直流电机测速系统

直流测速发电机的工作原理
直流测速发电机是一种将机械能转化为电能的装置。

它的工作原理基
于法拉第电磁感应定律，即在一个导体内，当磁通量发生变化时，就
会产生感应电动势。

直流测速发电机的结构包括转子、定子和磁场系统。

其中，转子是由
永磁体和轴承组成的旋转部分；定子是由线圈和铁芯组成的固定部分；磁场系统则是由永磁体和铁芯组成的。

当转子旋转时，永磁体在定子线圈周围产生一个恒定的磁场。

如果此
时有导体穿过这个恒定磁场，就会在导体内产生感应电动势。

但是，
仅靠这个恒定的磁场无法产生稳定的电压输出。

因此，在直流测速发电机中还需要加入一个可变磁场来增强感应电动势。

这个可变磁场是通过在永磁体上加上一些线圈来实现的。

当这些
线圈通电时，它们会在永磁体周围产生一个可变的辅助磁场。

当转子旋转时，导体就会穿过这个恒定磁场和可变磁场，从而产生感
应电动势。

这个感应电动势会通过导线输出，可以用来驱动负载或充
电电池。

需要注意的是，在使用直流测速发电机时，必须保证转子的旋转速度足够快，才能产生稳定的电压输出。

因此，在实际应用中，通常需要使用齿轮或皮带等机械传动装置来提高转速。

总之，直流测速发电机是一种将机械能转化为电能的装置，其工作原理基于法拉第电磁感应定律。

通过在永磁体上加入可变线圈来增强感应电动势，并通过导线输出产生的电压。

在实际应用中需要保证转子足够快的旋转速度才能产生稳定的输出。

ｃ ｒ ｅ ｏ ｏ ｓ ｄ ｏ ｈ ｕ ｒ ｎｔｍ ｔ ｒ ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ＤＳＰ
Ｗ ＡＮＧ ｉ ｎ Ｈｕ ｇｎｅ ｎ ， ｉｇ ａ Ｕ ｉ ｒｉ ， ｉｉｇ８ ０ １ ， ｈｎ ） Ｓ ｈｏ ｏ Ｍｅｈｎｃｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｑ ｎｈ ｉ ｎｖ ｓｙ Ｘ ｎｎ １０ ６ Ｃ ｉａ ｉ ｅ ｔ
转控制 、 电机 调速 、 电机 测速 和 串 口电脑 显示 四个 功能 。
ｌ 硬 件 系 统 介 绍
硬 件 系统直接 使用 Ｄ Ｐ教学 板上 的 Ａ Ｄ转 换 电位器 ， Ｓ ／ 用输 入 电压 的 Ａ Ｄ转 换 结果 直 接控 制 Ｐ ／ ＷＭ 的输 出脉宽 ， 利用 Ｌ ９ ２ ８驱动 器驱 动电机 运转 实现 调速 。测速用 固定 在 电机 主轴上 的光码 盘 和光耦 电路
Ｔｈ ｌ ｃｒｃ ｌｃｒ ｕ ｔｉ ｉ ｌ ｒ ｌａ ｌ ｎ ｒ ｃｉ ａ ． ｅ ｅｅ ｔｉａ ｉｃ ｉ ｓｓｍｐ ｅ， ｅｉｂ ｅ ａ ｄ ｐ ａ ｔｃ １
Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： Ｐ； ｒ ｃ ｕ ｒ ｎ ｔｒ ｖ ｌｃ ｔ ｄ ｌｔｏ ｖ ｌｃ ｔ ａ ｕ ｉ ｇ ＤＳ ｄｉｅ ｔｃ ｒｅ ｔｍｏｏ ； ｅ ｏ ｉ ｍｏ ｕ ａｉｎ； ｅｏ ｉ ｍｅ ｓ ｒｎ ｙ ｙ
第２ ９卷 第 ６期 ２１ ０ １年 １ ２月
青 海 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） Ｊｕｎ ｌ ｆ ｉ ｈ ｉ ｎｖｒ ｔ（ ａ ｒ Ｓｉｎｅ ｏ ｒａ ｏ Ｑｎ ａ Ｕ ｉｅ ｉ Ｎ ｔ ｅ ｃ ｃ ） ｇ ｓｙ ｕ ｅ
Ｖ０ ． ９ Ｎｏ ６ １２ ． Ｄｅ ． ０１ ｃ２ １
Ａｂｓｒ ｃ Ｔｏ ｒ ａ ｉｅ ｔｅ ｃ ｎ ｒ ｌｆ ｎ ｔ ｎ ｏ ｅ ｏ ｉ ｄ ｌｔｏ ｎ ａ ｕ ｉ ｆｄｉｅ ｔｃ ｒｅ ｔｎｏ ｔ ａ ｔ： ｅ ｌ ｈ ｏ ｔｏ ｕ ｃｉ ｆｖ ｌｃ ｔ ｍｏ ｕ ａｉｎ ａ ｄ ｍｅ ｓ ｒｎｇ ｏ ｒ ｃ ｕ ｒ ｎ — ｚ ｏ ｙ ｔｒ ｔ ｅ ｐ ａｆ ｒ ｏ ｏ ，ｈ ｌ ｔ ｍ ｆＴＭＳ ２ Ｆ２ ７Ａ ｄ ｌＤＳ ｗａ ｓ ｄ ｔ ｖ ｌｐ ａ２ ｏ ３ ０Ｌ ４０ ｍｏ ｅ Ｐ ｓ ｕ ｅ ｏ ｄｅ ｅ ｏ ４Ｖ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｄ ｇｔｌＰＷ Ｍ ｒｎ ｉ ｌ ． ｅ ｓ ｓｅ ｃ ｎ ｂ ｏ ｎ ｃｅ ｏ ａ ｃ ｍｐ ｔ ｒｗｉｈ ｓｍｐ ｅ ｓ ｒａ ｏ ｔｓ ｆｗａ ｅ ｉｉａ ｐ ｃｐ ｅ Ｔｈ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔｄ ｔ ｏ ｕ ｅ ｔ ｉ ｌ ｅ ｉｌｐ ｒ ｏｔ ｒ ． ｉ

