测控系统综合训练
报告
2014年12月29日-2015年1月23日
摘要
转速是直流电机运行中的一个重要物理量，如何准确、快速而又方便地测量电机转速，极为重要。本文阐述了基于单片机的直流电动机转速控制系统的特点和优势，介绍了在STC89C52单片机实验开发平台上，对直流电动机进行测速和控制的相关算法及软、硬件实现。设计中软件设计采用C语言编程，硬件设计采用PWM方式驱动电动机，利用霍尔元器件测量电动机的转速，在液晶显示屏(LCD)上实时显示电机的转速值。另外还可以通过5个键盘输入电动机转速的设定值，在电动机转速的可控围控制电动机转速，使电动机的实际转速值等于设定值，并在液晶显示屏(LCD)上同时显示设定值与实际转速值，便于比较。
关键词：直流电动；PWM；液晶显示屏(LCD)；转速测量
目录
绪论----------------------------------------------------------------------------------------1
第一章设计任务------------------------------------------------------------------------2 1.1系统方案与组成框图-------------------------------------------------------------------2 1.2基本要求及技术指标-------------------------------------------------------------------2 第二章直流电机的控制方案设计------------------------------------------------3 2.1直流电机的工作原理-------------------------------------------------------------------3 2.2 直流电机的调速方法------------------------------------------------------------------3 2.3 直流电机的转速测量方法------------------------------------------------------------4 2.3.1转动系统--------------------------------------------------------------------------------5 2.3.2信号采集及其处理--------------------------------------------------------------------6 2.3.3单片机处理电路-----------------------------------------------------------------------6 2.3.4显示电路--------------------------------------------------------------------------------6 2.4 直流电机控制结构图-------------------------------------------------------------------6 第三章直流电机调速硬件设计----------------------------------------------------7 3.1 电机调速系统设计----------------------------------------------------------------------7 3.1.1 STC89C52介绍-------------------------------------------------------------------------7 3.1.2系统时钟的设计------------------------------------------------------------------------8
3.1.3系统复位方式---------------------------------------------------------------------------9 3.2 键盘电路设计-----------------------------------------------------------------------------9 3.3 测速电路设计----------------------------------------------------------------------------10 3.4 显示电路设计----------------------------------------------------------------------------10 3.
4.1 LCD原理--------------------------------------------------------------------------------10 3.4.2 液晶显示模块电路--------------------------------------------------------------------12 3.5 驱动电路设计----------------------------------------------------------------------------12 3.
5.1 L298N芯片介绍------------------------------------------------------------------------12 3.5.2驱动电路---------------------------------------------------------------------------------14 第四章系统软件设计-------------------------------------------------------------------15 4.1系统软件模块图--------------------------------------------------------------------------15 4.2主程序流程图-----------------------------------------------------------------------------16 4.3键盘扫描流程图--------------------------------------------------------------------------17 4.4中断程序流程图--------------------------------------------------------------------------18 4.5 定时显示流程图-------------------------------------------------------------------------19 第五章调试部分-------------------------------------------------------------------------20 5.1 