电机转速测量系统

电动机转速精密测量系统[摘要]从实际出发，利用c8051单片机、8253和增量式光电编码器实现了电动机瞬时转速的快捷、准确测量，介绍了软件和硬件的设计方法，并通过实验数据对系统的性能和误差做了分析和评估。

根据测量电机的转速，为安装变频系统提供有力的数据支持，达到节约电能的目的。

[关键词]电动机转速测量光电编码器单片机中图分类号：tm32 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）23-0055-01企业生产中使用的电机较多，无论是设备使用还是单独的电机工作，电机的使用功率和频率都很大，如何有效的使用电机，即完成生产又要节约用电，这就需要加装变频装置。

安装变频装置的前提就是掌握电机的使用情况，主要的指标就是电机的转速。

在电动机的闭环调速系统中，电动机转速的及时、准确测量对系统的稳态误差及动态响应性能都是至关重要的。

传统的检测仪器，由于受非线性、元件老化等因素的影响很难满足要求。

因此，从实际需要出发，设计以c8051单片机为核心的高精度、宽量程的测速装置。

该装置利用增量式光电编码器作为测速传感器，采用m/t测速法实现了转速的适时准确测量，具有精度高、量程宽、抗干扰能力强等特点，使系统在整个范围内都能满足相应的精度及动态要求。

系统还带有标准的rs232接口，可方便地和pc机构成dcs系统。

1、转速测量原理为了在较宽的范围内获得较高的精度，这里采用m/t法进行速度的测量。

m/t法的基本原理是：速度检测时间ts由两部分组成，ts=t0+δt，其中t0为设定的固定不变的时间。

δt为从t0时间结束到此后出现的第一个测速脉冲为止的时间。

设在t0时间内取得的测速脉冲数为m1，在ts=t0+δt时间内取得的时基脉冲计数取为m2，则转速n=60θ2πts。

其中角位移θ=2πm1p，p为增量式光电编码器转动1周输出的测速脉冲数。

ts=m2/fc。

fc为时基频率，则：n=60fcm1pm2。

从测量精度上看，这种方法在整个转速范围内都有较好的分辨率。

摘要在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。

模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。

数字式通常采用光电编码器，霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。

随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。

本文便是运用AT89C51单片机控制的智能化转速测量仪。

电机在运行过程中，需要对其进行监控，转速是一个必不可少的一个参数。

本系统就是对电机转速进行测量，并可以和PC机进行通信，显示电机的转速，并观察电机运行的基本状况。

本设计主要用AT89C51作为控制核心，由霍尔传感器、LED数码显像管、HIN232CPE电平转换、及RS232构成。

详细介绍了单片机的测量转速系统及PC机与单片机之间的串行通讯。

充分发挥了单片机的性能。

本文重点是测量速度并显示在5位LED数码管上。

其优点硬件是电路简单，软件功能完善，测量速度快、精度高、控制系统可靠，性价比较高等特点。

关键字：MSC-51（单片机）；转速；传感器目录摘要 (1)Abstract .................................... 错误!未定义书签。

1 序言 (1)2 系统功能分析 (2)2.1 系统功能概述 (2)2.2 系统要求及主要内容 (3)3 系统总体设计 (4)3.1 硬件电路设计思路 (4)3.2 软件设计思路 (4)4 硬件电路设计 (6)4.1 单片机模块 (6)4.1.1 处理执行元件 (6)4.1.2 时钟电路 (10)4.1.3 复位电路 (11)4.1.4 显示电路 (12)4.2 霍尔传感器简介 (15)4.2.1 霍尔器件概述 (15)4.2.2 霍尔传感器的应用 (16)4.2.3 AH41霍尔开关 (17)4.3 发送模块 (18)5 软件设计 (22)5.1 单片机转速程序设计思路及过程 (22)5.1.1 单片机程序设计思路 (22)5.1.2 单片机转速计算程序 (23)5.1.3 二-十进制转换程序 (24)5.2 程序设计 (27)6 系统调试 (29)6.1 硬件调试 (29)6.2 软件调试 (30)6.3 综合调试 (32)6.4 故障分析与解决方案 (33)6.5 结论与经验 (34)参考文献 (36)致谢 (37)附录 (38)附录1 电路原理图 (38)附录2 元器件清单 (39)1 序言智能化转速测量可以对电机的转速进行测量，电机在运行的过程中，需要对其平稳性进行监测，适时对转速的测量有效地可以反映电机的状况。