无刷直流电机测速原理无刷直流电机是一种常见的电机类型，其具有高效率、高功率密度、低噪音等优点，因此被广泛应用于各种领域。

测速是无刷直流电机控制中非常重要的一部分，其原理如下：1. 电机测速原理无刷直流电机的转速可以通过检测电机内部的反电动势（back EMF）来实现。

当电机运转时，由于磁场变化引起线圈内部产生反向电势，这个反向电势随着转速的增加而增加。

因此，通过检测反向电势大小可以确定电机的转速。

2. 反向电势检测原理为了实现反向电势检测，需要在驱动无刷直流电机时采用PWM调制方式。

PWM调制方式是指通过改变占空比来控制输出信号的有效值。

在PWM调制方式下，输出信号会周期性地从高状态（+V）到低状态（-V），然后再回到高状态。

当输出信号处于高状态时，线圈中会产生磁通，并且随着时间的推移这个磁通会逐渐增加。

当输出信号从高状态变为低状态时，线圈内部产生的磁通会逐渐减少，同时也会产生反向电势。

反向电势的大小与线圈中的磁通变化率成正比。

3. 反向电势检测电路原理为了实现反向电势检测，需要在无刷直流电机驱动电路中添加一个反向电势检测电路。

该电路包括一个比较器和一个滤波器。

比较器用于将反向电势信号与参考信号进行比较。

参考信号可以是一个固定的阈值，也可以是由微控制器生成的一个可变参考信号。

滤波器用于去除噪声和干扰，以保证检测到的反向电势信号稳定可靠。

常用的滤波器包括低通滤波器和带通滤波器等。

4. 反向电势测速方法通过上述原理和方法，可以实现无刷直流电机的反向电势测速。

具体步骤如下：（1）将PWM调制方式应用到无刷直流电机驱动中；（2）通过比较器将反向电势信号与参考信号进行比较；（3）通过滤波器去除噪声和干扰；（4）根据反向电势信号的大小计算出电机转速。

