单片机测量电机转速.docx
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单片机测量电机转速
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1CS3020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。
如果在圆周上粘上多粒磁钢,可以实现旋转一周,获得多个脉冲输出。
在粘磁钢时要注意,霍尔传感器对磁场方向敏感,粘之前可以先手动接近一下传感器,如果没有信号输出,可以换一个方向再试。
这种传感器不怕灰尘、油污,在工业现场应用广泛。
3.2.光电传感器
光电传感器是应用非常广泛的一种器件,有各种各样的形式,如透射式、反射式等,基本的原理就是当发射管光照射到接收管时,接收管导通,反之关断。
以透射式为例,如图2所示,当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时,开关管关断,否则打开。
为此,可以制作一个遮光叶片如图3所示,安装在转轴上,当扇叶经过时,产生脉冲信号。
当叶片数较多时,旋转一周可以获得多个脉冲信号。
图2光电传感器的原理图
此主题相关图片如下:
3.jpg
图3遮光叶片
3.3.光电编码器
光电编码器的工作原理与光电传感器一样,不过它已将光电传感器、电子电路、码盘等做成一个整体,只要用连轴器将光电传感器的轴与转轴相连,就能获得多种输出信号。
它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。
如图4所示,是某光电编码器的外形。
此主题相关图片如下:
4.jpg
图4成品光电编码器
这次课设我选的是光电传感器,采用穿透法测量电机转速。
光电传感器的原理上面有详细的介绍。
当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时,开关管关断,否则打开。
为此,可以制作一个遮光叶片如图3所示,安装在转轴上,当扇叶经过时,产生脉冲信号。
当叶片数较多时,旋转一周可以获得多个脉冲信号。
这里我们才用转10个孔的方式!
在一分钟的时间内,假如产生了10000脉冲,则电机的转速就为1000r/min.
4、硬件连接
测速的方法决定了测速信号的硬件连接,测速实际上就是测频,因此,频率测量的一些原则同样适用于测速。
通常,可以用计数法、测脉宽法和等精度法来进行测试。
所谓计数法,就是给定一个闸门时间,在闸门时间内计数输入的脉冲个数;测脉宽法是利用待测信号的脉宽来控制计数门,对一个高精度的高频计数信号进行计数。
由于闸门与被测信号不能同步,因此,这两种方法都存在±1误差的问题,第一种方法适用于信号频率高时使用,第二种方法则在信号频率低时使用。
等精度法则对高、低频信号都有很好的适应性。
这里为简化讨论,仅采用计数法来进行测试。
如上图:
因为光电传感器不好仿真,这里我们采用了555芯片构成一个施密特触发器,由光电传感器得到的脉冲由2,5脚输入,经3脚输出接到单片机的T1(P3.5).。
经89C51编程处理后由P1口输出通过数码管显示出转速!
5、实验程序及分析
测量转速,使用光电传感器,被测电机带动纸片旋转,我们在纸片上开了10小孔,电机每旋转一周就会产生10个脉冲,产生12个脉冲,要求将转速值(转/分)显示在数码管上。
实验程序如下:
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineulongunsignedlong
#defineLED_DATP1
sbitLED_SEG0=P0^3;
sbitLED_SEG1=P0^2;
sbitLED_SEG2=P0^1;
sbitLED_SEG3=P0^0;
//sbitpin_SpeedSenser=P3^5;//光电传感器信号接在T1上
#defineTIME_CYLC100//12M晶振,定时器10ms中断一次我们1秒计算一次转速//1000ms/10ms=100
#definePLUS_PER10//码盘的齿数,这里假定码盘上有10个齿,即传感器检测到10个脉冲,认为1圈
#defineK100.0//校准系数
unsignedcharcodetable[]=
{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
uchardataDisbuf[4];//显示缓冲区
uintTcounter=0;//时间计数器
bitFlag_Fresh=0;//刷新标志
bitFlag_clac=0;//计算转速标志
bitFlag_Err=0;//超量程标志
//在数码管上显示一个四位数
voidDisplayFresh();
//计算转速,并把结果放入数码管缓冲区
voidClacSpeed();
//初始化定时器T0
voidinit_timer0();
//初始化定时器T1
voidinit_timer1();
//延时函数
voidDelay(uintms);