硬件调试----------------------------------------------------------------------------------20 5.1.1 上电前的调试--------------------------------------------------------------------------20 5.1.2 上电后的调试--------------------------------------------------------------------------20 5.2软硬件联调--------------------------------------------------------------------------------20 结束语-----------------------------------------------------------------------------------------21参考文献--------------------------------------------------------------------------------------22
附录---------------------------------------------------------------------------------------------23
附录一------------------------------------------------------------------------------------------23
附录二------------------------------------------------------------------------------------------24
附录三------------------------------------------------------------------------------------------33
附录四------------------------------------------------------------------------------------------35
绪论
电机作为机械装备上不可或缺的组件之一，目前，我国电机产业经过40多年的发展，特别是改革开放20多年以来的快速发展，取得了长足进步。电机作为机械装备上不可或缺的组件之一，目前，我国电机产业经过40多年的发展，特别是改革开放20多年以来的快速发展，取得了长足进步。分析师指出，目前，我国的电机产品种类繁多，应用领域广泛，根据型号、规格、功率、轴伸、绝缘、编码器、转速开关、热敏元件、加热带等参数的不同可划分出各种各样电机。机床、轧钢机、鼓风机、印刷机、水泵、抽油机、起重机、传送带、生产线、电梯以及医疗设备中的心电机、X光机、CT、牙科手术工具、渗析机、呼吸机、
电动轮椅等，都大量使用电动机。
随着得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、自动控制技术的迅速发展，由晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统已取代了发电机-电动机调速系统，它的调速性能也远远地超过了发电机-电动机调速系统。特别是大规模集成电路技术以及计算机技术的飞速发展，使直流电动机调速系统的精度、动态性能、可靠性有了更大的提高。电力电子技术中IGBT等大功率器件的发展正在取代晶闸管，出现了性能更好的直流调速系统，出现了微控制器技术，现代控制技术是以微控制器为核心的技术，由此构成的控制系统成为当今工业控制的主流系统。这种系统已取代常规的模拟检测、调节、显示、记录等仪器设备和很大部分操作的人工职能，使受控对象的动态过程按规定方式和技术运行，以完成各种控制、操作管理等任务。
第一章设计任务
1.1系统方案与组成框图
设计的总体系统方案如图1-1所示，整个设计采用分块设计、分布调试、整体组合的方法。
图1-1 系统组成框图
1.2基本要求及技术指标
根据课题要求研制以单片机为核心的直流电机测速控制系统。系统设计主要包含以下任务：
1.实现对直流电机转速的测量。
2.通过键盘输入电机转速的设定值，在电机转速的可控围控制电机转速等于设定值。
3.实时显示直流电机转速的设定值和实际测量值。
4.利用控制电机定子电压接通和断开的占空比（PWM），即脉宽调速。
本设计采用光电传感器将转速转换成频率与速度一一对应的脉冲信号，将脉冲信号送给单片机进行检测，最终计算出电机的转速。采用LCD显示器，显示测量值和由键盘输入的设定值。对于直流电机的转速控制，选择合适的PWM方式驱动实现。
第二章直流电机的控制方案设计
2.1直流电机的工作原理
直流电机由永久磁铁、电枢、换相器等组成。如图2-1和图2-2所示，上下是两个固定的永久磁铁，上面是N极，下面是S极，磁力线从N到S。两极之间是一段可旋转的导体abcd，称为电枢。电枢的ab段与cd段分别接到两个互不接触的半圆形金属片上，这两个金属片称为换向器。
在换向器的AB两端上加上一个上正下负的直流电压，电流由a到b，由c 到d。根据左手定则，ab段在自上而下的磁力线作用下，向左移动，cd段向右移动。在这两个力的作用下，abcd电枢开始逆时针旋转，因为换向器和电枢固定在一起，它也跟着转动。
图2-1 直流电动机工作原理（1）图2-2直流电动机工作原理（2）当电枢转过180°时如图2-2所示，cd段在上方，ab段在下方，电流由d到c，由b到a。根据左手定则，cd段在自上而下的磁力线作用下，向左移动，ab 段向右移动，即电枢继续往逆时针旋转方向旋转。当电枢再转过180°后，变回图1-1的情况，电机继续重复地转动。如果把AB两端的电压方向反过来,电枢将顺时针旋转，原理同上。
兰州交通大学 毕业设计文献综述 题目：基于单片机的电机转速测量系统Title:Motor speed measuring system based on single chip microcomputer 姓名：韦宝芸
学号：3 班级：机设1202班 摘要 本文首先叙述了单片机测量转速的系统构成及转速测量的几种常用方法，分析了相应方法在测量上的特点、误差和计算。其次，针对特定的应用环境，设计出一种基于 80C51单片机的全数字式测速系统，详细阐述了系统的工作原理，指出产生误差的可能原因，并给出了具体解决的方法；根据系统要求编制了源程序，分析其工作流程。最后，对构建的系统利用仿真机进行调试，对测量指标进行了分析、比较并提出改进方案。 关键词：单片机、转速、测量精度 Abstract
This paper first discussed some ways for rotary speed measure. It analyzed characters and errors of these ways. Second, it designed full digital measure system based on a Single-Chip Microprocessor(80C51) responding to special application, stated the working theory of the system and the methods to solve the errors, writed the working programmes by A51 assemble language. Finally, this system implementation was confirmed by using of Keil-51 simulator. The characters on the error margin and accuracy was summarized. Keywords : Single-Chip Microprocessor、rotary speed 、measureprecision Keil-51
