【正文】 關等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。由于激振元件為壓電陶瓷，所以也稱為壓電馬達。一般由振動體 (相當于傳統(tǒng)電機中的定子，由壓電陶瓷和金屬彈性材料制成 )和移動體 (相當于傳統(tǒng)電機中的轉子，由彈性體和摩擦材料及塑料等制成 )組成。并將這種振動通過共振放大和摩擦耦合變換成旋轉或直線型運動。 工作特點及應用 由于超聲波 電機與傳統(tǒng)電機的巨大區(qū)別，使得超聲波電機 結構簡單、緊湊、扭矩 /重量比大 ； 低速大扭矩 ， 直接驅動 ， 無需齒輪箱 ； 動態(tài)響應好 (毫秒級 )， 超聲電機控制性能好 ； 斷電自鎖 ,超聲電機能獲得較大的自鎖力矩 ； 不產(chǎn)生磁場 ,亦不受外界磁場的干擾 ； 低噪聲運行 (在 10cm 之內(nèi) ,可小于 45dB)。 超聲電機可廣泛應用于航空航天、國防、醫(yī)療、精密微動機構、工業(yè)控制、對磁干擾敏感的設備、機器人工業(yè)、高檔汽車等不連續(xù)工作領域。 方案的提出 超聲波電機的機械振動要能和單片機聯(lián)系起來，中間必須接入傳感器，通過傳感器把機械振動的周期或頻率，轉換為單片機可以識別的脈沖信號 。脈沖信號的幅值如果不足夠大還需要 接入放大電路。 系統(tǒng)原理及組成 系統(tǒng)主要原理是 :超聲波電機轉子運動，利用光電傳感器經(jīng)過放大整形電路，將頻率信號轉變?yōu)槊}沖信號， MSP430 單片機接收傳感器傳來的脈沖信號 ， 根據(jù)外部中斷 ， 以及內(nèi)部定時器進行記數(shù)計算出電機轉速送到數(shù)碼管顯示。 傳感器用來對信號的采樣。單片機用來對處理過的信號進行轉換成轉速的實際值，送入 LED，對所測量到的轉速進行顯示。對周期信號進行內(nèi)部記數(shù)，調(diào)用計算公式算出轉速，調(diào)用顯示程序顯示在數(shù)碼管上。 傳感器 放大整形電路 MSP430 單片機 數(shù)碼管顯示 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 6 頁 共 31 頁 3 轉速測量的方法及傳感器選型 轉速測量的方法 轉速的測量方法很多，根據(jù)脈沖計數(shù)來實現(xiàn)轉速測量的方法主要有 T法 (測周法 )、 M法 (測頻法 )、 MPT法（頻率周期法）。 （ 1） 測周法： T法是測量兩個脈沖之間的時間換算成周期，從而得到頻率。 （ 2） 測頻法： M法是測量單位時間內(nèi)的脈數(shù)換算成頻率。 l計數(shù)誤差，高頻脈沖情況下誤差較小，測量精度高。它適用于高、低頻信號 (高、低轉速信號 ) 的測量。 根據(jù)以上的討論 ， 考慮到實際應用中需要測量的轉速范圍很寬 ， 上述的轉速測量方法難以滿足要求 ， 因此 ， 研究高精度的轉速測量方法 ， 以同時適用于高、低轉速信號的測量 ， 不僅具有重要的理論意義 ， 也是實際生產(chǎn)中的需要。而臨時性轉速測量系統(tǒng) ， 多采用光電傳感器 ， 從轉軸上預先粘貼的一個標志上獲得一轉一個轉速脈沖 ， 隨后利用電子倍頻器和測頻方法實現(xiàn)轉速測量。即通過速度傳感器 ， 將轉速信號變?yōu)殡娒}沖 ， 利用微機在單位時間內(nèi)對脈沖進行計數(shù) ， 再經(jīng)過軟件計算獲得轉速中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 7 頁 共 31 頁 數(shù)據(jù)。 N ——— 采樣時間內(nèi)所計脈沖個數(shù) 。 m ——— 每旋轉一周所產(chǎn)生的脈沖個數(shù) (通常指測速碼盤的齒數(shù) )。 霍爾傳感器 對于霍爾傳感器：就是 將一塊永久磁鋼固定在電機轉軸上的轉盤邊沿，轉盤隨測軸旋轉，磁鋼也將跟著同步旋轉，在轉盤下方安裝一個霍爾器件，轉盤隨軸旋轉時，受磁鋼所產(chǎn)生的磁場的影響，霍爾器件輸出脈沖信號，其頻率和轉速成正比。 霍爾器件是由半導體材料制成的一種薄片，在垂直于平面方向上施加外磁場 B，在沿平面方向兩端加外電場，則使電子在磁場中運動，結果在器件的兩個側面之間產(chǎn)生霍爾電勢。 缺點：采用霍爾傳感器在信號采樣的時候，會出現(xiàn)采樣不精確，因為它是靠磁性感應才 采集脈沖的，使用時間長了會出現(xiàn)磁性變小，影響脈沖的采樣精度。光電頭采用低功耗高亮度 LED ， 光源為高可靠性可見紅光 ， 無論黑夜還是白天 ， 或是背景光強有大范圍改變都不影響接收效果。接到單片機的相應管腳上，通過內(nèi)部定時 /計時器 T0、 T1 及相應的程序設計，組成一個數(shù)字式轉速測量系統(tǒng)。 綜上所述，使用光電傳感器來作為本設計的最佳選擇方案。 其特點：性能可靠，體積小，結構簡單，可用于光電控制，光電計量等電路中，可檢測物體有無，運動方向、測轉速等方面。 MSP430 的基本結構 MSP430 系列單片機是美國 德州儀器 （ TI） 1996 年開始推向市場的一種16 位 超低 功耗、具有 精簡指令集 （ RISC）的混合信號處理器（ Mixed Signal Processor）。