毕业设计论文(霍尔传感器电机转速测量系统的设计)毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

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作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

基于单片机的电机转速测量系统的设计摘要: 为了研制简单可靠的直流电机测速装置，提出了基于单片机和集成芯片设计电机转速测量系统的方案。

介绍了霍尔传感器测速的工作原理，设计了系统的硬件电路和软件。

该系统以AT89S51 单片机为核心，主要包括电源模块、按键模块、转速测量电路模块和显示模块等，通过将脉冲信号送入单片机系统进行计数运算，并将转速测量结果显示在LED上。

运行试验表明，系统结构简单，工作稳定可靠，满足电机的测速要求。

关键词: 霍尔传感器; 电机; 测速系统; 单片机引言近年来，随着电力电子技术、计算机技术和微控制技术的发展，直流电机因其具有良好的启动、制动和调速性能，已广泛运用于机械制造、电力、冶金等领域。

由于伺服驱动系统不断朝着数字化智能化方向发展，因此转速的控制成为在工业测控系统实现的关键环节。

而如何测量电机的转速以实现对转速的高精度控制。

成为电机应用的一个突出问题之一［1］。

目前常用的转速测量方法有测速发电机测速法和光电码盘测速法等。

他们各有优点和缺点，直流测速发电机是应用范围较广的测速元件，它的主要优点是灵敏度、高线性误差小，但由于它具有电刷和换向接触装置，因而可靠性较差，应用范围有限;普通光电编码器虽然精度较高，但体积大，成本高。

霍尔元件具有尺寸小、外围电路简单、使用寿命长、调试方便等特点用它可以做成种传感器，广泛应用于位移测量、转速测量以及计数等方面［4］。

1 霍尔元件测速原理霍尔元件作为一种转速测量系统的传感器，它有体积小、重量轻、安装方便等优点，该传感器是利用霍效应原理工作的: 一个金属或半导体薄片置于磁场中，当薄片通以电流I 时，在薄片的两侧面上就会产生一个微量的霍尔电压UH，如果改变磁场的强度，霍尔电压的大小亦随之改变［5 － 6］。