总之，无刷直流电机测速原理是基于反向电势检测的，通过比较器和滤波器等电路将反向电势信号转换为可靠的转速信号。

这种方法简单、可靠，广泛应用于各种无刷直流电机控制系统中。

直流测速发电机的工作原理直流测速发电机是一种常用的测速、测量设备，它通过转动磁场产生电势差来测量物体的转速。

它是基于霍尔效应和电磁感应原理设计制造的一种精密仪器。

本文将详细介绍直流测速发电机的工作原理及其应用。

直流测速发电机的内部结构包括转子、定子和霍尔元件。

转子由永磁体和几个磁极组成，固定在被测物体上。

定子由线圈组成，是发电机的主要发电部件。

霍尔元件位于定子上方，并与磁铁相对应，用于感应磁场的变化。

当被测物体旋转时，磁铁的磁场也随之变化。

这种变化被霍尔元件感应到，霍尔元件将磁场变化转化为电压变化，并将其输出给直流测速发电机。

发电机接收到电压信号后，将其转换为测量物体的转速信息。

直流测速发电机的工作原理主要依赖于两个物理规律，即霍尔效应和电磁感应。

首先是霍尔效应。

霍尔效应是指当导电材料通过电流的作用，竖立在磁场中时，会在其两侧产生一定的电压。

这是因为磁场会使电子在导体内发生偏移，产生一种电势差。

直流测速发电机中的霍尔元件利用了这一效应，将转速变化转化为电压变化。

其次是电磁感应。

根据电磁感应原理，当导体相对磁场运动时，导体内部会产生感应电流。

直流测速发电机中的定子线圈通过电磁感应的方式，将被测物体的转速转化为电流输出。

基于霍尔效应和电磁感应原理，直流测速发电机能够准确测量物体的转速。

通过将测得的电压信号进行放大和处理，可以得到精确的转速数据。

直流测速发电机的应用非常广泛。

在工业生产中，它常被用于测量各种旋转设备的转速，如发动机、风机、电机等。

此外，直流测速发电机还可以用于运动控制系统中，实时监测运动的速度和位置。

值得注意的是，在实际使用直流测速发电机时，需要根据被测物体的特性和要求进行合适的参数设置。

例如，可以根据实际需要选择合适的线圈匝数、永磁体的强度和霍尔元件的位置。

总之，直流测速发电机是一种基于霍尔效应和电磁感应的测速设备，其工作原理简单而有效。

通过将物体转速转化为电压信号，它可以提供准确的转速测量数据。

直流测速发电机的工作原理概述直流测速发电机是一种将机械能转化为电能的设备，其工作原理是通过将旋转的磁场和导体之间的相对运动转化为感应电动势，进而产生电流。

电磁感应电磁感应是直流测速发电机工作的基础原理。

它是指当导体在磁场中运动或磁场变化时，导体内会产生感应电动势和感应电流。

这是由于磁场变化引起了导体中的电子运动，从而生成电动势。

旋转磁场直流测速发电机中需要产生一个旋转的磁场，以便与导体相对运动，从而产生感应电动势。

旋转磁场可以通过使用定子绕组和电流通路进行实现。

定子绕组通常由直流电源供电，电流通过电枢绕组，产生一个磁场。

导体和电枢导体是指直流测速发电机中的旋转部分，它通常由铜制成，在转子上安装有导条或导线。

导体与旋转的磁场之间的相对运动将导致感应电动势的产生。

电枢是连接到导体的电路系统，它可以将感应电动势转化为电流。

电枢是直流测速发电机的输出端，通过连接负载，可以将电能传送到外部电路。

工作过程当导体中的旋转磁场相对电枢运动时，由于电磁感应的作用，电枢中将产生感应电动势。

感应电动势的大小和方向取决于磁场的大小、导体与磁场的相对速度以及导体的几何形状。

一旦感应电动势产生，电枢中将流过感应电流。

感应电流的大小和方向取决于电枢的阻抗和外部电路的负载特性。

直流发电机的稳定性直流测速发电机具有优良的稳定性，这是由于旋转磁场和导体之间的相对运动产生了恒定的感应电动势。

即使负载发生变化，感应电流也可以自动调整以适应负载特性。

然而，在高速旋转时，还需考虑惯性力对导体的影响，以及电机的机械稳定性和动态特性。

应用领域直流测速发电机的工作原理和稳定性使其在许多领域得到广泛应用。

以下是一些常见的应用领域：1.火车牵引2.汽车发电机3.风力发电4.水力发电5.汽轮机发电6.车载发电结论直流测速发电机是一种将机械能转化为电能的设备，其工作原理是通过将旋转的磁场和导体之间的相对运动转化为感应电动势，进而产生电流。

