电子技术综合训练
设计报告
题目：电机转速的M法测量
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指导教师：王晓兰
日期：2011.12.20
摘要：电机是电力系统最主要的设备，电机的转速测量有很重要的现实意义。在本设计中用555构成多谐振荡，成为主电路控制信号的输出和定时的关键部分。用74LS192N实现电路的计数功能，对光电码盘的脉冲数进行统计，利用门电路控制计数器的计数清零，利用4511BD驱动数码显示器，动态的显示脉冲数目，最后根据脉冲数目计算电机的转速。
关键词：555计时器；计数；显示。
目录
1 设计任务和要求…………………………………………………………?
1.1设计任务……………………………………………………………?
1.2设计要求…………………………………………………………….?
2 系统设计…………………………………………………………………?
2.1系统要求…………………………………………………………….?
2.2方案设计……………………………………………………………?
2.3系统工作原理……………………………………………………….?
3 单元电路设计……………………………………………………………?
3.1 555振荡电路………………………………………………………?
3.1.1电路结构及工作原理……………………………………………?
3.1.2电路仿真…………………………………………………………?
3.1.3元器件的选择及参数确定……………………………………………?
3.2 计数电路和显示电路的设计……………………………………?
3.2.1电路结构及工作原理…………………………………………?
3.2.2电路仿真…………………………………………………………?
3.2.3元器件的选择及参数确定…………………………………………….?
3.3 整流电路与控制…………………………………………………………
4 系统仿真……………………………………………………………………?.
5 电路安装、调试与测试……………………………………………………?
5.1电路安装………………………………………………………………?
5.2电路调试………………………………………………………………?
5.3系统功能及性能测试…………………………………………………?
5.3.1测试方法设计………………………………………………………?
5.3.2测试结果及分析……………………………………………………?
6 结论…………………………………………………………………………?
7 参考文献……………………………………………………………………?
8 总结、体会和建议
附录
1设计任务和要求
1.1设计任务
根据已学过的知识，设计用M法测量电机转速的电路图，并显示电机的正反转，给出测量结果与转速的数量关系。
1.2设计要求
1）设计电路能够显示光电码盘的脉冲数的和，并显示电机的正反转；
2）给出有关器件的选型和参数计算过程；
3）给出测量的结果与转速的数量关系；
4）手绘电路原理图；
5）设计电路通过计算机仿真后制作电路板，完成调试。
2 系统设计
2.1 系统要求
1）设计电路能够可靠的工作；
2）电路满足要求的精度，显示各变量；
3）尽量简化电路，使制作电路板是的连线方式简单容易焊接；
4）做到电路板的经济最小化。
2.2方案设计
在本电路的设计过程中，用555和外加的门电路构成定时和控制的主电路，作为计数器的的计数和控制信号，用74LS192构成十进制模1000计数器，对光电码盘送入的脉冲进行加计数。利用触发器和与门，作为电路的控制，在外部电源接通的情况下，控制计数器的工作状态，使计数器进行计数、保持计数、清零。为此，我们可以利用振荡电路的输出在触发器的配合下，利用上升沿启动计数器，下降沿清零的过程。为了使我们准确的知道计数的结果，将计数过程动态的显示出来，利用数码管驱动和七段码显示构成显示部分，准确的显示计数的结果。并且数码管的数据保持、清零状态与计数器的状态一致，利用同一个脉冲进行控制，在数码管显示的数据清零前显示的数字就是在这段时间里对电机光电码盘输出的脉冲数的和统计，最后根据脉冲数与电机转速的确定关系计算出电机的转速。为了使测得的转速比较精确，可以进行多次测量，最后求出平均值，这样就可以满足对精度的要求。因此，可将555构成多谐振荡，能够周期的工作。最后通过光电码盘输出信号的特点，利用触发器的输出电平的不同来为发光二级管供电，根据不同的二级管的发光来确定电机的正反转。
在本电路中，各器件对电源的要求较高，为了电路的可靠工作和器件的安全，在电路中加入了稳压电源，利用变压、整流的过程，直接将220V的工频电变为5V的直流电，保证电路的安全。