当磁场消失时，霍尔电压变为零。

霍尔效应式转速传感器输出的信号是矩形脉冲信号，很适合于数字控制系统。

用公式表示为UH = KH·I·B ( 1)式中: KH为霍尔器件的灵敏度系数; I 为控制电流; B 为磁感应强度。

霍尔传感器的电机转速测量系统国外研究现状一、引言霍尔传感器是一种常用于测量电机转速的传感器。

它通过检测磁场的变化来确定电机转子的位置和速度。

在国外，已经有许多研究对霍尔传感器的电机转速测量系统进行了深入探索和开发。

本文将对国外研究现状进行综述。

二、霍尔传感器原理霍尔传感器是基于霍尔效应工作的，通过在一个导体中施加电场，当磁场垂直于电流方向时，会产生一个横向的电势差。

这个效应可以用来检测磁场的变化。

在电机转速测量系统中，霍尔传感器通常安装在电机转子上，通过检测旋转过程中磁场变化来确定转子位置和速度。

三、国外研究现状1. 传统型霍尔传感器一些早期的研究主要集中在传统型霍尔传感器上。

这种类型的传感器通常使用单个或多个霍尔元件来检测磁场变化，并通过信号处理电路将其转换为数字或模拟信号。

这些方法可以实现较高精度和稳定性的转速测量，但对于高速转动的电机可能存在一定的限制。

2. 高速霍尔传感器为了解决传统型霍尔传感器在高速转动电机上的局限性，一些研究开始关注高速霍尔传感器的开发。

这种类型的传感器通常采用更先进的技术和材料，以提高其响应速度和测量精度。

一些研究使用了纳米材料来制造高灵敏度和高响应速度的霍尔元件。

这些方法在高速转动电机上取得了较好的效果。

3. 多通道霍尔传感器为了提高转速测量系统的精确度和稳定性，一些研究开始将多个霍尔元件组成多通道霍尔传感器。

这种类型的传感器可以同时检测多个位置，并通过信号处理算法来确定转子位置和速度。

这种方法可以减少误差并提高系统稳定性。

4. 基于微控制器的霍尔传感器系统随着微控制器技术的发展，一些研究开始将霍尔传感器与微控制器相结合，构建基于微控制器的电机转速测量系统。

这种系统可以实现实时数据处理和显示，同时具有较高的精确度和稳定性。

一些研究还将无线通信技术应用于该系统，实现了远程监测和控制。

五、总结通过对国外研究现状的综述，我们可以看到在霍尔传感器的电机转速测量系统领域已经取得了许多进展。

霍尔传感器电机转速测量系统设计09电子1班刘荣 090406130 摘要：本文介绍了霍尔传感器测速的原理，设计了基于单片机AT89C51的直流电机转速测量系统。

完成了电机转速测量系统的硬件电路设计、霍尔传感器测量电路的设计、显示电路的设计。

测量转速的霍尔传感器和机轴同轴连接，机轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路部分输出幅度为12V的脉冲。

经光电隔离器后成为输出幅度为5V转数计数器的计数脉冲。

控制定时器计数时间，即可实现对电机转速的测量。

在显示电路设计中，通过1602实现在LCD上直观地显示电机的转速值。

并对电机转速测量系统的硬件电路、显示电路进行了调试。

与软件配合，采用模块化方法进行了软件设计，编制了电机转速的测量设计了测量模块、转速模块、报警模块、显示模块等的C51程序，并通过PROTEUSE软件进行了仿真，实现了显示、报警功能。

仿真实验表明所设计的硬件电路及软件程序是正确的，满足设计要求。

关键词：电机转速测量；霍尔传感器；单片机；89C51；LCD液晶显示Abstract：The principles of motor speed measurements with hall sensor was described in this article and DC motor speed measurement system which is based on AT89C51 was designed, and the corresponding hardware circuit designs was also completed accordingly. The hall sensor is connected with crankshaft by coaxial junction. Every revolution of the crankshaft will generate a certain amount of pulses whose amplitude is 12v. The opto-coupler turns these certain amount of pulses into 5-amplitude count impulse. The motor speed can be measured by controlling the time. In the design of display circuit, the number of motor speed is displayed in LCD directly through 1602. The motor speed measurement system and the hardware circuits, display circuit function are debugged to cooperate with the software to display and alarm users. Combination of hardware circuit design, softwares were designed by a modular approach using C51 program, such as the motor speed measurement module, alarm module, display module etc., All these programs were simulated through PROTEUSE.The simulation results have proved that the hardware circuits design and software program is correct, and the system can meet the designing requirement completely.Key WordS: Motor Speed Measurement; Hall Sensor; Microcomputer; 89C51；LCD正文根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。