直流电机转速控制公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
直流电机转速控制 课程设计 姓名： 学号： 班级：
目录 1．直流电机转速控制方案设计 (2) 设计要求 (2) 设计框图 (2) 2．直流电机转速控制硬件设计 (3) 主要器件功能 (3) 硬件原理图 (6) 3．直流电机转速控制软件设计 (7) 4．调试 (8) 硬件测试 (8) 软件调试……………………………………………………………(11
1．直流电机转速控制方案设计 设计要求 通过设计了解如何运用电子技术来实现直流电机转速控制，完成直流电机转向和转速的控制，提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。 1、用按键1控制旋转方向，实现正转和反转。 2、电机的设定转速与电机的实际转速在数码管上显示。 3、旋转速度可实时改变。 设计框图 本课题中测量控制电路组成框图如下所示：
图1 2．直流电机转速控制硬件设计 主要器件功能 1、L298N 是专用驱动集成电路，属于H 桥集成电路，与L293D 的差别是其输出电流增大，功率增强。其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可以直接控制步进电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。此外可能通过使能端的高低电平的变换,从而使电机通断,来控制电机的转速。 图2 板上的EN1 与EN2 为高电平时有效，这里的电平指的是TTL 电平。EN1 为IN1 和IN2 的使能端，EN2为IN3 和IN4 的使能端。POWER 接直流电源，注意正负，电源正端为VCC，电源地为GND。 2、ZLG7290的核心是一块ZLG7290B芯片，它采用I2C接口，能直接驱动8位共阴式数码管，同时可扫描管理多达64只按键，实现人机对话的功能资源十分丰富。除具有自动消除抖动功能外，它还具有段闪烁、段点亮、段熄灭、功
转速是用单位时间内的转数表示的，通常采用１ｍｉｎ内的转数作为单位，符号为ｒ／ｍｉｎ；角速度用１ｓ内转过的弧度作单位，符号为ｒａｄ／ｓ。 测试转速的方法很多，根据其工作原理，可分为计数式、模拟式和同步式三大类。计数式方法是用某种方法读出一定时间内的总转数；模拟式方法是测出由瞬时转速引起的某种物理量（如离心力、电机的输出电压）的变化；同步式方法是利用已知频率的闪光与旋转体的旋转同步来测试转速。根据转速转换方式的不同，测试方法如表７．１所示。 一般转速的测试可用机械式转速表、发电机式转速表以及用日光灯频闪法测速，但这些方法不能满足进一步的要求。例如，对电机过渡过程的研究，需要测试瞬时转速；在微特电机的研究中还要研究转速的稳定度等。这就要求通过各种传感器将转速变换为电量，然后再用模拟或数字方式显示，有的还要用微型计算机进行控制、检测及运算。 表７．１转速测试方法分类 一、电子计数式测速https://www.doczj.com/doc/23520845.html,/article/show-2354.htm 数字式测速是发展十分迅速的一种测速方法，测试结果直接以数字显示，它有如下特点： （１）读数准确，消除了一般指针式仪表的刻度误差和视觉差。 （２）测试范围宽、精度高、速度快、显示字迹清晰。 （３）可进行瞬时转速的测试。一般瞬时角速度，当Δθ（或Δｔ）取得极小时，常称Δθ Δｔ为瞬时角速度。 由于转速与频率具有共同的量纲［Ｔ－１］，因此可以利用测频率或测周期的方法得到转速。采用电子计数式频率计，配以转速传感器即可构成电子计数式转速表。为提高测试的准确度，一般对高、中转速采用测频法，对于低转速采用测周法。 测频法是测量转速传感器所发出电信号频率的方法，即测量标准单位时间内电脉冲数。测周法是定角测时，即用时标填充的方法测相当于某一旋转角度的时间间隔，测周法可以在较短时间内获得较高的准确度和分辨率。这两类方法交替使用，相互补充，可以展宽测试范围，提高测试准确度。其原理及测试误差分析已在第六章讨论过，不再赘述。 １．测频法（或称Ｍ法）测速 （１）数字式电子转速表。数字式频率计的数字显示值与转速间的关系为
燕山大学 课程设计说明书题目：直流电机转速电流测量与显示 学院（系）：里仁自动化系 年级专业：12级过控1班 学号： 121203021064 学生姓名：刘华 指导教师：梁振虎、王振臣、闫敬 教师职称：副教授
燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）：里仁学院基层教学单位：自动化系 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 2015年6月12日
摘要 单片机又称单片微控制器（MCU），它把一个计算机系统集成到一个芯片上。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。随着电子技术的迅猛发展，单片机技术也有了长足的发展，目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹，导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。 各种电机在工业得到广泛应用，为了能方便的对电机进行控制、监视、调速，有必要机的转速进行测量，从而提高自动化程度。转速和电流是工程上常用参数。转速测量的方法很多，采用光电编码器测量转速是较为常用的测量方法，而电流则采用交流互感器。 通过光电传感器实时采集电机转速并进行处理与显示，设计出一个电动机转速测量系统,并研究其测量精度、测量范围及响应速度.程序设计部分分为初始化模块、脉冲计数模块、计时模块、参数调整模块和显示模块.最后通过试验测试,得到了相应的技术参数,并对转速和电流测量系统的误差进行了分析要求设计的系统稳定可靠、抗干扰能力强、成本低，使用方便。
测试方法和常见不良问题的分析 一、测试方法 1.电机空载转速及电流的测试 1）定义：在额定电压下（指要求的加到电机端子上的电 压, 并不是指电源电压），无负载时的电机每分钟转动的圈 数 （空载转速）及此时流过端子的电流 2）测试方法：使用测速计、胶轮、直流电源，如下连接, 直流电源 电机测速计 参考测试 方法：使 用电机综 合测试仪测试（但誨定范围及电机的冲片槽数，测试 数据不准） 2.负载转速及电流的测试 1）定义：在额定电压下（指要求的加到电机端子上的电 压, 并不是指电源电压），额定负载时的电机每分钟转动的 圈数（负载转速）及此时流过端子的电流（负载电 流） 2）测试方法：见上图，一般选择胶轮的直径为20mm,如 果负载为M gem,则所挂舷码的重量则为M g,同时胶 轮上的圈数取决于绳子A处必须松动才行（即祛码的重 量必须全部加到轮子上才行） 3.堵转力矩和堵转电流的测试