经过充分的考虑和广泛的查阅资料，以及我们目前所掌握的专业知识，这个方案中的各部分都能比较容易的实现。详细的掌握各部分的工作特点，可以将各部分较为准确的组合在一起，成为一个完整的整体。能够实现要求的功能，满足设计的要求。能够实现要求的功能，满足设计的要求。
２．3系统工作原理
电机在转动的过程带动光电码盘转动，在转动的过程中会有脉冲输出，如图1，电机的转速不能通过较为简单的装置进行测量，但码盘输出的脉冲可以通过电路比较容易的计算出。所以，为了电路的简单，可将电机的转速通过码盘
a b
图1：光电码盘的输出脉冲a电机正转，b电机反转
的脉冲间接的计算，对方案进行简化。码盘在随电机转一周的过程中会有确定的脉冲输出，定时器作为控制信号的输入，在规定的时间计数器对码盘输出的脉冲数统计，最后根据脉冲数和设定的时间可以计算出电机的转速。根据输出脉冲的不同确定电机的正反转。
电机转速n=60m1/(PT) r/min
其中Ｐ为光电码盘每转一周输出的脉冲数，Ｔ为定时器设定的计数时间，ｍ１为计数器在设定时间所计的脉冲的总数。在本设计中，采用的码盘输出的脉冲数为２０００个，计数器设定的计时时间为５ｍｓ，所以可以对转速的计算进行化简，根据数码管显示的数据，通过简单的计算就可以得到所需要的转速，最终的转速可由下式得到：
电机转速n＝６ｍ１ｒ／ｍｉｎ
清零启动测速脉冲
图2 实验原理图
３、 单元电路的设计 3.1 ５５５振荡电路
集成时基电路又称为集成定时器或555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K 电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS 型两大类，二者的结构与工作原理类似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS 产品型号最后四位数码都是7555或7556，二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555和7555是单定时器。556和7556是双定时器。双极型的电源电压V CC ＝+5V ～+15V ，输出的最大电流可达200mA ，CMOS 型的电源电压为+3～+18V 。
3.1.1 555电路的工作原理
555电路的内部电路方框图如图3所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS 触发器，一个放电开关管T ，比较器的参考电压由三只 5K Ω的电阻器构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器A 1 的同相输入端和低电平比较器A 2的反相输入端的参考电平为CC V 32和CC V 3
1。A 1与A 2的输出端控制RS 触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平CC V 3
2时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于CC V 3
1时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。
D R 是复位端（4脚），当D R ＝0，555输出低电平。平时D R 端开路或接V CC 。
(a) (b)
图3 555定时器内部框图及引脚排列
V C 是控制电压端（5脚），平时输出CC V 3
2
作为比较器A 1 的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01μf 的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。
T 为放电管，当T 导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。 555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。
构成多谐振荡器
如图4，由555定时器和外接元件R 1、R 2、C 构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号，利用电源通过R 1、R 2向C 充电，以及C 通过R 2向放电端 C t 放电，使电路产生振荡。电容C 在CC V 31和CC V 3
2之间充电和放电，其波形如图３所示。输出信号的时间参数是
T ＝t w1＋t w2，
t w1＝0.7(R 1＋R 2)C ，
t w2＝0.7R 2C
555电路要求R 1 与R 2 均应大于或等于1K Ω ，但R 1＋R 2应小于或等于3.3M Ω。 外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此这种形式的多谐振荡器应用很广。图3为所构成的电路.