电机转速测量系统设计引言：在工业生产中，电机的转速是一个非常重要的参数，对于电机的控制和监测具有极大的意义。

因此，设计一个准确测量电机转速的系统是至关重要的。

本文将详细介绍一个电机转速测量系统的设计，包括硬件设计和软件设计。

1.系统硬件设计：（1）传感器选择：电机转速的测量可以采用多种不同的传感器，如光电编码器、霍尔效应传感器等。

根据转速范围和实际需求，选择合适的传感器。

例如，对于高速电机，光电编码器是一个较好的选择，而对于低速电机，霍尔效应传感器更为合适。

（2）电路设计：根据所选传感器的特性，设计合适的电路来接收和处理传感器输出的信号。

电路应包括信号放大器、滤波器和适当的保护电路，以确保对传感器输出信号的准确测量和可靠性。

（3）ADC选择：传感器输出的信号是模拟信号，需要将其转换为数字信号以进行处理和分析。

选择合适的ADC（模数转换器）来实现信号转换。

ADC的选择应考虑到转换精度、速度和功耗等因素。

2.系统软件设计：（1）信号处理：通过ADC获取的数字信号可以通过软件进行进一步处理。

根据具体需求，可以采用滤波、放大、平均等方法来提高测量精度和减小噪声干扰。

（2）算法设计：根据测量需求和应用场景，设计合适的算法来计算电机的转速。

常用的算法包括脉冲计数法、相位差法和频率计算法等。

选择合适的算法需要考虑测量精度、实时性和系统复杂度等因素。

（3）界面设计：为了方便用户对电机转速进行监测和控制，可以设计一个用户界面来显示测量结果和提供控制功能。

界面可以采用图形界面或者命令行界面，具体设计需要根据用户需求和系统复杂度进行选择。

3.系统测试和优化：完成硬件和软件设计后，需要对系统进行测试和优化。

测试过程中应验证系统的测量精度、稳定性和响应时间等指标。

如果存在问题，需要对系统进行优化和调整，直到满足设计要求为止。

总结：电机转速测量系统是一个重要的控制和监测系统，其准确性和可靠性直接影响到电机的运行和维护。

本文给出了一个电机转速测量系统的设计流程，包括硬件设计和软件设计。

基于单片机的电机转速测量系统设计一、绪论电机是现代工业生产中常用的电力传动装置，其转速的准确测量对于工业生产的稳定运行和质量控制具有重要意义。

本文设计了一种基于单片机的电机转速测量系统，通过对电机转速的实时监测和数据采集，实现对电机运行状态的有效控制和管理。

二、系统设计方案1.硬件设计：a.使用单片机作为控制核心，选择适合的单片机芯片，如STC89C52b.采用光电传感器作为转速检测元件，通过将光电传感器的发光管与光敏电阻相对应，并将其安装在电机转轴上，当转轴旋转时，光敏电阻会根据光线的变化产生电信号，通过电压变化实现转速测量。

c.添加滤波电路，通过对信号进行滤波处理，保证测量结果的稳定性和准确性。

d.利用LCD液晶显示模块，显示电机的实时转速。

e.设计相关电源和电路，保证系统正常运行。

2.软件设计：a.使用C语言编程，通过单片机的编程框架，编写测量转速的程序。

b.通过定时器中断的方式，实时采集光电传感器的信号，并进行信号处理，得到电机的实时转速值。

c.将转速值存储在内部存储器中，以备后续分析和处理。

d.利用LCD液晶显示模块，将转速值显示在LCD屏幕上，实现实时监测。

三、系统特点1.精确度高：通过光电传感器和滤波电路的配合使用，能够准确测量电机的转速，保证测量结果的准确性。

2.实时监测：通过单片机的编程，能够实时监测电机的转速，及时发现异常情况并进行处理。

3.数据采集:可以将转速数据存储在内部存储器中，方便后续分析和处理，实现对电机的有效控制和管理。

4.易于操作：通过LCD液晶显示模块，能够直观地显示转速值，操作简单方便。

5.低成本：该系统采用单片机作为核心，硬件设备简单，成本较低。

四、系统优化1.添加报警功能：当电机转速超过设定值或低于设定值时，系统能够及时发出警报提示操作人员，防止电机在异常情况下继续运行，保护设备安全。

2.添加通信功能：通过添加通信模块，将转速数据传输至上位机或者其他设备，实现对电机的远程监控和控制。

摘要在当今工业生产过程中，越来越多的场合需要测量电机的转速，转速已成为电机最重要的工作参数之一。

测量转速的方法有许多，最常用的两种方法为：光电式传感器测转速，霍尔式传感器测转速。

本文将着重介绍基于单片机的霍尔式传感器测量转速。

关键词：霍尔传感器，单片机，转速。

目录1引言 (2)2设计要求 (2)3方案论证 (2)3.1测量方法的选型 (3)3.2核心处理模块的方案 (3)3.2.1控制芯片的选型 (3)3.2.2采用51单片机测量的方案论证 (4)3.2.3软件系统设计方案 (4)3.3电机转速测量模块的方案 (5)3.4电机转速控制方案 (5)3.5显示模块方案 (6)4系统设计 (6)4.1单片机模块 (6)4.1.1 51单片机介绍 (6)4.1.2系统的复位电路 (8)4.1.3系统时钟电路设计 (8)4.1.4 IO口管脚分配 (9)4.2电机转速控制 (9)4.3显示模块 (10)4.3.1 LCD1602介绍和指令 (10)4.3.2LCD1602的工作时序 (13)4.4霍尔传感器模块 (13)5.软件系统设计 (14)5.2程序模块 (15)5.2.1数据采集处理部分和PWM输出部分 (15)5.2.2 LCD1602显示部分 (16)参考文献 (17)原理图 (18)1.引言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。