1）； “ 定义：使电机正好停止转动时的负载力矩Ts即为堵转力
矩，此时的电流即为堵转电流Is 3)一般采用两点法进行测试，选择两个负载T1及T2,测 试此负载下的nl> n2及II、12,使用下而的公式计算堵 转力矩和堵转电流： Ts=(n2Tl-nlT2)/(n2-nl) I S=(I2T1-I2T2)/(T1-T2)+(I1-I2)/(T1-T2)*T S 注意点：T1最好在最大效率点附近，而T2最好在最大 功率点附近 参考测试方法：可以采用测功计测试(不精确)或者使 用扭力计测试(较准) 4.窜动量的测试 1)定义：转子在电机中沿轴向可以松动的最大的间隙量 2)测试方法：使用百分表，电机轴前后最大窜动的位置在 百分表上显示的位置分别是A和B，则电机窜动量为B-A 电机 5.电流波形 1)定义：电机在额定电压下旋转时，流过电机两端子间的电 流的变化的波形，可以用示波器进行显示 2)测试方法：如图连接，示波器上显示的波形即为电机的电 流波形，电容一般为qf的电解电容，如果槽数为n 个，则 电机转动一周的完整的波形数为2n个
1直流电机……………………………………………………………..6. 1.1直流电机的结构 (7) 1.2直流电机的原理 (7) 1.3直流电机的主要技术参数 (8) 1.4直流电机调速技术指标 (9) 2 .单片机的相关知识 (9) 2.1单片机的简介 (9) 2.2单片机的发展史 (9) 2.3单片机的特点 (10) 2.4 AT89C51单片机的介绍 (11) 3. 硬件电路的设计 (13) 3.1 控制电路的设计………………………………………………………….13. 3.2 隔离电路的设计 (14) 3.3驱动电路的设计 (14) 3.4续流电路的设计 (17) 3.5 整个电路原理图 (18) 4. 软件设计 4.1 主程序设计 (18) 4.2 数码显数设计…………………………………………………………….20. 4.3功能程序设计 (20) 5.结束语 (24) 参考文献 (24)
摘要 本课题是对直流电机PWM调速器设计的研究，主要实现对电动机的控制。因此在设计中，对直流调速的原理，直流调速控制方式以及调速特性，PWM基本原理及实现方式进行了全面的阐述。 为实现系统的微机控制，在设计中，采用了AT89S52单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示，驱动模块，实现对电动机的转速的显示和测量；由命令输入模块，光电隔离模块及H型驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序的控制下，不断给光电隔离电路发送PWM波形，H型驱动电路完成电机的正反转控制。在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大的简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。
苏州大学 城市轨道交通学院
课题名称：直流电机转速控制与测量学院：城市轨道交通学院 班级：10级通信工程 学号：45 姓名：袁圆 其他成员：李吟乔王佳毓苏朗
直流电机转速测量与控制 一、设计要求 1) 电机转速比例测量，并数码管显示； 2) 电机转速由按键设定，步长为1rad/min。 二、直流电机转速测量与PWM控制的基本原理: 直流电机的工作原理为：直流电机的磁极N,S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面固定着线圈abcd。当线圈流过电流的时候，线圈受到电磁力的作用，产生旋转。 根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受力方向也将改变，因此通过改变线圈电流的方向实现改变电机的方向。 由于方波的有效电压跟电压幅值和占空比有关，因此我们通过单片机的控制电路改变占空比，从而改变有效电压，以此控制电机的转速。即采用PWM（脉宽调制）方法实现调速。 三、设计方案 程序应用模块化进行设计，主要有初始化模块、显示模块、读键模块、数制转换模块、双字节除法模块、中断模块和控制调节模块。 初始化模块：8155工作方式、T0和T1工作方式、标志位状态、所用单元初值、中断设置以及初始显示等。 显示模块：设定值和实测值的数值与字符动态显示。 读键模块：从I/O口依据某位数码管亮时读入小按键是否有效，然后根据四个小键盘的不同功能进行相应的处理，只要设定值一改变立刻显示。加1键和减1键要有连加连减功能。 数制转换模块：将二进制转换为十进制。 外部中断模块：将转1圈的时间通过双字节除法程序求出即时转速。 定时中断模块：PWM输出波形形成。 控制调节模块：通过设定值和实测值的比较来改变脉冲波的占空比，该数据的调节分为简单比例调节PP和比例积分调节PI。调节公式分别为： YK=YK1+KP*EK
目录： 1、摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------3 2、系统结构----------------------------------------------------------------------------------------------3 3、获取脉冲信号的方法----------------------------------------------------------------------------4 3、1霍尔传感器-------------------------------------------------------------4 3、2 光电传感器-------------------------------------------------------------5 3．3光电编码器-------------------------------------------------------------6 4、硬件连接图及原理------------------------------------------------------------------------------6 5、实验程序及分析-----------------------------------------------------------------------------------8 6．仿真-----------------------------------------------------------------15 7、PROTEL DXP原理图-------------------------------------------------------------------16 8、PCB图-------------------------------------------------------------------------------------------------16 9、硬件调试结果与分析-------------------------------------------------------------------------17 10、谢词---------------------------------------------------------------------------------------------------17 11、参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------18