图 4 555 振荡电路外电路 图３ 555输出特性
VCC
OUT
U14
555_TIMER_RATED
GND
DIS RST THR CON
TRI R1R2
C Ct
U16B 74LS04D
5
321VCC 5V VCC
3.1.2 电路仿真
将图4所示的电路在电脑软件上连接，并进行仿真。在仿真的过程中发现，５５５电路的低电平输出不稳定，波形出现失真的情况，在多次的仿真和查阅相关的资料后，得到了结解决的办法，就是在输出的后面加非门后在输出，通过仿真发现，加非门输出的波形稳定。能够满足要求。仿真结果如图5．
图5 ５５５振荡电路仿真波形
3.1.3元器件的选型和参数计算
用555TIMER_RATED作为主芯片,Ct采用10uF.C采用0.1uF．定电路在振荡的过程中产生高电平的时间t
w1
5ms，由以下三式可计算出电阻的值和振荡的频率：
T＝t
w1＋t
w2
，
t w1＝0.7(R
1
＋R
2
)C，
t
w2＝0.7R
2
C
由于占空比对电路的影响不大，可以忽略。所以可以取得R1= 35.7 K ΩR2= 35.7 K Ω
T＝133.3 Hz
3.2计数电路和显示电路的设计
LED数码管
LED数码管实物图如图6所示，数码管内部就是LED灯的组合。LED数码管里面有八个发光二极管。引脚分别记作a、b、c、d、e、f、g、bd，其中bd是小数点，abcdefgh 分别控制8个段，称段码。数码管的3、8脚是公共端，公共端可以用三极管控制是否连接电源，由此可以控制整个数码管点亮或熄灭。常用的LED数码管有两种，一种是共阳极一种是共阴极的。共阴极数码管原理说明：
共阴极数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向降较大，正向电阻也较大。在一定范围内，其正向电流与发光亮度成正比。由于常规的数码管用电电流只有1～2 mA，最大极限电流也只有10～30 mA，所以它的输入端在5 V电源或高于TTL高电平(3.5 V)的电路信号相接时，一定要串加限
流电阻，以免损坏器件。
图６共阴极LED
CD4511ＢＥ做数码管的驱动
其电路原理如下：CD4511是一个用于驱动共阴极LED （数码管）显
示器的BCD 码—七段码译码器的特点：具有BCD转换、消隐和锁存
控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直
接驱动LED显示其中a b c d 为BCD 码输入，a为最低位。LT为灯
测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显
示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消
隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高
电平。另外CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数
9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，
低电平时传输数据。a～g是7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观，若要多位计数，只需将
计数器级联，每级输出接一只CD4511 和LED 数码管即可。所谓共
阴LED 数码管是指7 段LED 的阴极是连在一起的，在应用中应地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V.
3.2.1电路结构及工作原理
计数与显示的电路如图7。在电路的工作过程中，计数脉冲由测速脉冲和控制电路同时控制输入，将计数的过程通过数码管显示。
图 7 计数与与显示电路
3.2.2电路仿真
电路仿真结果如下图8.
图8 计数与与显示电路
3.2.3元器件的选择及参数确定
电机转一转光电码盘输出2000个脉冲，电机按同步电机的最大转速3000转
来计算
码盘脉冲的频率f=2000*3000/60 Hz =100000 Hz
74LS192工作的最高频率为25MHz，能满足脉冲的需求
555电路中设定输出的高电平T1为5ms
最大脉冲数 M=f*T1=500
所以可以用三片74LS192构成模10*10*10=1000加计数器，能够满足计数的要求。
ＣＤ４５１１输出的高电平的值为５Ｖ，红色数码管的压降为１．６Ｖ，点亮的正常电流为１０——２０ｍＡ，应串电阻，保证安全。
Ｒ＝（５－１．６）／１０Ω＝３４０Ω
3.3整流电路与控制
7805是我们最常用到的稳压芯片了，他的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,他的输出电压恰好为5v，刚好满足本电路的要求。用桥式整形电路，用四个二极管接成电桥形式，使在电压的正负半周均有电流流过负载，在负载形成单方向的全波脉动电压。起到很好的整形作用.
构成的电路如图9。
U10
LM7805CT
图9 整流电路
电路仿真
将设计的整流电路的在计算机上进行仿真，其结果如图10。通过仿真可见，该电路满足设计的要求。
图 10 整流电路仿真结果 用JK 触发器做控制
JK 触发器是数字电路触发器中的一种电路单元。JK 触发器具有置0、置1、保持和翻转功能，在各类集成触发器中，JK 触发器的功能最为齐全。在实际应用中，它不仅有很强的通用性，而且能灵活地转换其他类型的触发器。 根据触发器的功能，在外加门电路的配合下可以产生所需要的脉冲，这两路脉冲可以用于计数器的计数和清零。同理，这个电路产生的脉冲可以作为电机正反转显示的数码管的驱动。电路如11图。
图11 JK 触发器组成的控制电路 电路的仿真
产出的计数脉冲如图12，清零脉冲如图
13.