它具有良好的稳定性和多种应用领域。

无刷直流电机测速原理
无刷直流电机是由两个磁芯组成的定子和转子，每个磁芯有两个相互垂直的线圈。

定子的磁芯可以提供电流进入转子，从而来提供转子的动力。

无刷直流电机的测速原理是：当定子通过电流提供磁感应，而转子变成一个被动的器件，随着定子的磁感应的变化，转子也会改变自身的方向，而定子的磁感应又取决于转子的转速，从而可以通过定子的磁感应来测量转子的转速。

无刷直流电机的测速有多种方法，常用的有套线法和磁尺法。

套线法是通过在定子输出端安装两根探头，记录定子的电流波形，然后根据定子的分析，得出转子转速的大小。

磁尺法是通过安装一根磁尺于定子的极化轴上，计算绕组之间的间隙距离和磁力矢量来计算转子的转速。

两种方法都可以成功完成无刷直流电机的测速工作，因此可以根据相关应用的需求选择合适的方法进行测速。

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西安邮电学院单片机课程设计报告书题目：电机测速系统院系名称：自动化学院学生姓名：专业名称：自动化班级：自动XXXX班时间：20XX年X月X日至 X月XX日电机测速系统一、设计目的随着科技的飞速发展，计算机应用技术日益渗透到社会生产生活的各个领域，而单片机的应用则起到了举足轻重的作用。

在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，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。

为了能精确地测量转速，还要保证测量的实时性，要求能测得瞬时转速。

因此设计一种较为理想的电机测速控制系统是非常有价值的。

二、设计要求1.用按键控制电机起停；2.电机有两种速度，通过按键来改变速度；3.通过数码管显示每分钟或每秒的转速。

四、设计方案及分析（包含设计电路图）1． STC89C52单片机介绍STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

（1）单片机最小系统单片机最小系统电路如图所示，由主控器STC89C52、时钟电路和复位电路三部分组成。

单片机STC89C52作为核心控制器控制着整个系统的工作，而时钟电路负责产生单片机工作所必需的时钟信号，复位电路使得单片机能够正常、有序、稳定地工作。

图单片机最小系统（2）晶振电路（3）复位电路复位是单片机的初始化操作。

其主要功能是把PC 初始化为0000H ，使单片机从0000H 单元开始执行程序。

除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。

2. ST151光电转速传感器是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的电子器件，当它发出的光被目标反射或阻断时，则接收器感应出相应的电信号。

第２期（总第１８９期）２０１５年０４月机械工程与自动化ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　＆　ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．２Ａｐｒ．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１５）０２‐０２１４‐０２基于Ｐｒｏｔｅｕｓ的直流电机测速系统仿真张小石，郝秀平（中北大学机电工程学院，山西　太原　０３００５１）摘要：介绍了由ＡＴ８９Ｃ５１、ＬＣＤ和Ｌ２５６组成的直流电机测速系统，详细介绍了系统的设计框图，并通过Ｐｒｏｔｅｕｓ软件实现仿真。

仿真结果表明该系统具有可控调速、显示直观等特点。

关键词：直流电机；Ｐｒｏｔｅｕｓ；仿真；测速系统中图分类号：ＴＰ３９１畅９∶ＴＭ３３ 文献标识码：Ｂ收稿日期：２０１４‐０５‐２６；修订日期：２０１４‐１２‐２６作者简介：张小石（１９８７‐），男，山西阳泉人，在读硕士研究生，主要从事链式自动机驱动技术。