目录 绪论 (2) 第1章参数计算与设备选型 (3) 1.1控制芯片 (3) 1.2测速发电机 (4) 1.3模数转化器件——ADC0809 (6) 第2章系统设计 (9) 2.1 系统方框图 (9) 2.2 硬件设计 (10) 2.2.1 直流测速发电机 (10) 2.2.2 ADC0809与单片机连接 (10) 2.2.3 数码管 (11) 2.2.4 综合接线图 (11) 2.3 软件设计 (12) 2.3.1 程序设计思路说明 (12) 2.3.2 总程序控制流程图 (13) 2.3.3 ADC0809工作流程图及程序 (14) 2.3.4显示部分工作流程图及程序 (15) 第3章结论 (18) 参考文献 (19)
绪论 在现代工业自动化高度发展的时期，几乎所有的工业设备都离不开电机，形形色色的电机在不同领域发挥着很重要的作用。与之而来的问题是，如何更好地控制电机，对于不同的场合，对电机的控制要求是不同的，但大部分都会涉及到直流电机的转速测量，从而利用转速来实施对直流电机的控制。 直流电机转速作为直流电机的一项重要技术指标，在各个应用场合都有重要的研究价值，例如在发动机，电动机，机床主轴等旋转设备的试验运转和控制中，常需要分时或连续测量，显示其转速及瞬时速度等，转速是其他大部分技术参数的计算来源，因此，准确测量直流电动机的转速具有重要的研究意义和理论价值。 目前，对直流电动机的速度检测方法很多，从整体上可分为模拟检测和数字检测方法。 模拟检测：即利用测速电机作为发电机，通过检测反电势E的大小和极性可得到转速N和电机转向，采用这种方法直接可以得到转速N和输出电压的特性曲线，直观，但也有很多不足，比如在高速和低速情况下实际输出偏离理想特性。 数字检测技术：即通过分析数字信号产生的一系列脉冲间接获取电机转速。如光电旋转编码器是将检测圆盘划分为等距的三个同心圆，最外环和次外环分别用等距的黑白条纹分开，且最外环和次外环的缝隙位置相位差为90度，用于判断电机的转速，最内环只有一个黑条纹，用作定位脉冲或者是复位脉冲，利用光电编码器输出的脉冲可以计算转速，具体的又可分为M法，T法和M\T法。 此外，市场上已经有了技术成熟的电机测速装置，如利用霍尔元件设计制作的直流电机测速仪等，凭借其精度高，稳定性好等优势占有重要的一席之地。 而本次微机控制原理课程设计的任务是直流电机速度的测量与显示。主要要求是通过测速直流发电机作为传感器，检测直流电机的转速，并输出与转速相关的电压，通过ADC0809芯片将测速发电机输出电压转换成电压的数字信号。控制芯片采用AT89C51将采集转换后的数字信号进行处理，得到转速，并通过四位数码管予以显示。整体上能够完成从转速检测到数据处理到显示的一整套功能。
摘要 在电气时代的今天，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着十分重要的作用。直流电机作为最常见的一种电机，具有非常优秀的线性机械特性、较宽的调速范围、良好的起动性以及简单的控制电路等优点，因此在社会的各个领域中都得到了十分广泛的应用。 系统主要功能是：AT89C51单片机接受霍尔传感器传来的脉冲信号，单片机根据外部中断，以及内部定时器进行计数计算出电机转速送到LED并显示，外部装有蜂鸣器电路，在超速或低俗过低都会停止电动机，蜂鸣器发音，显示器不显示，从实用角度看，评价一个系统实用价值的重要标准，就是这个系统对社会生活和科技观念有多大的贡献。 本设计以单片机为核心设计一个电动机转速测定及数据显示控制系统，要求对转速范围在0-3000r/min的直流调速电动机进行测量并显示，转速数据显示精度要达到转速个位数，有转速高、低限报警提示。本设计使用6V直流电机。将霍尔传感器产生的脉冲信号输入到单片机外部中断0口，单片机工作在内部定时器工作方式0，对周期信号进行计数，调用计算公式计算出转速，调用显示程序在LED上，其主要内容是单片机部分主要完成电机转速的测量，LED显示部分主要是把转速显示出来，显示范围在0-3000r/min之间。 本设计主要研究直流电机的控制和测量方法，效率高，电路简单，使用也比较广泛，测速系统采用集成霍尔传感器敏感速率信号，具有频率响应快、抗干扰能力强等特点。从而对电机的控制精度、响应速度以及节约能源等都具有重要意义。 关键词：单片机霍尔IC传感器 , DAC0832 直流电动机转速流程图 A/D 和D/A转换器
目录 摘要 (2) 第一章：引言 (5) 第二章：系统功能分析 (7) 2.1 系统功能概述 (7) 2.2 系统要求及主要内容 (7) 2.3 系统技术指标 (7) 第三章：系统总体设计 (8) 3.1 硬件电路设计思路 (8) 3.2 软件设计思路 (9) 第四章：硬件电路设计 (8) 4.1 单片机描述 (12) 4.1.1 AT89C51引脚及作用 (12) 4.1.2 ULN2003引脚图及功能 (13) 4.2 外围电路设计 (14) 4.2.1时钟电路 (14) 4.2.2复位电路 (14) 4.2.3测速电路 (15) 4.2.4报警电路 (16) 4.2.5显示电路 (16) 4.2.6 74HC573引脚图及功能 (18) 第五章：软件电路设计 (20)
目录 1．设计任务和要求 (1) 2．设计应用背景 (1) 3．难点分析 (2) 4．实施方案 (2) 4.1三套方案的详细原理分析与实施方法 (2) 4.1.1方案一：霍尔传感器测转速 (2) 4.1.2方案二：光电传感器测转速 (3) 4.1.3方案三：电容式传感器测转速 (4) 4.2三套方案的选择与比较 (5) 4.3设计最终拟采用的方案 (5) 4.3.1传感器选择 (5) 4.3.2优缺点分析以及成本 (6) 5．收获与体会 (6) 参考文献 (7) 附： (8)
电机转速自动检测 1．设计任务和要求 电机转速控制在电机控制中非常重要，适当合理地控制电机转速，可以达到节约能源，减少损失的目的。 请设计一种电机转速监控装置，能够提供电机转速的电量信息。 2．设计应用背景 电动机作为风机、水泵、机床等设备的动力，广泛应用于工业、农业、商业、公用设施、制造业等各个领域，在我国，电动机的用电量已经占到社会总用电量的60％以上。我国能源相对缺乏，优质能源严重短缺，同时巨大的能源消耗引起的环境污染已在某种程度上制约了经济的发展，从节约能源，保护环境出发，我国开展了很多节能研究工作电动机作为量大面广的机电产品，降低电动机的损耗、提高电动机的效率已成为节能降耗、降低生产成本、追求经济效益最大化的重要手段，是利国利民的大事。对老式耗能大的电动机必须进行节能改造，因此研究其节能问题具有非常重要的意义。 电动机在将电能转换为机械能的同时，本身也损耗一部分能量，这些损耗一般可分为以下五个方面： (1)基本铁耗：基本铁耗是主磁场在铁心内发生变化时产生的，当频率为一定时，主要与铁心中的磁通密度、材料的厚度及性能有关。 (2)空载时铁心中的附加损耗：它是由气隙中的谐波磁场引起的，主要是指定子、转子开槽而引起的气隙磁导谐波磁场在对方铁心表面产生的表面损耗和因开槽而使对方齿中磁通因电机旋转而变化所产生的脉振损耗。 (3)电气损耗：指由工作电流在绕组铜(或铝)中产生的损耗，也包括电刷在换向器或集电环上的接触损耗 (4)负载时的附加(或杂散)损耗：这是由于定子或转子的工作电流所产生的漏磁场(包括谐波磁场)在定、转子绕组里和铁心及结构件里引起的各种损耗。 (5)机械损耗：包括通风损耗、轴承磨擦损耗和电刷磨擦损耗。 图1.1 商用电源驱动时电机损耗的比例 目前降低损耗的一些措施有以下几种方法： (1)采用高效率绕组技术 (2)△→Y变换运行：当实际负载率低于40％时，若采用△→Y变换运行，电动机的空载电流降低，功率因数提高，因而线路损耗降低，一般节能可达25％左右。 (3)减少线圈端部长度 (4)增大导线截面，提高槽满率