voidit_timer0()interrupt1/*interruptaddressis0x000b*/
{
TF0=0;//d定时器T0用于数码管的动态刷新
//
TH0=0xC0;/*initvalues*/
TL0=0x00;
Flag_Fresh=1;
Tcounter++;
if(Tcounter>TIME_CYLC)
{Flag_clac=1;//周期到,该重新计算转速了
}
}
voidit_timer1()interrupt3/*interruptaddressis0x001b*/
{
TF1=0;//定时器T1用于单位时间内收到的脉冲数
//要速度不是很快,T1永远不会益处
Flag_Err=1;//如果速度很高,我们应考虑另外一种测速方法,:
脉冲宽度算转速
}
voidmain(void)
{
Disbuf[0]=0;//开机时,初始化为0000
Disbuf[1]=0;
Disbuf[2]=0;
Disbuf[3]=0;
init_timer0();
init_timer1();
while
(1)
{
if(Flag_Fresh)
{Flag_Fresh=0;
DisplayFresh();//定时刷新数码管显示
}
if(Flag_clac)
{Flag_clac=0;
ClacSpeed();//计算转速,并把结果放入数码管缓冲区
Tcounter=0;//周期定时清零
TH1=TL1=0x00;//脉冲计数清零
}
if(Flag_Err)//超量程处理
{
//数码管显示字母'EEEE'
Disbuf[0]=0x9e;//开机时,初始化为0000
Disbuf[1]=0x9e;
Disbuf[2]=0x9e;
Disbuf[3]=0x9e;
while
(1)
{DisplayFresh();//不再测速等待复位i
}
}
}
}
//在数码管上显示一个四位数
voidDisplayFresh()
{
P2|=0xF0;
LED_SEG0=0;
LED_DAT=table[Disbuf[0]];
Delay
(1);
P2|=0xF0;
LED_SEG1=0;
LED_DAT=table[Disbuf[1]];
Delay
(1);
P2|=0xF0;
LED_SEG2=0;
LED_DAT=table[Disbuf[2]];
Delay
(1);
P2|=0xF0;
LED_SEG3=0;
LED_DAT=table[Disbuf[3]];
Delay
(1);
P2|=0xF0;
}
//计算转速,并把结果放入数码管缓冲区
voidClacSpeed()
{
uintspeed;
uintPlusCounter;
PlusCounter=TH1*256+TL1;
speed=K*(PlusCounter/PLUS_PER)/60;//K是校准系数,如速度不准,调节K的大小
Disbuf[0]=(speed/1000)%10;
Disbuf[1]=(speed/100)%10;
Disbuf[2]=(speed/10)%10;
Disbuf[3]=speed%10;
}
//初始化定时器T0
voidinit_timer0()
{
TMOD&=0xf0;//定时10毫秒/*Timer0mode1withsoftwaregate*/
TMOD|=0x01;/*GATE0=0;C/T0#=0;M10=0;M00=1;*/
TH0=0xC0;/*initvalues*/
TL0=0x00;
ET0=1;/*enabletimer0interrupt*/
EA=1;/*enableinterrupts*/
TR0=1;/*timer0run*/
}
//延时函数
voidDelay(uintms)
{
uchari;
while(ms--)
for(i=0;i<100;i++);
}
//初始化定时器T1
voidinit_timer1()
{
TMOD&=0x0F;/*Counter1mode1withsoftwaregate*/
TMOD|=0x50;/*GATE0=0;C/T0#=1;M10=0;M00=1;*/
TH1=0x00;/*initvalues*/
TL1=0x00;
ET1=1;/*enabletimer1interrupt*/
EA=1;/*enableinterrupts*/
TR1=1;/*timer1run*/
}
6.软件仿真:
如上图:
光电传感器测得脉冲由555的2或5脚输入,由555的三脚输出,接入AT9C51的P3.5口。
P2.4---P2.7为数码管的位选端口,p1为数据端口。
7.用protelDXP画出原理图如下:
8、根据原理图得到的PCB:
9、硬件调试结果:
这次课程设计,主要对电机进行测速,在电机的码盘上转了10个孔,
没10ms对电机测量一次转速!
由于工具不太足,做硬件的时候遇到了不少的困难!
总体来说能够实现其基本功能!
电机转速700---1500r/min.
谢词:
谢谢高老师对我们这次课程设计的指导,在很多模糊的部分给出很多很好的意见,例如光电测速部分等等,再一次谢谢高老师。
10、参考文献:
电工电子技术实践教程化学工业出版社
单片机原理及应用机械工业出版社