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电机转速测量

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淮阴工学院 测试技术与传感器课程设计说明书 淮阴工学院

课 程 设 计 课程名称： 测试技术与传感器课程设计 题目： 电机转速测量

学 院： 机械工程学院 专业班次： 机械电子2012级 姓 名： 嵇业隆 指导教师： 路连、高荣 学 期： 2014~2015学年 第二学期 日 期： 2015.6.26 淮阴工学院 测试技术与传感器课程设计说明书 设计思路 1设计任务：电机转速测量 2设计总方案： 2.1选定电动机：直流电机200W, 电压：24V, 调速范围±30% 2.2选定传感器：霍尔传感器 2.3选定调速器：PWM波调速 2.4设计单元模块 3电路图和相关单片机程序代码 淮阴工学院 测试技术与传感器课程设计说明书 目录 1前言 ........................................................ 1 2传感器 ...................................................... 2 2.1霍尔传感器结构 ........................................... 2 2.2霍尔传感器基本原理 ....................................... 2 3转速控制基本原理 ............................................ 3 4总体设计思路 ................................................ 4 4.1设计方案 ................................................. 4 4.2单元模块设计 ............................................. 5 5电路的设计方案 .............................................. 8 5.1电源电路 ................................................. 8 5.2 H桥驱动电路 ............................................. 8 5.3基于霍尔传感器的测速模块 ................................. 9 5.4 LED显示模块 ............................................. 9 5.5按键电路设计 ............................................ 10 5.6调速电路设计 ............................................ 11 6结论 ....................................................... 14 7总结与体会 ................................................. 15 8参考文献 ................................................... 16 9 附录1（完整电路图） ....................................... 17 10附录2（完整单片机代码）................................... 17 淮阴工学院 测试技术与传感器课程设计说明书 1 前言 测试技术是测量和试验技术的统称。试验是机械工程基础研究、产品设计和研发的重要环节。在现代机电设备的研发和创新设计、老产品改造以及机电产品全寿命的各个过程的试验中，实验研究环节是不可缺少的环节。 现代生产的发展和工程科学研究対测试及其相关技术的需求极大的推动了测试技术的发展，而现代物理学、信息技术、计算机科学、电子与微机械电子科学与技术的迅速发展尤为测试技术的发展提供了知识和技术支持，从而促使测试技术在近20年来得到极大的发展和广泛应用。 淮阴工学院 测试技术与传感器课程设计说明书

2 2 传感器 2.1 霍尔传感器结构 霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，在垂直于平面方向上施加外磁场B，在沿平面方向两端加外电场，则使电子在磁场中运动，结果在器件的2个侧面之间产生霍尔电势。其大小和外磁场及电流大小成比例。。在这里选用美国史普拉格公司(SPRAGUE)生产的3000系列霍尔开关传感器3013，它是一种硅单片集成电路，器件的内部含有稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、史密特触发器和集电极开路输出电路。 2.2霍尔传感器基本原理 转速的测量方法很多，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MPT法（频率周期法），该系统采用了M法（测频法）。由于转速是以单位时间内转数来衡量，在变换过程中多数是有规律的重复运动。根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下方安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比。脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系：

式中：n为电机转速；P为电机转一圈的脉冲数；T为输出方波信号周期。根据式（1）即可计算出直流电机的转速。 淮阴工学院 测试技术与传感器课程设计说明书

3 3 转速控制基本原理 直流电机的转速与施加于电机两端的电压大小有关，可以采用C8051F060片内的D/A转换器DAC0的输出控制直流电机的电压从而控制电机的转速。在这里采用简单的比例调节器算法（简单的加一、减一法）。比例调节器的输出系统式为：

式中：Y为调节器的输出；e（t）为调节器的输人，一般为偏差值；Kp为比例系数。 从式（2）可以看出，调节器的输出Y与输入偏差值e（t）成正比。因此，只要偏差e（t）一出现就产生与之成比例的调节作用，具有调节及时的特点，这是一种最基本的调节规律。比例调节作用的大小除了与偏差e（t）有关外，主要取决于比例系数Kp，比例调节系数愈大，调节作用越强，动态特性也越大。反之，比例系数越小，调节作用越弱。对于大多数的惯性环节，Kp太大时将会引起自激振荡。比例调节的主要缺点是存在静差，对于扰动的惯性环节，Kp太大时将会引起自激振荡。对于扰动较大，惯性也比较大的系统，若采用单纯的比例调节器就难于兼顾动态和静态特性，需采用调节规律比较复杂的PI（比例积分调节器）或PID（比例、积分、微分调节器）算法。 淮阴工学院 测试技术与传感器课程设计说明书