０　引言直流电机的测速系统通过ＬＣＤ可视化地显示电机的转速，便于操作人员观察，使其能够更加有效地对电机进行控制。

Ｐｒｏｔｅｕｓ软件提供了大量的单片机仿真元器件，相当于虚拟实验室，节省了直流电机的研制成本，缩短了研制周期。

从科学的研究角度来看，基于Ｐｒｏｔｅｕｓ的直流电机仿真是必要的、合理的。

１　直流电机测速系统的硬件总体设计本设计实现的是通过ＬＣＤ显示电机的转速信息。

系统采用ＡＴ８９Ｃ５１单片机，通过键盘控制电机并进行可控转速显示，该系统的总体结构框图如图１所示。

图１　直流电机测速系统结构框图２　直流电机测速系统的软件设计直流电机测速系统软件编程时采用了模块化的设计思想，主要功能模块被编成独立的函数，由主程序调用。

其主要的程序模块包括初始化程序、键盘信号采集及处理程序、液晶显示程序、可控调速程序、信息显示程序和超限报警程序。

系统的软件主要采用Ｃ语言编制，对单片机程序进行调试，最终实现仿真的相应功能。

３　仿真主要过程在ｋｅｉｌｃ中编译程序并运行，运行结果说明程序调试成功。

程序调试图见图２。

南通纺织职业技术学院毕业论文设计基于ATMEGA8直流电机测速系统设计高瑶班级：09电子信息专业：电子信息工程技术教学系：机电系指导老师：邱宏完成时间2018年9月至2018年12月目录摘要 (2)一引言 (3)1、直流电机的应用与特点 (4)2、文章的选题意义 (4)3、文章的主要内容 (4)二任务分析与方案确定 (5)1、设计的目标任务 (5)2、设计的总体方案 (5)三硬件电路设计 (6)1、电源电路 (6)2、单片机电路 (7)3、显示电路 (9)4、整体电路 (11)四软件设计 (13)1、软件设计方案 (13)2、功能模块子程序 (14)五软硬件系统调试 (21)1、硬件调试 (21)2、软件调试 (22)小结 (24)六参考文献 (26)基于ATMEGA8的直流电机调速系统的设计摘要:文章介绍了一种直流电机测速系统的设计过程，首先明确设计任务、提出了电路设计的总体方案，接着介绍硬件电路主要功能模块的作用、电路结构原理、及关键元件的选型与参数；然后是系统的软件设计，分析了软件所要实现的功能、并画出软件的方案流程图，给出了几个软件功能模块的子程序；最后是系统的调试部分，包括硬件软件调试的一般过程，并且结合本设计的具体，对开发过程中出现的一些问题现象及调试解决的过程进行了阐述。

关键词:直流电机测速ATMEGA8 MAX7219一引言1.直流电机的应用与特点直流伺服电机常常用于实现精密调速和位置控制随动系统中，在工业、国防和民用等领域内到广泛应用，特别是火炮稳定系统、舰载平台、雷达天线、机器人控制等场合。

直流电机由于具有速度控制容易, 启动、制动性能良好,平滑调速范围宽等特点, 在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。

早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础, 控制系统的硬件部分非常复杂,功能单一,而且系统非常不灵活、调试困难, 阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。

随着单片机技术的日新月异,使许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成,不但为直流电动机的控制提供了更大的灵活性,而且使系统能达到更高的性能, 从而大大降低了系统成本,有效地提高了工作效率。