本系统以AT89C51单片机为控制核心，用霍尔传感器作为测量小型直流电机转速的检测元件，经过单片机实时数据处理，用LCD1602显示小型直流电机的转速。

本系统可对转速0—3000r/min进行高精度测量。

且还可扩展更宽的测量范围。

2.设计要求基于霍尔传感器的电机转速测量系统设计，测量范围：0-3000转/分，测量精度：±3转/分，实时显示。

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。

毕业设计(论文)题目：电机转速测量系统设计院（系）光电工程学院专业测控技术与仪器班级100106班姓名叶亚锋学号100106117导师李党娟2014 年 5 月20 日电机转速测量系统设计西安工业大学光电工程学院叶亚锋摘要：电机是电力系统的主要设备，而电机转速是衡量动力系统正常工作的重要的性能指标，因而需要测量电机转速，使它满足人们的各种需求。

在本设计中多次采用施密特触发器，成为电路的主控芯片，控制着信号的定时和锁純。

用三片CD40110BE级联实现电路的计数、译码、数码管的驱动等功能，通过对光电耦合器产生的脉冲数进行统计，并把所得到的计数脉冲转化为电机的转速值，利用施密特触发器完成数器的清零和锁純，计数器计数译码后将信号输送到数码管，动态的显示脉冲数目，最后根据脉冲数目计算电机的转速。

本设计采用的电子元器件简单普遍，线路连接简单，安装调试容易，测量结果精确，具有较高的实用价值。

关键词：光电耦合器；施密特触发器；计数器；数码显示。

Design of motor speed measurement system Abstract: The motor is the main equipment of power system, and the motor speed is an important performance ind ex to measure the power system normal operation, therefore need to speed measuring motor, make it meet the needs of peopl e. The Schmidt trigger multipl e times in the d esign of main circuit, a control signal timing and l ock the key part of pure. Circuit realization of counting, d ecoding, digital tube driver functions with three slice CD40110BE cascad e, statistics through the pulse number on the photoelectric coupl er, and count the pulses to the motor speed value, compl ete number is cl ear and pure use l ock Schmidt flip-fl op, counter after d ecoding the signal transmitted to the the digital tube dynamic display, pulse number, pulse number according to the cal culated motor speed. El ectronic components used in this d esign simpl e and common, simpl e circuit, easy installation, accurate measurement result, and has higher practical value.Keywords:photoelectric coupler；Schmidt trigger；timer；counter；digital display.目录第一章绪论 (4)1.1课题研究的目的和意义 (4)1.2 转速测量在国内外的研究 (4)1.3电机转速的测量方法 (5)1.3.1测频法“M法” (5)1.3.2测周期法“T法” (6)1.3.3 测频测周法“M/T法” (7)第二章转速测量系统的总体方案 (9)2.1 设计任务 (9)2.2设计思路 (9)2.3原理框图 (9)2.4设计的意义 (9)第三章系统硬件电路的设计 (10)3.1 主控芯片的选择 (10)3.2 硬件电路的实现 (10)3.2.1电源电路 (10)3.2.2电机转速脉冲产生电路 (11)3.2.3计数电路 (14)3.2.4控制电路 (16)3.2.5显示电路设计 (19)第四章电路的焊接与调试 (21)4.1电路连接过程的注意事项 (21)4.2电路的调试 (22)4.3转速测量系统的误差分析 (24)第五章总结与展望 (25)5.1 总结 (25)5.2 展望 (25)致谢 (26)参考文献 (27)附录：电机转速测量系统原理图 (28)第一章绪论1.1课题研究的目的和意义电机是将电能从最初的能源形式转换过来的重要桥梁，又是再将大部分电能转换为机械能的装置，电机在电力工业、工矿企业、农业、交通运输业、国防、科学文化及日常生活等方面都是十分重要的设备，在电力工业中，将机械能转换为电能的发电机以及将电网电压升高或降低的变压器，都是电力系统中的关键设备。