4 单片机（速度的测量计算、输入 设定及系统控制）

单片机（PID运算控制器、 PWM模拟发生器）

电机

速度采集电路 电机驱动电路 键 盘 显示器

4 总体设计思路 4.1设计方案

4.1.1PWM波调速 采用由达林顿管组成的H型PWM电路（图1—1）。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术。我们采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围。

图1-1 PWM波调速电路 其结构图如图1—2所示：

图1-2 电机PID调速系统总体设计框图 淮阴工学院 测试技术与传感器课程设计说明书

5 4.2单元模块设计 4.2.1 H桥驱动电路设计方案 利用H桥电路来实现调速。H桥驱动电路： 图4.12中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（注意：图4.12及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。 如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。

图4.12 H桥驱动电路 要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图4.13所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。 淮阴工学院 测试技术与传感器课程设计说明书

6 图4.13 H桥电路驱动电机顺时针转动 图4.14所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。

图4.14 H桥驱动电机逆时针转动 4.2.2 调速设计方案 调速采用PWM（Pulse Width Modulation）脉宽调制，工作原理：通过产生矩形波，改变占空比，以达到调整脉宽的目的。PWM的定义:脉宽调制(PWM)是利用微处理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，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。模拟信号与数字信号的

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实验13--直流电机测速实验

实验13--直流电机测速实验

实验13直流电机测速实验一.实验目的了解直流电机工作原理；了解光电开关的原理；掌握使用光电开关测量直流电机转速。

二.实验设备Star PCI9052. DMA S 32 BIT RAM 板卡一套、Star ES-PCI 模块一块、STAR ES598PCI 实验仪一套、PC机一台三.实验内容I、转速测量原理:图1强反射图2弱反射图3转盘本转速测量实验采用反射式光电开关，通过计数转盘通断光电开关产生的脉冲，计算出转速(1)反射式光开关工作原理：光电开关发射光，射到测量物体上，如果强反射，如图1,光电开关接收到反射回来的光，则产生髙电平1;弱反射，如图2,光电开关接收不到反射回来的光，则产生弱电平0。

(2)实验方法：本实验转速测量用的转盘在下表而做成如图3样子的转盘，白部分为强反射区，黑部分为弱反射区，转盘每转一圈，产生4个脉冲，每1/4秒计数出脉冲数，即得到每秒的转速。

(演示程序中，LED显示的是每秒钟转速)2、实验过程(1)由DAC0832给电机供电，使用光电开关，测量电机转速，再经调整，最终将转速显示在LED上。

(2)通过按键调节电机转速，随之变化的转速动态显示LED ±四.实验原理图五、实验步骤1.主机连线说明：2、由DAC0832经功放电路驱动直流电机，计数光电开关通关次数并经过换算得出直流电机的转速，并将转速显示在LED上。