直流调速系统工作原理小伙伴们！今天咱们来唠唠直流调速系统的工作原理，这可超有趣的呢！咱先得知道啥是直流调速系统。

简单来说呀，就是能让直流电机按照我们想要的速度去转的一套东西。

直流电机就像个听话的小宠物，不过要让它乖乖听话，按照我们的想法调整速度，就得靠这个直流调速系统啦。

直流调速系统里有个很关键的部分，那就是控制器。

这个控制器就像是小电机的大脑，它决定着电机转多快。

想象一下，你要是在指挥一个小机器人跳舞，你就是这个控制器，你让机器人快它就得快，让它慢就得慢。

控制器通过改变电压或者电流来实现对电机速度的控制。

比如说，你想让电机转得快一点，控制器就会把电压或者电流调得大一些。

这就好比你给小宠物多喂点食物，它就更有力气跑快一点啦。

那控制器怎么知道要给多少电压或者电流呢？这里面就涉及到反馈啦。

就像你在扔球给小伙伴的时候，小伙伴会给你个信号告诉你他接到球了没，电机也会给控制器反馈信息。

电机有个测速装置，这个测速装置就像是电机的小嘴巴，它会告诉控制器：“我现在转得多快啦。

”如果电机转得比我们想要的速度慢了，控制器就会加大电压或者电流，就像你在后面推一把小宠物，让它跑快点；要是电机转得太快了，控制器就会减少电压或者电流，就像拉一下小宠物的缰绳，让它慢下来。

再来说说直流调速系统里的功率放大器。

这个功率放大器就像是个大力士。

控制器给的信号可能比较微弱，就像个小瘦子没什么力气。

功率放大器的作用就是把这个微弱的信号变得强大起来，这样才能有足够的力量去驱动直流电机。

它就像是把小瘦子变成了大力士，然后这个大力士就能轻松地推动电机按照我们想要的速度转动啦。

直流调速系统还有个保护装置呢。

这就像是给整个系统穿上了一层铠甲。

因为有时候可能会出现一些意外情况，比如说电压突然变得特别高或者电流突然变得特别大。

这时候保护装置就会启动，就像铠甲挡住了敌人的攻击一样，防止电机或者其他部件被损坏。

这就很贴心啦，就像有个小卫士在时刻守护着这个直流调速系统。

图 ３ 系统驱动 电路 图
图 ２ 前 向通 道组 成 框 图
Ｋ ： ｌ 系统启 动 ；２： Ｋ 系统 停 止 ； ３ 功 能 键 ， 择 Ｋ： 选 调 速 、 示 速度 ；４： 能 键 ， 显 Ｋ 功 当 选择在调速时 ，
路 图如 图 ３所示 ：
３ 控 制信号输 入电路分析
控 制信 号 的作 用 是 对 电机 的速 度 进 行 调 节 及
显 示 ， 由六 个 按 键 开 关 组 成 ， 现 系 统 功 能 的控 它 实
ｌ ＾ ｊ４ ５ ６ Ｚ＾ ，ｇ
１ Ｒ３ ２ｋ Ａ ６
— —
ＵＩ Ｔ Ｐ ｌ Ｌ ５
第一作者简介 ： 张文初 （９ ｌ ） 男 ， １７ 一 ， 湖南攸县人 ， 师 ， 讲 研究方 向 ：
应 用 电 子学 。
３ ３期
张文初 ， ： 等 基于 Ａ ８ ￥ １ Ｔ ９ ５ 控制 的直流电机调速与测 速系统设计 与实现
８ ７ １９
『
ｌ ｌ
Ｌ
图 １ 系统 电路 图
第 １ １卷
第３期 ３
２１年 １ ０１ １月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ１ １ Ｎｏ ３ ＮＯ ．１ ．３ Ｖ．２ ０１１
１７ — １ １ （ ０ １ ３ —１８０ ６ １ ８ ５ ２ １ ） ３８ ７ —４
Ｓ ｉｎ ｅＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｇｎ ｅｉ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
出电压在 工作条 件 变化 时 保 持恒 定 ， 利 用 微处 理 是 器 的数字 输 出来 对 模 拟 电路 进行 控 制 的一 种 非 常 有效 的技 术 。
日新 月异 ， 使得许 多 控 制 功 能及 算 法 可 以采 用 软 件 技术来 完成 ， 直流 电动 机 的控 制 提 供 了更 大 的灵 为 活性 ， 并使 系统 能 达到 更 高 的性 能 。采 用单 片 机 构 成 控制 系统 ， 以节 约 人 力 资 源 和 降低 系 统 成 本 ， 可 从 而有效 的提 高工作 效率 ¨。 。本 文设计 的系 统能 ＿Ｊ