該系列單片機多應用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中 。 引腳圖： 圖 引腳圖 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 10 頁 共 31 頁 表 引腳說明 引腳名稱 編號 . I/O 描 述 AVCC 64 模 擬 正 電 源 端 向 SVS， brownout， oscillator， FLL+， parator_A， port 1， and LCD resistive divider 電路供電 上 電不必早于 DVCC. AVSS 62 內(nèi)部連接于 DVSS DVCC 1 數(shù)字正電源端 提供所有部件電源 由 AVCC供電的除外 DVSS 63 數(shù)字地 所有部件的接地 通過 AVCC/ NC 7 10 11 空腳 ， 比較方式 : Out0 輸出 52 I/O 通用數(shù)字 I/O/定時器 _A. 捕獲方式 CCI0B 輸入 /MCLK輸出 意 在這個引腳上 TA0只能輸入 ， 捕獲方式 : CCI1A 輸入 ， 比較方式 Out1 輸出 49 I/O 通用數(shù)字 I/O 48 I/O 通用數(shù)字 I/O /定時器 A輸入時鐘 / ACLK輸出 : CCI2A 輸入 ， 比較方式 : Out2 輸出 44 I/O 通用數(shù)字 I/O 31 I/O 通用數(shù)字 I/O/比較器 A輸出 /LCD 段 19輸出腳 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 11 頁 共 31 頁 引腳名稱 編號 I/O 描 述 I/O 通用數(shù)字 I/O/LCD 段 9出腳 I/O 通用數(shù)字 I/O/LCD 段 8腳 I/O 通用數(shù)字 I/O/LCD 段 7出腳 COM0 36 O LCD公共輸出端 COM0. R03 40 I LCD 模擬電平第四極輸入腳 (最低電平 V5) (最低電平 V3或 V4) 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 12 頁 共 31 頁 (最低電平 V2) (最低電平 V1) 59 I/O 通用數(shù)字 I/O腳 60 I/O 通用數(shù)字 I/O腳 61 I/O 通用數(shù)字 I/O腳 2 I/O 通用數(shù)字 I/O腳 3 I/O 通用數(shù)字 I/O腳 4 I/O 通用數(shù)字 I/O腳 5 I/O 通用數(shù)字 I/O腳 6 I/O 通用數(shù)字 I/O腳 RST/NMI 58 I 復位輸入腳或非屏蔽終端輸入端 TCK 57 I 測試時鐘 . TCK 是芯片編程和測試的時鐘輸入腳 TDI 55 I 測試數(shù)據(jù)輸入 . TDI用作數(shù)據(jù)輸入 . 芯片的保護熔絲與 TDI相連 . TDO/TDI 54 I/O 測試數(shù)據(jù)輸出 . TDO/TDI做為數(shù)據(jù)輸出或編程數(shù)據(jù)輸入端 TMS 56 I 測試模式選擇 . TMS在芯片編程和測試時是輸入腳 XIN 8 I 晶體振蕩器 XT1輸入腳 . 可以連接標準晶體或晶體振蕩器 . XOUT/TCLK 9 I/O 晶體振蕩器 XT1輸入腳 .或測試時鐘輸入腳 電源部分設計 MSP430F149 的電源 有模擬和數(shù)字電源，采用一點接，數(shù)字地和模擬地也一樣 采用 一點接地 。如圖 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 13 頁 共 31 頁 圖 電源接線 圖 傳感器部分 在設計中采用光電傳感器采集信號， 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。 從光源發(fā)出的光通過測速齒盤上的齒槽照射到光電元件上，使光電元件感光。 對于被測 電機的轉速在90—1700r/min的來說，每轉一周產(chǎn)生 30個電脈沖信號，因此，傳感器輸出波形的頻率的大小為： 45Hz≤ f≤ 850Hz 測速齒盤裝在發(fā)射光源 (紅外線發(fā)光二極管 )與接收光源的裝置 (紅外線接收二極管 )之間如圖 ，紅外線發(fā)光二極管負責發(fā)出光信號，紅外線接收三極管負責接收發(fā)出的光信號，產(chǎn)生電信號。 圖 傳感器原理圖 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 14 頁 共 31 頁 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，基本的原理就是當發(fā)射管光照射到接收管時，接收管導通，反之關斷。為此，可以制作一個遮光葉片如圖 ，安裝在轉軸上，當扇葉經(jīng)過時，產(chǎn)生脈沖信號。 圖 光電傳感器的原理圖 圖 遮光葉片 被測物理量經(jīng)過傳感器變換后，往往成為電阻、電流、電壓、電感等某種電參數(shù)的變化值。