3、G5区的0、1号按键控制直流电机转速快慢，（最大转速^96r/s, 5V,误差±lr/s）六，演示程序（完整程序见目录SPEED）;键盘、LED显示子程序请参阅综合实验一・ MODEL TINYEXTRN CMD_8279:W0RD, DATA_8279:W0RDEXTRN Display8:NEAR, SCAN.KEY:NEAR, GetKeyA:NEARPCIBAR1 EQU 14H ；PCI9052 I/O基地址（用于访问局部配置寄存器）PCIBAR3 EQU 1CH ;8位I/O空间基地址（它就是实验仪的基地址，;也为DMA & 32 BIT RAM板卡上的8237提供基地址）PCIIPR EQU 3CH ;IRQ 号INTCSR EQU 4CH ;PCI9052 INTCSR 地址mask_int_9052 EQU 24HVendor_ID EQU 10EBH ；厂商ID号Device_ID EQU 8376 ;设备ID号VoltageOffset EQU・ STACK.DATA 5200;0832调整幅度108259^0 DW OOFOH 108259」DW 00F1H RD_I08259 DW 0000H Con_8253 DW 00E3H T0_8253 DW OOEOH Tl_8253 DW 00E1H DA0832 DW OODOH IO^BitS^BaseAddress DW 9•PCI 10 BaseAddressO DW 9•PCI_IRQ_NUMBER DB 9•INT.MASK DB 9•INT.Vector DB 9•INT.CS DW ? ;保护原中断入口地址INT.IP DW 9•msgO DB 'BIOS不支持访问PCI S'msgl DB '找不到Star PCI9052板卡$'msg2 DB '读PCI9052 I/O基地址时出错$'msg3 DB '读8位I/O空间基地址时出错：rmsg4 DB '读IRQ号出错$'buffer DB 8 DUP (0) 显示缓冲区，8个字节bufferl DB 8 DUP (0) 显示缓冲区，8个字节VOLTAGE DB 0 转换电压数字量Count DW 0 一秒转动次数NowCount DW 0 当前计数值kpTime DW 0 保存上一次采样时泄时器的值bNeedDisplay DB 0 需要刷新显示.CODESTART: MOV AX, ©DATAMOV DS,AXMOV ES,AXNOPCALL InitPCICALL ModifyAddress 根据PCI提供的基地址，将俶移地址转化为实地址CALL ModifyVector 修改中断向量、允许中断MOV bNeedDisplay, 1 显不初始值MOV VOLTAGE, 99H 初始化转换电压输入值，99H-3. 0VMOV Count,0 一秒转动次数MOV NowCount, 0 当前计数值MOV kpTime, 0 保存上一次采样时左时器的值CALL DAC0832 初始D/ACALL Init8253CALL Init8259STIMAIN: CALL IfExitCALL GetKeyA 按键扫描JNB MainlJNZ KeylKeyO: MOV AL, VoltageOffset0号键按下，转速提高ADD AL,VOLTAGECMP AL,VOLTAGEJNB KeyO.lMOV AL,OFFH 最大KeyO^l: MOV VOLTAGE, AL D/ACALL DAC0832J Keyl: MKeyl_l: S J X MMainl: C J CMain2: J M C;转速测量/ RateTest: J MRateTestl:MDCJMM MOV MOV AND MOV MOV AND RORMOVMOVMOVMOVMOV 為為MOVREPLEACALTimerOInt:Mam2AL,VOLTCount, AXNowCount, 0;1号键按下，转速降低;最小;D/A；ls左时到刷新转速；计算转速/显示；循环进行实验内容介绍与测速功能测试；高位为0,不需要显示;给0832送的数据;不显示;显示转换结果；转一圈，产生四个脉冲,Count = NowCount/4 RETRET IntProc ： PUSH AX PUSH DXCALL Clearlnt MOV DX, RD.I08259 IXAL,DX INAL, DX CMP AL,OSH JNZ IntProcl CALL TimerOInt JMP IntProc2 IntProcl: CMP AL,OFH JNZ IntProc2CALL Countlnt IntProc2: MOV DX, 108259.0 MOV AL, 20H OUT DX, AL POP DX POP AXI RETCountlnt ： MOV DX, Con_8253 MOV AL,40H OUT DX, AL MOV DX, T1.8253IN AL, DX MOV AH, AL IX AL, DX XCHG AL, AH XCHG AX, kpTime SUB AX, kpTime CMP AX, 100 JB CountInti INC NowCount Countlnt1: RETInit8253 ;判断由哪个中断源引起的中断；锁存;T1的当前值 ；前后二次采样时间差小于100.判断是干扰 ROO\O\UT O\ p M M o M OV UT OV UT OV OV UTM o M o M M ONEARDX, Con_8253 AL,34H DX, AL DX, T0_8253AL, 12H DX, AL AL, 7AH DX, AL DX, Con_8253 AL, 74HDX, AL;计数器T0设置在模式2状态,HEX 计数 ;CLKO 二31250Hz, Is 定时;计数器T1设置在模式2状态,HEX 计数 一完整版学习资料分享一一MOV DX, 108259.0 MOV AL, 13H OUT DX, AL MOV DX, 108259.1 MOV AL, OSH OUTDX, ALMOV AL, 09HDX, AL AL,TEHOUT DX, AL RETInit8259ENDP;数模转换，A-转换数字量 DAC0832PROC NEAR MOV DX, DA0832MOVAL, VOLTAGEOUTDX, ALRETDAC0832 ENDP;IfExit% InitPCIx ModifyAddresSx ModifyVector> Clearlnt% Exit 子程序请参阅 8259 实验END START七.实验扩展及思考题实验内容：在日光灯或白炽灯下.将转速调右到25、50、75.观察转盘有什么现象出来Init8253Init8259MOV DX,T1_8253 MOV AL, OFFHUTOV UTo M oETENDPDX, AL AL,OFFH DX, ALPROC NEAR;作左时器使用。