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)第一章概述在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、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和显示其转速及瞬时转速。

目前国内外测量电机转速的方法有很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。

计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。

直流电机测速摘要设计一种直流电机调速系统，以STC89C52 为控制核心，通过ULN2003 驱动电机，使用ST151 测量转速，实现了按键输入、电机驱动、转速控制、转速显示等功能。

关键词：直流电机, 80C51, ULN2003, 转速控制第一章题目描述直流小电机调速系统：采用单片机、ul n2003 为主要器件，设计直流电机调速系统，实现电机速度开环可调。

要求：1、电机速度分30r /m、60r /m、100r /m共3 档；2、通过按选择速度；3、检测并显示各档速度。

所需器件：实验板（中号）、直流电机、STC89C52、电容（30pFⅹ2、10uF ⅹ2）、数码管（共阳、四位一体）、晶振（12M H z ）、小按键（4 个）、ST151、电阻、发光二极管等。

第二章方案论述按照题给要求，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 PW M波，最终在 U LN2003 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。

第三章硬件部分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Pr ot eus Pr o 7. 5 进行硬件仿真实现。

1. 时钟电路系统采用12M 晶振与两个30pF 电容组成震荡电路，接STC89C52 的 XTAL1 与 XTAL2 引脚，为微控制器提供时钟源2. 按键电路四个按键分别控制电机的不同转速，即控制 PW M波高电平的占空比，以实现电机的速度控制，采用开环控制方法，不是十分精确，但控制简单，易实现，代码编写简单3. 显示部分系统采用4 位共阴极数码管实现转速显示。

数码管的位选端1~4 分别接STC89C52 的P2. 0~P2. 3 管脚，端选段A~G与 D P分别接 STC89C52 的 P0. 0~P0. 7 管脚。

的发展，直流电机因其具有良好的启动、制动和调速性能，已经广泛运用于工业控制、机械制造、电力电子等领域。

在现代工业控制领域里，通常需要对电动机的转速进行准确有效的控制，而精确控制的前提是需要对电机转速进行准确的测量，目前对电机转速测量的主要方法有：接触式测量，需要把传感器安装在转轴上，测量不方便；光电非接触式测量，这种测量方法需要电机部分外露，对测量和安装带来极大的不便。

本系统采用非接触式直流电动机转速检测装置，无需对电机本身或内部进行改装固定，只需要在电机外部安装电磁感应探头，利用电机内磁场的变化就可以准确的测量电机的转速。

1 系统方案的设计本系统通过自制的电磁感应传感器采集电动机的转速，采集到的信号通过滤波电路、放大电路、比较电路整形之后，由STM32的计数器获取电机磁场变化频率，进而转化出电机的转速,由STM32处理后通过OLED显示电机的转速值等信息。

测量的线性和精度同样由硬件调试得到，软件作为精度补偿，通过STM32的线性算法和补偿算法来得到相当高的精度。

■1.1 主控器件的选择采用 STM32（STM32F103C8T6）作为核心控制，它具有多功能定时器、功耗低、速度高、稳定性强、性价比高等特点，既可以满足作品要求，同时也简化了外部电路。

具有最高72MHz 的 CPU 工作频率和很强的控制和运算能力，能够实现一些复杂的控制和运算功能，对与实现输出脉冲波有良好的周期精度，满足系统要求。

■1.2 显示屏的选择采用 OLED液晶屏。

此款液晶能使人机交互显得更加人性化，具有可触摸屏，功耗小，体积适中，非常适合于少感器难度大、但是采集精度高、对于任意电机的适用性强）。

传感器的信号随电机内磁场的变化而变化，所以感应电流和转速之间具有线性关系的，且容易通过硬件电路及程序算法进行校正。

（1）采用C型电感型探头（如图1）此传感器使用单一线圈对信号进行采集。

该电路的优点是采集信号的范围更广。

但是，当电机转速低时，电机供电电压低，电机产生的磁场弱，然而电路的噪声是一定的，此时C型探头接收到其他磁极的干扰也会增加，导致信号的信噪比不高，使后续电路的处理难度加大，且容易出现不稳定的触发。