北京信息科技大学 测控综合实践 课程设计报告 题目：基于光电传感器的直流电机转速测量系统设计学院：仪器科学与光电工程学院 专业：测控技术与仪器 学生姓名：
摘要 摘要 基于单片机的转速测量方法较多，本次设计主要针对于光电传感器测量直流电机转速的原理进行简单介绍，并说明它是如何对电机转速进行测量的。通过实验得到结果并进行了数据分析。 本次设计应用了STC89C52RC单片机，采用光电传感器测量电机转速的方法，其中硬件系统包括脉冲信号的产生模块、脉冲信号的处理模块和转速的显示模块三个模块，采用C语言编程，结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。 关键词：直流电机；单片机；PWM调节；光电传感器
Abstract
目录 摘要................................................................................................I 第一章概述 (1) 1.1 课设目标 (1) 1.2 内容 (1) 第二章系统设计原理 (2) 2.1 STC89C52单片机介绍 (2) 2.2 STC89C52定时计数器 (4) 2.3 STC89C52中断控制 (6) 2.4 光电传感器 (6) 2.5 数码管介绍 (7) 第三章硬件系统设计 (10) 3.1测速信号采集及其处理 (10) 3.2 单片机处理电路设计 (11) 3.3 显示电路 (12) 3.4 PWM驱动电路 (13) 第四章软件设计 (14) 4.1语言选用 (14) 4.2程序设计流程图 (14) 4.3原程序代码 (15) 第五章数据分析 (19) 总结 (20) 附件 (21) 参考文献 (23)
一、概述 该课程设计是关于直流电动机转速的测量。转速是电动机极为重要的一个状态参数，一般是指电机转子的每分钟转数，通常用r/min 表示。本次课程设计选用光电测速法，测量电路由光电转换电路，整形电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，时序控制电路和计数、译码、驱动、显示电路构成，电机转速的测量范围为600r/min~30000r/min ，测量的相对误差 1%，并用5位LED 数码管显示出相应的电机转速。 本次课设需满足以下设计要求： 1根据技术指标，设计各部分电路并确定元器件参数； 2.用5位LED 数码管显示出相应的电机转速； 3.画出电路原理图（元器件标准化，电路图要规范化）。 二、方案论证 本课程设计是设计电机转速测量系统，采用光电测速方案，将转速信号转化为脉冲信号，然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量，方案中包括光电转换电路，整形电路，闸门电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，控制电路和计数、译码、驱动、显示电路。原理方框图如图1所示： 在电动机转轴上安装一个圆盘，在圆盘上打6个均匀小孔。当电动机旋转时光源通过小孔投射到光敏三极管上，就产生了一序列的脉冲信号，光敏三极管产生的脉冲信号频率与电机转速成正比。脉冲信号经过整形电路转变成方波，再用二倍频电路使整形后的信号频率变为原来的二倍。再由晶体振荡电路输出的信号经过215分频电路， 光电转换电路 整 形 电 路 闸 门 电 路 计数、译码、驱动、显示 电路 输入 信号 晶体振荡器 电路 分 频 电 路 控 制 电 路 图1 电机转速测量系统原理框图
产生1Hz的基准信号，再经过10分频，便可产生一个0.1Hz的基准信号，该基准信号用来控制闸门电路，把经过倍频的光电转换后的信号计数并显示出来 三、电路设计 1.光电转换电路 在该部分可以用发光元件作为光的发射部分，可以选择发光二极管作发光元件，接收部分则要选择光敏三级管作为接受部件。其原理是用光敏三极管接收发光二极管通过小孔发射过来的光信号。在电机的转轴上安装上已打好6个均匀小孔的圆盘，让发光二极管与光敏三极管通过小孔相对，这样电机每转动一周，光线就会相应通过小孔6次，因为光电转换器受光一次就会产生一个脉冲，所以说电机在每转一周后就会相应的产生了6个脉冲。光电转换电路原理如图2所示： 图2 光电转换电路原理图 图中R1和R2为两个为350Ω限流电阻，LED持续发出的光被带孔圆盘间歇性阻断，变成间断的光信号，而光敏三极管将接收到的光信号转化成电信号，作用于之后的系统。 2.整形电路 整形电路用555定时器构成施密特触发器，利用施密特触发器，将输入的信号进行整形，输出为方波。2和6管脚连在一起接输入信号，从3管脚输出，输入信号与 输出信号反相，在5管脚接入10nF的滤波电容，当输入电压v i ﹤1/3Vcc时，v o 输出 为高电平，当输入电压v i ﹥2/3Vcc时，v o 输出为低电平。整形电路接法及输出波形如 图3和图4所示：
电机课程设计 题目：电机转速测量系统 院（系）：机电工程学院 专业：电气工程及其自动化 学生姓名： 学号： 指导教师： 职称： 2019年7 月4 日
目录： 1、摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------3 2、系统结构----------------------------------------------------------------------------------------------3 3、获取脉冲信号的方法----------------------------------------------------------------------------4 3、1霍尔传感器-------------------------------------------------------------4 3、2 光电传感器-------------------------------------------------------------5 3．3光电编码器-------------------------------------------------------------6 4、硬件连接图及原理------------------------------------------------------------------------------6 5、实验程序及分析-----------------------------------------------------------------------------------8 6．仿真-----------------------------------------------------------------15 7、PROTEL DXP原理图-------------------------------------------------------------------16 8、PCB图-------------------------------------------------------------------------------------------------16 9、硬件调试结果与分析-------------------------------------------------------------------------17 10、谢词---------------------------------------------------------------------------------------------------17 11、参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------18