图 12计数脉冲
图13 计数脉冲
4系统仿真
将各分电路在门电路的配合下，连接成一个完整的电路，就是本设计的最终设计电路。设计完成的完整电路如图14。
图14 电机的转速M 法电路图
将此完整的电路进行仿真，仿真结果如图。
图 15电机的转速M 法电路仿真结果 5电路安装、调试与测试 1安装方法与基本注意事项
．1.1 集成电路：
认清方向，找准第一脚，不要倒插，所有
IC 的插入方向一般应保持一致，管 脚不能弯曲折断
U6
2．元器件的装插：去除元件管脚上的氧化层，根据电路图确定器件的位置，并按信号的流向依次将元器件顺序连接；
3．导线的选用与连接导线直径应与过孔（或插孔）相当，过大过细均不好；为检查电路方便，要根据不同用途，选择不同颜色的导线，一般习惯是正电源用红线，负电源用蓝线，地线用黑线，信号线用其它颜色的线；连接用的导线要求紧贴板上，焊接或接触良好，连接线不允许跨越IC或其他器件，尽量做到横平竖直，便于查线和更换器件，但高频电路部分的连线应尽量短；电路之间要有公共地。
4．在电路的输入、输出端和其测试端应预留测试空间和接线柱，以方便测量调试；
5．布局合理和组装正确的电路，不仅电路整齐美观，而且能提高电路工作的可靠性，便于检查和排除故障。
电路调试
一、调试之前要熟悉各种仪器的使用方法,并仔细加以检查，避免由于仪器使用不当或出现故障而作出错误判断。
二、测试仪器和被测电路应用有良好的共地，只有使仪器和电路之间建立一个公共的参考点，测试的结果才是准确的。
三、调试过程中，发现器件或接线有问题血药更换或修改时，应关断电源，持更换完毕认真检查后方可重新通电。
四、调试过程中，不但要认真观察和检测，还要认真记录。包括记录观察的现象、测量的数据、波形及相位关系，必要时在记录中应附加说明，尤其是那些和设计部符号的现象更是记录的重点。依据记录的数据才能把实际观察的现象和理论预计的结果加以定量比较，从中发展问题，加以改进，最终完善设计方案。同过收集第一手资料可以帮助自己积累实际经验，切不可低估记录的重要作用。
使用仿真软件做出来后，还要进行接线，这时候整个电路的成功与否，就在最后的调试了。在这次电路的调试过程中，遇到两个问题：
1、电路模块之间或者接线之间的干扰，导致在计数时数码管上显示的数并不如预期的变化，比如有时候是每计数到11时，本该到12的时候，十位也跟着变化了，变成22，在调整小部分接线之后，这个问题也解决了，计数器正常工作。
2、第二个问题也是最关键的问题，关系到校时电路这一部分能否做出来的问题，在焊接的过程中存在短路和虚焊，而且实际与理论是有差距的，因此只能在电路板上进行调试。
图15 555振荡电路的调试
图16 电路板的调试
6结论
经过调试，最终电路能够按要求工作，也满足最初的设计要求。电机的转速为n＝６ｍ１ｒ／ｍｉｎ其中m1为数码管显示的脉冲数。
7 参考文献
【1】数字电子技术基础（第五版）高等教育出版社
【2】74LS192、NE555、BD4511等芯片数据手册
八总结、体会和建议
１实验总结
在经过认真的设计后通过计算机的仿真，最后我们将各种器件放置在板上，将各器件安设计的要求进行了连接。在焊接的过程中也出现了一些问题，在调试后，解决了一些问题。最后在大家的努力下，完成了电路板。
通过测试，电路能够进行计数，显示脉冲的数目，并且能够按要求自动启动，计数，保持，清零周期性的工作。电路在工作的过程中，应该先接通稳压电源部分，使电源提供稳定的电压后在进行计数的测量。并且能够根据电机正反转的不同，用不同颜色的发光二级管进行显示。我们可以通过脉冲数和电机转速的关系来得到最终的结果，
２心得体会
经过这段时间的课程设计，我学到了许多东西，对课本上的内容的理解加深了印象，同时也学会了一种学习的态度。
理论要联系实践，当然实践也离不开理论，由于对课本的内容还不是很熟悉，所以在做这个课程设计前，我先把课本的重点知识复习了一遍，时序逻辑电路、组合逻辑电路等，然后就是到图书馆查找相应的资料，抱着好几本书就在那里认真地查，查的过程中也看到了很多关于CMOS芯片的应用实例。
理论上的知识搞定了，接下来就是开始设计了。利用电脑软件进行设计，出现了一些问题，一些管脚的位置和实际的不一样，仿真调试不成功，于是我就想到，按照理论来讲这是没有错的，为了验证清除，我先将电路进行分模块调试，把每一部分都仔细检查了一遍，最终发现了与仿真的不同，接线是一样的，不过在真实的接线中可行，在仿真中却不行，最大一个不同之处就在于校时模块，虽然仿真是那种接法可行，不过在实际接线中我采用了另外一种接法。
这次课程设计也再次让我看到理论与实践的差别和联系，理论固然重要，然而我们要在实践中发现错误，并解决错误，也提高了自己的动手能力和实际解决问题的能力。