电机转速的T法测量

电机转速的T法测量

电子技术综合训练设计报告题目：电机转速的T法测量姓名：学号：班级：同组成员：指导教师：日期：2013年摘要本设计为电机转速的T法测量，在设计中，用555构成的多谐振荡器产生时基脉冲，用74LS160构成十进制模100计数器对光电码盘送入的脉冲进行加计数，利用D触发器和与门作为计数电路的控制，用两个单稳态触发器控制锁存和清零，利用HEF4511BP驱动数码显示器，动态显示时基脉冲数，最后根据脉冲数计算电机转速。

关键词：555，计数，显示AbstractThe design for the motor speed measurement method of T, in the design, multivibrator composed by 555 generation time-base pulse, pulse decimal mode 100 counter on the photoelectric encoder to count 74LS160, use D flip-flop and gate control as the counting circuit, two monostable trigger control latch and clear using the HEF4511BP driver, digital display, a time-base pulse number of dynamicdisplay, according to the calculation of the motor speed pulse.Keywords: 555, counting, display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T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。

电风扇电机测量方法

电风扇电机测量方法

电风扇电机测量方法
电风扇电机测量方法如下：
1.使用万用表测量电机的电阻。

将万用表设置为电阻档位，然后将红色测试夹子连接到电机的一个接线头上，将黑色测试夹子连接到另一个接线头上。

根据电机的型号和规格，确定其电阻值的正常范围。

2.使用万用表测量电机的电压。

将万用表设置为交流电压测量模式，并将红色测试夹子连接到电机的一个接线头上，将黑色测试夹子连接到另一个接线头上。

然后开启电风扇开关，测量电机的电压值。

通常，电机的额定电压应该接近于电源电压。

3.使用万用表测量电机的电流。

将万用表设置为直流电流测量模式，并将红色测试夹子连接到电机的一个接线头上，将黑色测试夹子连接到另一个接线头上。

然后开启电风扇开关，测量电机的电流值。

电机的额定电流应该接近于其额定功率除以额定电压所得的值，即P/V。

4.使用电机转速计测量电机的转速。

将电机转速计连接到电机的转子轴上，然后使用电风扇开关，读取电机的转速。

根据电机的型号和规格，确定其额定转速的正常范围。

以上是测量电风扇电机的常用方法，如果需要更加精确的测量，可以使用专业的
电机测试设备。

转速测量

转速测量

电机转速测试原理及方法1.转速测量原理数字测速法按照其原理可分为三大类：一类是用单位时间内测得的物体旋转角度来计算速度，例如在单位时间内，累计转速传感器发出的个脉冲，即为该单位时间内的速度。

这种以测量频率来实现测速的方法，称为测频法，即M 法；另一类是在给定的角位移距离内，通过测量转过这一角位移的时间来实现测速，称为测周法，即T 法。

例如转过给定的角位移△θ，传感器便发出一个电脉冲周期，以晶振产生的标准脉冲来度量这一周期时间，经换算便可得转速。

以上两种方法的优缺点是M 法一般用于高速测量，转速过低时，测量误差较大，同时检测装置对转速的分辨能力也较差；而T 法则一般用于低速测量，速度越低，测量精度越高，在高速时误差较大。

结合以上二种方法的优点，可得到第三种测速方法——M/T 测速法。

“M/T 法”综合了“M 法”和“T 法”的优点。

如图所示：在上图中列出了3种常用的基于光电编码器测速法原理图，假定时钟频率为s f ,光电编码器在前轮每转一周产生脉冲数为P 。

1M 和2M 从分别是对在相同时间内编码器脉冲和时钟脉冲进行计数的计数值。

5647666666666555555d fddd2.下面介绍几种编码器测速方法（1）“M 法”测速通过测量一段固定时间间隔内的编码器脉冲数来计算转速。

如图所示；设在固定时间T 内测得的编码器脉冲数为1M ，则用1M 除以T(即T M 1)得到单位时间内编码器产生的脉冲数，用它再除以P ，则得到的1M /(T ×P)表示单位时间内前轮转动的周数，最后再乘以60(s)就得到前轮每分钟转动的周数，从而实现计算转速的目的。

用公式表示为PT M 160n =根据以上分析，可知这种测速方法的准确性主要由1M 决定，并且在转速较高时也1M 较大，其相对误差较小，故适合于高速场合测试。

(2)“T 法”测速通过测量编码器两个相邻脉冲的时间间隔来计算转速，则用2M 除以f 得到1个编码脉冲所占用的时间，其倒数(即:2f M )为单位时间内编码器产生的脉冲数，与“M 法”测速类似，即得转速计算公式2f 60n PM =这种测速方法的准确性主要由2M 决定，并且在转速较低时，1个编码器脉冲持续时间较长，2M 从也相对较大，其相对误差较小，故适合于低速场合。