收稿日期:2005209202 作者简介:于炳亮(1964-),男,研究员,从事海洋仪器表研究。 文章编号:100224026(2005)0520041202电机转速测量方法研究 于炳亮 (山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001) 摘要:介绍了几种基本的电机转速的数字测量方法,并以一种利用Intel 的8089单片机和旋转式光电编码器构 成的数字实时转速检测系统为例,详细阐述了如何选择和综合应用几种转速测量方法,来实验最佳的转速测 量。 关键词:电机;转速;测量 中图分类号:TH86 文献标识码:A 1 概述 转速是电动机极为重要的一个状态参数,在很多运动系统的测控中,都需要对电机的转速进行测量,速度测量的精度直接影响系统的控制情况,它是关系测控效果的一个重要因素。不论是直流调速系统还是交流调速系统,只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。 在电机的转速测量中,影响测量精度的主要因素有两个:一是采样点的多少,采样点越多,速度测量结果越精确,尤其是对于低转速的测量。二是采样频率,采样频率越高,采样的数据就越准确。 2 常用的数字测量方法 电机转动速度的数字检测基本方法是利用与电动机同轴连接的光电脉冲发生器的输出脉冲频率与转速成正比的原理[1],根据脉冲发生器发出的脉冲速度和序列,测量转速和判别其转动方向。根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有:M 法(测频法)、T 法(测周期法)和M ΠT 法(频率Π周期法)。 2.1 M 法(测频法) 在规定的检测时间内,检测光电脉冲发生器所产生的脉冲信号的个数来确定转速。虽然检测时间一定,但检测的起止时间具有随机性,因此M 法测量转速在极端情况下会产生士1个转速脉冲的误差。当被测转速较高或电机转动一圈发出的转速脉冲信号的个数较大时,才有较高的测量精度,因此M 法适合于高速测量。 2.2 T 法(测周期法) 它是测量光电脉冲发生器所产生的相邻两个转速脉冲信号的时间来确定转速。相邻两个转速脉冲信号时间的测量是采用对已知高频脉冲信号进行计数来实现的。在极端情况下,时间的测量会产生士1个高频脉冲周期,因此T 法在被测转速较低(相邻两个转速脉冲信号时间较大)时,才有较高的测量精度,所以T 法适合于低速测量。 第18卷 第5期 2005年12月 山东科学SH ANDONG SCIE NCE V ol 118 N o 15Dec 12005
直流电机效率测试和计算方法 效率测试是所有电传动部件及系统重要检验项目，GB 755 旋转电机定额及性能标准中对各类电机设备效率检测方法进行了详细的介绍。旋转电机效率测试主要有直接测试法及损耗分析法，效率的直接测试方法是通过对直流电机输入输出功率的直接测试而求得效率的方式，下面本文对直流电机效率的直接测试相关试验方法及计算进行详细介绍。 一、直流电机输入功率和输出功率的测量 直接测定效率时，电动机的输入功率用电工仪表测量，输出功率的机械功率用测功机、转矩测量仪测量；发电机的输出功率用电工仪表测量，输入功率用测功机、转矩测量仪测量。 输入功率用电压乘电流来计算，试验电源为整流电源时要求采用真实读书瓦特表或指示电压、电流瞬时值乘积平均值的其他测量装置直接测取电枢回路输入功率，也可分别测量直流功率分量和交流功率分量然后求和。 测功机的功率，在与被试电机同样的转速下应不超过被试电机额定功率的三倍；转矩测量仪的标称转矩，应不超过被试电机额定转矩的三倍。测功机与被试电机之间应用弹性联轴器连接，连接应保证良好、同心。
二、直流电机效率直接测试方法 直流电机效率直接测试试验时，被试电机应在额定功率或额定转矩、额定电压及额定转速下运行至热稳定，读取输入或输出的电压、电流、功率、转速及转矩，并保存周围冷却空气温度，然后立即测定串励、并(他)励及电枢绕组的电阻，并将冷却空气温度换算至25℃。 三、直流电机效率直接测试相关计算 被试电动机的输出机械功率P2按照下式1计算： (1) 式中： TM——被试电动机输出转矩，N.m； nM——被试电动机转速，r/min。 被试电动机的效率ηM按照下式2计算： (2) 式中： P1——被试电动机输入功率，W。 被试发电机的输入机械功率P1(W)按下式3计算： (3) 式中： TG——被试发电机输入转矩，N.m；
直流电机转速控制
直流电机转速控制 课程设计 姓名： 学号： 班级：
目录 1．直流电机转速控制方案设计 (2) 1.1设计要求 (2) 1.2设计框图 (2) 2．直流电机转速控制硬件设计 (3) 2.1主要器件功能 (3) 2.2硬件原理图 (6) 3．直流电机转速控制软件设计 (7) 4．调试 (8) 4.1硬件测试 (8) 4.2软件调试…………………………………………………………… (11 1
2 1． 直流电机转速控制方案设计 1.1设计要求 通过设计了解如何运用电子技术来实现直流电机转速控制，完成直流电机转向和转速的控制，提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。 1、 用按键1控制旋转方向 ，实现正转和反转。 2、 电机的设定转速与电机的实际转速在数码管上显示。 3、 旋转速度可实时改变。 1.2设计框图 本课题中测量控制电路组成框图如下所示： 51单片机 数码管显示 直流电机 正反转开关 霍尔脉冲信号 电机驱动电路
图1 2．直流电机转速控制硬件设计 2.1主要器件功能 1、L298N 是专用驱动集成电路，属于H 桥集成电路，与L293D 的差别是其输出电流增大，功率增强。其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可以直接控制步进电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。此外可能通过使能端的高低电平的变换,从而使电机通断,来控制电机的转速。 图2 板上的EN1 与EN2 为高电平时有效，这里的电平指的是TTL 电平。EN1 为IN1 和IN2 的使能端，EN2为IN3 和IN4 的使能端。POWER 接直流电源，注意正负， 3