利用电动自行车后轮无刷直流电机霍尔信号的一种测速方法摘要：一、无刷直流电机霍尔测速原理二、电动自行车后轮无刷直流电机霍尔信号测速方法1.一路霍尔信号测速方法2.三路霍尔信号测速方法三、以STM32单片机为核心的转速测量系统四、总结正文：一、无刷直流电机霍尔测速原理无刷直流电机的工作原理本质上与有刷电机类似，不同之处在于无刷电机采用电子方式对绕组电流换向。

直流电机中的转矩是通过永磁体磁场和绕组中的电流相互作用产生的。

霍尔位置传感器探测转子旋转磁场的位置，通过逻辑与驱动电路，给相应的绕组激励。

二、电动自行车后轮无刷直流电机霍尔信号测速方法1.一路霍尔信号测速方法利用一路霍尔信号进行转速测量时，可以通过计算相同时间间隔内传感器输出的脉冲个数来获得转速。

设霍尔传感器输出的信号每转R个脉冲，对应的转速为N（r/min），则通过计算脉冲频率与60的比值，即可得到转速。

2.三路霍尔信号测速方法利用三路霍尔信号进行转速测量时，可以通过逻辑电路或算法产生六倍于一路霍尔信号频率的倍频信号，然后对其进行测量。

这种方法可以提高测速的准确性。

三、以STM32单片机为核心的转速测量系统以STM32单片机为核心搭建转速测量系统，可以实现对电动自行车后轮无刷直流电机的精确测速。

通过处理霍尔传感器输出的信号，实时监测电机转速，为用户提供准确的行驶速度信息。

四、总结利用电动自行车后轮无刷直流电机霍尔信号进行测速的方法具有较高的实用价值。

通过一路或三路霍尔信号的测量，可以实现对电机转速的准确监测。

以STM32单片机为核心的转速测量系统，进一步提高了测速的准确性和可靠性，为电动自行车用户提供实用的行驶速度信息。

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：图1电机转速测量系统原理框图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,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。

反之， 当温度下降时， 输出电压便升高。
第一章 直流测速发电机
减少温度影响的措施： ①测速发电机磁路通常被设计的比较饱和，磁路 饱和后励磁电流变化引起的磁通变化较小； ②励磁回路串一个阻值比励磁绕组电阻大几倍的 附加电阻来稳流；
③对温度变化引起误差要求比较严格的场合，可 在励磁回路中串联负温度系数的热敏电阻并联网 络。
第一章 直流测速发电机
(4) 输出电压的纹波要小， 即要求在一定的转速 下输出电压要稳定， 波动要小；
(5) 正、 反转两个方向的输出特性要一致。
图 2 - 17 测速发电机的理想输出特性
第一章 直流测速发电机
2.3.3 输出特性
在2.2节中已经推导了直流电势公式:

Ea=CeΦn
Ea∝n
(2 - 14)
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第一章 直流测速发电机
式(2 - 14)是负载时输出电压与转速的关系。 如果 式中Φ、 Ra和RL都能保持为常数， 则Ua与n之间仍呈 线性关系， 只不过是随着负载电阻的减小， 输出特性 的斜率变小而已， 如图 2 - 19 所示。 但该图是理想情 况下， 即Φ、 Ra不变， RL为一定时的输出特性。
pN 其中 C e 称电动势常数，Φ为每极磁通。 60 a
第一章 直流测速发电机
2.3 直流测速发电机及其输出特性 2.3.1 直流测速发电机的型式
按照励磁方式划分， 直流测速发电机有两 种型式。
1. 永磁式
永磁式直流测速发电机的定子磁极由永久 磁钢做成， 没有励磁绕组， 以图 2 - 15 所示 的符号表示。
第一章 直流测速发电机
2.4.2 电枢反应影响 电机空载时，只有励磁绕组产生的主磁场。 电机负载时， 电枢绕组中流过电流也要产生磁 场， 称为电枢磁场。 所以， 负载运行时， 电