一种学习态度：认真、严谨的学习态度。这就是我的另一个收获，不仅仅是做课程设计，无论是做什么研究，都必须要有一种认真严谨的学习态度，比如说，独立思考独立完成，认真接线，仔细检查等，这些都是对我们自身能力的一种培养，在以后的学习甚至工作中，很多东西都只能靠自己去独立思考完成，因此我们也藉此学会了一种独立思考的学习态度。
在做课程设计的过程中，我深深地感受到了自己所学到知识的有限，明白了只学好课本上的知识是不够的，要通过图书馆和互联网等各种渠道来扩充自己的知识。在实验过程中我们曾经遇到过问题。一个是在电路接好之后计数的显示结果不正确,经分析，检察后我们请老师帮我们检察了电路，知道了是电路导线坏了，于是改正了错误。我们遇到的第二个问题是有一个芯片忘记了接地。由于有好几百条连线，所以我们没有一时检察出问题，但是我们没有沮丧。在使用万用表测量各个接点电压后我们找到了原因。，但是从中我们学习到了如何对待遇到的困难，进一步培养了我们一丝不苟的科学态度和不厌其烦的耐心。在实验的过程中我和我们组的成员始终在一起，我们互相讨论互相合作，使得我们的实验得以顺利完成，体会到了合作的力量，感受到了1+1＞2
致谢
最终在我们小组的共同努力下板子最终做好了，接通电源后可以工作。这次课程设计增强了我的独立思考、解决问题和团结合作的能力，尤其是解决问题的能力。最终这次课程设计要特别感谢王晓兰老师的耐心辅导以及在设计中给出的宝贵建议和意见，在此我表示深深的感谢！同时也向本组组长陈建伦同学，以及同组表示感谢！
附录
CD4511管脚排列：
555定时器的管脚排列
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姓名：张廷刚学号：1420310064 研究方向：电力电子1、电流的检测方法 电机控制系统的中的电流检测主要是对电机定子电流进行检测，电流检测的常用方法主要有：采样电阻法、电流互感器法、霍尔电流传感器法等。 1.1 采样电阻法 采样电阻测电流的原理：将采样电阻串接在要监测的电路回路里，电流流过时，在采样电阻两端产生压降，这样就把电流信号转化为电压信号。然后，对该电压信号进行处理变换，输入到微处理器的A/D单元，完成检测的目的。 1.1.1 采样电阻的使用条件 使用采样电阻检测方法实现简单，成本低，但是很难做到电阻值稳定不变，采样精度不高，不能提供准确的电流值。而且反馈控制电路与主电路没有隔离，在电机驱动控制系统中，万一功率电路的高电压通过反馈电路进入控制电路，将危及到控制系统的安全。因此，采样电阻一般应用在精度要求不高、成本敏感，温度低的应用场合。 1.2霍尔电流传感器法 在电机控制系统中，主要使用霍尔电流传感器对电机三相定子电流进行检测。一般将霍尔电流传感器紧紧的套在三相定子电流导线上，并通过信号调理电路进行处理，经如图1所示电路，从而对电流进行检测。 图1定子电流检测及信号调理电路 1.2.1 霍尔电流传感器的使用条件 霍尔电流传感器的工作原理主要基于霍尔器件和磁补偿原理进行检测，因此
使用使用时应避免电磁干扰对传感器的影响。此外霍尔电流传感器的供电电压必须在传感器所规定的范围内，超过此范围，传感器不能正常工作或者可靠性降低。霍尔电流传感器的电源、输入、输出的各连线导线必须正确连接，不可错位或反接，否则可能导致产品损坏。安装环境应无导电尘埃及腐蚀性。应避免剧烈震动或者高温。 1.3 电流互感器法 电流互感器法是将电流互感器串连在电机三相定子电流导线中，利用变压器原、副边电流成比例的关系进行电流大小的转换检测。其工作原理、等电路也与一般变压器相同，只是其原边绕组串联在被测电路中，且匝数很少；副边绕组接电流表、继电器电流线圈等低阻抗负载，近似短路。原边电流（即被测电流）和副边电流取决于被测线路的负载，而与电流互感器的副边负载无关。 1.3.1 电流互感器的使用条件 电流互感器运行时，副边不允许开路。因为一旦开路，原边电流均成为励磁电流，使磁通和副边电压大大超过正常值而危及人身和设备安全。线路上的电压都比较高，如直接测量是非常危险的。在大型电机控制中电流互感器一般体积较大，造价昂贵，所以由于体积和成本的原因，一般应用于中小型电机控制系统中。另外使用的场所周围环境不应有与工作无关的外界强磁场存在，环境温度在为佳，相对湿度不超过。对于精度为级及以上或额定电流为及以上的电流互感器，电流互感器在额定电流下持续运行时间为小时；对于额定一次电流为及以上的电流互感器，在额定电流下持续运行的时间为分钟，对特殊要求的弱电流互感器允许在额定电流下能够长期工作。 2、电压的检测方法 电压检测有直接测量法、电阻分压法、电压互感器法和霍尔效应电压传感器法等。在电机调速系统中，直流母线上的电压检测可以通过检测与滤波电容相并联的电阻中的电流而测得，这种方法同电机三相母线电流的检测方法相同，检测电路如图1所示。霍尔电压传感器使用条件：霍尔电压传感器使用时工作条件同霍尔电流传感器相似。电压互感器的使用条件同电流互感器相似。 3、转速的检测方法 3.1 基于增量式光电编码器的速度检测 借助于增量式光电编码器进行测速的方法有M法，T法，M/T法。其中M 法只适合电机转速较高的时候，电机转速低时误差较大。T法情况正好相反，而M/T法既具有M法测速的高速优点，又具有T法测速的低速的优点。从而被广