收稿日期:2009-02-03 作者简介:高苇,助理工程师,哈尔滨商业大学,电子信息工程。 电机转速测量系统 高 苇 (黑龙江省冶金研究所,哈尔滨 150040) 摘 要:本文介绍了由单片机89C52构成的电机转速测量系统的工作原理、设计思想、软硬件配置及应用方法。该系统具有硬件体积小、成本低、检测精度高、操作方便、智能化较高等特点,应用前景十分广阔。关键词:单片机;喂线机;转速 System of Motor Speed Measurement Gao Wei (Heilongjiang Istitute of Metallurgy,Harbin 150040 China) Abstract:This paper introduces the theory and design of motor rotational speed measurement system based on the single chip processor 89c52and the detail implement.The system has the advantage of small cuba ge,low cost,high accuracy,easy to use and so on and can be applied widely.KeyWords:Single chip processor;Wire feeder;Rotational speed 在工业控制领域当中,经常需要测量电机实时转速,在冶金领域炉外精炼用的喂线机要求将精确量的芯线在一定时间内均匀地喂入钢包中,这就要求测量电机(喂线轮)的转速并计算出芯线的长度。随着微型计算机的广泛应用,特别是高性能单片机的不断推陈出新,转速测量普遍采用了以单片机为核心的数字化、智能化的系统。本文提出一种基于89C52单片机的测量控制电机转速的方法:利用霍尔传感器采集脉冲信号,通过单片机进行运算处理和分析,将电机的转速实时显示出来,同时实现对芯线长度的计算。 1 测量系统的工作原理 本系统实现对喂线机中电机转速的测量,并根据机械比、喂线轮直径换算成芯线长度。脉冲测速的方法主要有T 法(测周法)、M 法(测频法)。 (1)测周法:T 法是测量两个脉冲之间的时间换算成周期,从而得到频率。测出产生N 个脉冲内所需要的时间t,则信号的周期为f=N/t,测量 频率误差 f N t/t 2 ,相对误差 f/f= t/t,误差主要来自采样的时间误差,低频脉冲情况下误差较小,测量精度高。 (2)测频法:M 法是测量单位时间内的脉数换算成频率。在设定t 时间内,测量产生N 个脉冲,则信号的周期为f=N/t,测量频率误差 f N/t,相对误差 f/f= N/N,误差主要来自脉冲个数!1计数误差,高频脉冲情况下误差较小,测量精度高。 本系统采用M 法进行测速,其测量原理如下:测量转速的霍尔传感器固定在距齿轮外缘3mm 的支架上,在霍尔元件正对面的喂线轮上贴一小块磁钢,当测速的喂线轮经过霍尔传感器正前方时,改变了磁通密度,霍尔传感器则产生一系列脉冲 信号并经过光电耦合器后转化为计数脉冲送入单片机中,单片机将该数据进行处理后就可以得出喂线轮的转速,并将该数据通过串行通讯接口RS232将数据传输到上位机,显示速度变化。单片机测量电机转速的系统原理如图1所示。 单片机测量电机转速主要包括三个过程:信 33 第29卷第2期 2009年6月 黑龙江冶金 Heilongjiang Metallurgy Vol.29 No.2June 2009
测控系统综合训练 报告 2014年12月29日-2015年1月23日
摘要 转速是直流电机运行中的一个重要物理量，如何准确、快速而又方便地测量电机转速，极为重要。本文阐述了基于单片机的直流电动机转速控制系统的特点和优势，介绍了在STC89C52单片机实验开发平台上，对直流电动机进行测速和控制的相关算法及软、硬件实现。设计中软件设计采用C语言编程，硬件设计采用PWM方式驱动电动机，利用霍尔元器件测量电动机的转速，在液晶显示屏(LCD)上实时显示电机的转速值。另外还可以通过5个键盘输入电动机转速的设定值，在电动机转速的可控围控制电动机转速，使电动机的实际转速值等于设定值，并在液晶显示屏(LCD)上同时显示设定值与实际转速值，便于比较。 关键词：直流电动；PWM；液晶显示屏(LCD)；转速测量
目录 绪论----------------------------------------------------------------------------------------1 第一章设计任务------------------------------------------------------------------------2 1.1系统方案与组成框图-------------------------------------------------------------------2 1.2基本要求及技术指标-------------------------------------------------------------------2 第二章直流电机的控制方案设计------------------------------------------------3 2.1直流电机的工作原理-------------------------------------------------------------------3 2.2 直流电机的调速方法------------------------------------------------------------------3 2.3 直流电机的转速测量方法------------------------------------------------------------4 2.3.1转动系统--------------------------------------------------------------------------------5 2.3.2信号采集及其处理--------------------------------------------------------------------6 2.3.3单片机处理电路-----------------------------------------------------------------------6 2.3.4显示电路--------------------------------------------------------------------------------6 2.4 直流电机控制结构图-------------------------------------------------------------------6 第三章直流电机调速硬件设计----------------------------------------------------7 3.1 电机调速系统设计----------------------------------------------------------------------7 3.1.1 STC89C52介绍-------------------------------------------------------------------------7 3.1.2系统时钟的设计------------------------------------------------------------------------8