所得到的計數(shù)脈沖轉化為電機的轉速值，并在LCD液晶顯示器上直觀的顯示電機的轉速值。圖書分類號：密 級：摘要電機是生產(chǎn)過程中應用十分廣泛的裝置，對其轉速進行準確測量就顯得十分必要。本文介紹了電機轉速測量常用的方法，給出了基于單片機STC89C52的直流電機轉速測量系統(tǒng)的設計方案，完成了電機轉速測量系統(tǒng)的硬件和軟件的設計。同時利用矩陣鍵盤對預先設定的高速值和低速值進行相關設置，超過高速或低于低速值時，實現(xiàn)聲光報警功能。隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)測量得到普遍應用。以單片機為核心，設計的數(shù)字化轉速測量系統(tǒng)，使系統(tǒng)能達到更高的性能，具有較強的應用價值。另一方面由于該轉速測量系統(tǒng)采用全數(shù)字結構，因而可以很方便的實行遠程管理和控制，進一步提高現(xiàn)代化水平。本課題研究的是電機轉速測量系統(tǒng)，對了解電機工作狀態(tài)，提高電機工作效率有很大的幫助，該課題主要是對電機轉速測量系統(tǒng)進行硬件和軟件的設計，同時從實際硬件電路出發(fā)，分析電路的工作原理，根據(jù)設計的具體情況提出修改方案和解決辦法。轉速測量的方法很多，根據(jù)轉速測量的工作方式可分為兩大類：接觸式轉速測量法與非接觸式轉速測量法。(1)離心式轉速表測速法離心式轉速表是利用離心原理制成的測速儀表，可以直接讀出轉速。如果要改變量程，還要將轉速表取出停轉后再改變量程。(3) 閃光測速法閃光測速法是利用可調(diào)脈沖頻率的專用電源施加于閃光燈上，將閃光燈的燈光照到電機轉動部分(可在電機端軸上粘貼一張標記紙片)，當調(diào)整脈沖頻率使黑色扇形片靜止不動時，此時脈沖的頻率與電機轉動的轉速是同步的。(4) 光電碼盤測速法光電碼盤測速法是通過測出轉速信號的頻率或周期來測量電機轉速的一種無接觸測速法。若編碼數(shù)為60，測量時間為t，測量到的脈沖數(shù)為N，則n=N/t。為了實現(xiàn)系統(tǒng)功能，主要研究了以下內(nèi)容：1．分析轉速測量常用的兩種方法；2．根據(jù)電機轉速測量系統(tǒng)的要求選擇合適的傳感器；3．系統(tǒng)各模塊的論證和選擇，總體方案的設計。2 電機轉速測量常用方法電機轉速測量的主要方法有測周期法（“T”法）和測頻法（“M”法）。 式(21)轉軸轉過的弧度數(shù)的計算見式（22）。 式（23）式中n——表示轉速單位：（轉/分）；T——表示定時時間單位：（秒）；——表示產(chǎn)生的脈沖個數(shù)。因此，為了提高測量精度，T要有足夠長的時間。設置的時間過長，可以提高精度，而設置的時間過短，測量精度會受到一定的影響。 測周期法（“T法”）轉速可以用兩脈沖產(chǎn)生的間隔寬度來決定。通過定時器測得。 式（24）即： 式（25）式中P——表示為轉軸轉一周脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖數(shù)；——表示硬件產(chǎn)生的基準時鐘脈沖頻率：單位（Hz）；n ——表示轉速單位：（轉/分）；——表示時基脈沖。因此要求脈沖的上升沿（或下降沿）陡峭以及計數(shù)和定時嚴格同步。 本設計系統(tǒng)中采用的方法通過分析可知，M法適合于高速測量，當轉速越低，產(chǎn)生的誤差會越大。由于本系統(tǒng)中所測的電機轉速較高，且基于M法的測量，其電路和程序均較為簡單，所以本設計中采用M法進行測量。它包含調(diào)制光源，由光敏元件等組成的光學系統(tǒng)、放大器、開關或模擬量輸出裝置。以透射式為例，如圖31所示，當不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時，開關管關斷，否則打開。當葉片數(shù)較多時，旋轉一周可以獲得多個脈沖信號。它廣泛應用于數(shù)控機床、回轉臺、伺服傳動、機器人、雷達、軍事目標測定等需要檢測角度的裝置和設備中。如圖33所示，是某光電編碼器的外形。圖34 霍爾元件和磁鋼實際圖使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機械結構也可以做得較為簡單，只要在轉軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關靠近磁鋼，就有信號輸出，轉軸旋轉時，就會不斷地產(chǎn)生脈沖信號。霍爾元件和磁鋼如圖34所示。由于光電傳感器受環(huán)境影響較大，且光電編碼器安裝不方便，由于軟連接的原因，很容易松動，可靠性差，而由霍爾元件構成的霍爾開關系統(tǒng)，具有輸出響應快，數(shù)字脈沖性能好，安裝方便，性能可靠，不受光線等因素影響，價格便宜的優(yōu)點。 單片機模塊論證與選擇方案一：采用單片機AT89C52作為主控制器，使用霍爾傳感器進行測量的直流電機轉速測量系統(tǒng)。方案二：采用型號為STC