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/d24982073.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
电动机转速该如何测量 1．可以用真尚有科技的转速测量系统 要测量圆柱体微小转角，首先要知道被测物的半径，然后测出物体在单位时间内走的距离。知道了两个参数后就可以求得转动角度。 解决： Px可以测得物体微小变化 调试的方式： λ通过软件检查系统安装是否满足测量条件，调节传感器安装位置，调节到最佳测量状态，然后可以开始在线测量。 λ通过软件能进行简单的测量, 并最终求出角度值。 通过增量输出： 用户自己将测量结果值进行转换 λ通过接收传感器发出脉冲个数，然后换算成距离最终求得转动角度。最简单的计算增量脉冲的方法是用计数器进行读取，计数器 说明：可设置计数与转动周长的对应关系，每个脉冲代表一定长度，例如1个脉冲= 0.01mm，则图1-3所示距离= 92896 * 0.01mm = 928.96mm 定制软件： 通过软件方式将得到数据进行处理，并最终将结果显示给用户看，能让用户直观的观测到当前测量值。其他功能可以定制。 2. 前不久在一个网站上找的： 可自制一个简单实用的振动式转速计，它是根据物理学上共振原理制成的，测速时并且不会消耗发动机的功率。 振动式转速计由十几根不同长度的钢丝做成。每根钢丝的自振频率都不同，钢丝越长，自振频率越低；长度越短，自振频率越高。小发动机工作时，每转一转，活塞上下一次，产生一次振动。当发动机产生的振动频率和某根钢丝的自振频率相同或成整数的倍数时，这根钢丝就会因共振而开始振动。使用时，将振动式转速计固定在发动机附近，或直接用底座靠在发动机的气缸头等部位上；只要观察那一根钢丝的振动幅度最大，就可根据该钢丝的刻度测得发动机的转速。其准确度依钢丝质量、直径大小及钢丝和底座的夹紧程度不同而略有出入，一般为±200转/分。最好先用标准转速表校准刻度。 钢丝的自振频率和它的直径、自由长度及钢材的弹性有关。一般钢丝的自振频率f可按下式计算： 其中：d 钢丝直径（单位厘米） L 钢丝自由长度（单位厘米） 或其中：n 发动机转速（单位转/分）
课程设计(论文)说明书 题目：电机转速测量电路 院（系）：信息与通信学院 专业：电子科学与技术 学生姓名 学号： 指导教师：何宁 职称：教授 2012年12月20日
摘要 本文设计了一种基于AT89S52单片机的红外线转速测量系统。该系统的红外发射与接收采用直射式，红外发光管射出的红外线通过圆盘的小孔照射到红外探头上，接收电路再经过简单的信号处理得到脉冲式的转速信号。使用AT89S52单片机采样脉冲信号并计算每分钟内脉冲信号的数目，即电机对应的转速值，最终系统通过四位七段数码管显示电机每分钟的转速值。本文详细分析了系统的组成及工作原理，给出了系统中各硬件模块设计方法及系统软件设计方法，给出了部分程序流程图和程序清单。该测速系统安装维护方便，工作稳定，运行可靠，具有较大的推广应用价值。 关键词：转速测量；红外发射与接收；单片机 Abstract A infrared speed measuring system which based on the MCU of AT89S52 was designed in this paper. The infrared transmitter and receiver of the system used the direct type. The infrared light emitted from the IR LED passed through the hole in the disc to the infrared sensor, and the receiver circuit output a pulsed infrared signal by a simple signal processing. The AT89S52 was used to sample the pulse signal and calculate the amount of the pulse signal per minute which was the value of the motor speed. Finally the value of the motor would be displayed real-time by four-bit seven-segment digital tube. The composition and the principle of the system are presented, and the design method of hardware and the software are also presented. The measurement system will have a broad prospects because the convenient installation and maintenance, stable working, reliable operation. Key words: Speed measurement; Infrared transmitter and receiver; MCU
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。
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
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 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。
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
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
专业课程设计 题目 光电传感器的转速测量设计 院系：自动化学院 专业班级： 小组成员： 指导教师： 日期：2012年10月8---2012年10月19
一．课程设计描述 采用单片机、uln2003为主要器件，设计步进电机调速系统，实现电机速度开环可调。 二．课程设计具体要求 1、通过按键选择速度； 2、转速测量显示范围为0~9999转/秒。 3、检测并显示各档速度。 三．主要元器件 实验板（中号） 1个步进电机 1个 STC89C52 1个电容（30pF、10uF）各1个 数码管（共阳、四位一体）1个晶振（12MHz） 1个 小按键 4个 ULN2003 1个 电阻若干发光二极管 1个 三极管（NPN） 4个排阻 1个 四．原理阐述 4.1系统简述 按照题给要求，我们最终设计了如下的解决方案： 用户通过键盘键入控制指令（开关），微控制器在收到指令后改变输出的PWM 波，最终在ULN2003的驱动下电机转速发生改变。通过ST151传感器测量电机扇叶的旋转情况，将转速显示在数码管上。 在程序主循环中实现按键扫描与转速显示，将定时器0作为计数器，计数ST151产生的下降沿，可算出转速，并送至数码管显示。 设计思路： （1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一个圆盘，在圆盘上挖1小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈即光电管导通1次，利用此信号做为脉冲计数所需。 （2）对光电开关信号整流放大。 （3）脉冲经过单片机内部的计数器和定时器进行计数和定时。 （4）显示电路采用单片机动态显示。
4.2转速测量原理 在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N （r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]： N=60m/pTc (r/min) （1） 4.3转速测量系统组成框图 系统由信号预处理电路、单片机STC 89C51、系统化LED显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机匹配的TTL信号；通过对单片机的编程设置可使内部定时器T0对输入脉冲进行计数，这样就能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中转速显示部分采用价格低廉且使用方便的LED模块，通过相关计算方法计算得到的转速通过I2C总线放到E2PROM存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。系统的原理框图如图2.1所示。 图2.1 系统的原理框图 五．系统硬件电路的设计 系统硬件部分包含输入模块、显示模块、控制模块、测速模块等。在硬件搭建前，先通过Proteus Pro 7.5进行硬件仿真实现。 5.1脉冲产生电路设计
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
1.摘要 测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。 要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数，即可获得转速的信息。 2.系统结构 本文主要针对电机的转速进行测量，然后用数码管把电机的转速显示出来！ 本装置主要有两部分构成。1光电测速部分。2测得的脉冲处理处理和显示部分！ 光电测速部分主要由光电传感器构成！脉冲处理部分主要经施密特触发器对接收到的脉冲进行波形校正，由单片机的T1口输入，经80C51处理后显示输出电机的转速 下面我们来了解一下光电测速部分！ 。
3、脉冲信号的获得 可以有多种方式来获得脉冲信号，这些方法有各自的应用场合。下面逐一进行分析。 3．1霍尔传感器 霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。如图1所示是CS3020的外形图，将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc，地，输出。 此主题相关图片如下：1.jpg 图1 CS3020外形图 使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在
转速测量显示系统 一、题目要求 1 . 基于 2. 3 4 5 设计任务： 二、方案选定 1 、选择实现转速测量的方法 （1）根据测量方法分类 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。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。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/T法（频率/周期法）。 （2）根据工作原理分类 1、计数式方法是用某种方式读出一定时间内的总转数。 2、模拟式方法是测出由瞬时转速引起的某种物理量的变化。 3、同步式是用利用已知的频率与旋转体的旋转同步来测量转速。 （3）几种具体的测量方法 ①基于霍尔传感器的直流电机转速测量 ②基于光电传感器的电机转速测量 以上两种是常用的转速测量装置。此外还有傅立叶变换用于电机转速的测量、基于单片机无线电机转速测量系统、基于光电码盘的的高精度电机转速测量等方法。 综合以上所述，本次课程设计选用计数式，光电传感器，M法测量电动机转速，适用于中、低速测量。 2 、测量系统的构成 图1 转速测量框图
（1）转速信号拾取 前面通过对各种测速方法的比较，最终选用计数式，光电传感器，M法测量电动机转速。 转速信号拾取是整个系统的前端通道，目的是将外界的非电参量，通过一定方式转换成电量，通用的转速测量系统大都采用一种俗称“码盘”的传感装置，将圆形的码盘固定在转轴上，码盘上有若干规则排列的小孔，用光电偶来输出电信号，以反映转速对应关系，即是将转轴的速度以脉冲形式反映出来，通常有两种形式： ①模拟量量化后经A/D转换，由数字量反映角度，供单片机计算处理，得出转速。 ②直接由脉冲来反应转轴的角度，用每转产生的脉冲经单片机处理得出转速。 （2）整形和倍频 脉冲信号的上升沿和下降沿对数字电路的触发尤为重要，若要将转速脉冲信号直接加到计数器或外部中断的输入端，并利用其上升沿来触发进行计数，则必须要求输入的信号有陡峭的上升沿或下降沿。处理方法上可以用触发器电路来整形。 （3）单片机 单片机是整个测量系统的主要部分，担负对前端脉冲信号的处理、计算、以及信号的同步，计时等任务，其次，将测量的数据经计算后，将得到的转速值传送到显示接口中，用数码管显示数值。在本系统中考虑到计数的范围、使用的定时，计数器的个数及I，O口线，预选用89C52单片机。 （4）驱动和显示 由于LED数码管具有亮度高、可靠性好等特点，工业测控系统中常用LED数码管作为显示输出。本系统也采用数码管作显示。LED显示器是用发光二极管显示字段的，通常使用七段构成“日”字型和一只发光二极管作为小数点，称八段数码显示器。其有两种驱动方式，共阴驱动和共阳驱动，共阴驱动是各段发光二极管的阴极连在一起，并将公共端接地，在共阳结构中，将各段发光二极管阳极连在一起，并将公共端接上+5V电源，显示字符对应字型代码发光。 三、初步设计 1 .原理分析 图2 单片机系统测量转速原理图 本系统单片机采用Atmel公司生产的89C52作为主控制器，用4位LED数码管作为显示。（1）显示部分 89C52单片机的I/0口输出特性是有较大的灌入电流能力，其中P0口的灌电流能力可达20mA，但只有很弱的“吐”电流的能力。本系统中选用共阴型数码管，将并联上拉电阻后的P0口作为数码管的段驱动，P2.2、P2.3、P2.4分别接74LS138（3-8译码器）的A、B、C