基于编码器电机测量转速及转角课程设计.docx
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基于编码器电机测量转速及转角课程设计
修必2栄衣寥
课程设计报告
课程名称：
专业课课程设计II
课设题目：
简易测量电机转速和转角装置
专业班级：
电子信息工程1001
姓名：
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郭阳学号：
4
课设时间：
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2013.12批阅时间：
指导教师：
桂珺成绩：
任务书
题目：
简易测量电机转速和转角装置
参数：
处理器——————89C52
显示设备———————LCM1602
编码器————————欧姆龙H38S6-2000-3-2-24电机——————————GM12F-N20VA08260/298-R
要求：
利用C语言设计，基于单片机实现简易的电机转速和转角测量。
当电机转动时能够实时的显示转角和转速，转角要求有正负（以初始位置为0度）。
当电机停止转动时，用手拧动编码器的轴也可实现转角测量。
日程安排：
12月19---12月20，查阅资料，确定课设题目
12月23---12月26，进行电机测转速的编程及仿真工作。
12月27---12月31，进行电机测角度的编程及仿真工作。
1月2，老师进行检查
1月31月7日，进行最后的补充与修改及写报告
二、
编码器介绍
ooooooooooooooooooooooooooooooooooo
1.编码器原理。
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2.编码器选型。
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简易测量电机转速和转角装置
摘要
本文介绍了基于89C52单片机的测量电机转速和转角的系统，概述了编码器的工作原理和应用，详细阐述了测速及测转角的基本原理、实现的步骤和软硬件的设计，采用C语言编程，用1602液晶屏显示数据，结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。
关键词：
89C52单片机测速测转角编码器电机
整体方案
1.方案一
采用红外光电对管数据采集电路，红外对管根据电机转动时开口遮光片的位置，每转一圈输送几个低脉冲实现转速及转角的测量。
2.方案二
采用编码器采集信号，将编码器的轴与电机的轴通过联轴器固定，电机带动编码器转动，同时想单片机发出信号，经过单片机处理测出转速及转角。
3.方案选择
采用编码器测量系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点，光栅的成功应用使编码器在检测和控制领域得到了广泛的应用。
选择编码器做传感器使得系统拥有测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测速度无关等优点。
所以选择方案二。
编码器介绍
1.编码器原理
编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。
器把或直线位移转换成电信号。
按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。
增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。
绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。
现在编码
器的厂家生产的系列都很全，一般都是专用的，如电梯专用型编码器、机床专用编码器、伺服电机专用型编码器等，并且编码器都是智能型的，有各种并行接口可以与其它设备通讯。
编码器由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光
电发射和接收器件读取，获得四组正弦波信号组合成A、BCD,每个
正弦波相差90度相位差，将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。
优点：
体积小，精密，本身分辨度可以很高，无接触无磨损；同一品
种既可检测角度位移，又可在机械转换装置帮助下检测直线位移；多圈光电绝对编码器可以检测相当长量程的直线位移（如25位多圈）。
寿命长，安装随意，接口形式丰富，价格合理。
成熟技术，多年前已在国内外得到广泛应用。
缺点：
精密但对户外及恶劣环境下使用提出较高的保护要求；量测直线位移需依赖机械装置转换，需消除机械间隙带来的误差；检测轨道运行物体难以克服滑差。
2.编码器选型
选型的三个要素是机械安装尺寸，分辨率和电气接口。
我选用了欧姆
龙H38S6-2000-3-2-24这款编码器。
外径38mm止口20mm轴径6mm,电缆侧出，标准配线2米。
尺寸符合标准。
选用2000转的高分辨率，完全可以测角度，单片机也可计算。
集电极开路是常用的一般电路选择。
图2.2
利用编码器的Z轴每当转一圈会发一个脉冲，将Z轴信号接到外部中断0引脚，每当有下降沿信号则使变量加1。
同时采用定时器中断，每隔一秒查看变量增加的个数，即可算出每秒转过的圈数。
再把这个转速送给显示函数，用数码管显示出来。
3.编程实现
首先要在初始化函数里打开定时器0中断和外部0中断，并且给定时器设定初始值，由于目标为定时1秒大于65535,可以实行定时50ms,然后在定时器中断服务程序里设一个变量，每进一次中断变量加一，加到20次，即时间过1秒后，查看变量y，把y的值赋予给转速v,并且使y=0,意义为每秒重新计数。
外部中断0要设置成下降沿中断，服务程序为y++，即每转一圈变量加一。
voidquanshu（）interrupt0//外部中断0计C相脉冲数
{
y++;
}
voidzhuansu（）interrupt1//定时器0中断每隔1秒查一次转
过的圈数
{
TR0=0;
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;
count++;
if（count==20）
{
v=y;y=0;
count=0;
}TR0=1;
4.
}
改错及心得
进行测量时出现误差，并且转速值不稳定。
原因有两个：
第一个是使用过多的外部中断占用了CPU过多的时间，使一些信号采集不准确，导致误差。
第二个是Z轴信号本身的缺陷，只有到一个固定位置时才会发一个脉冲信号，使得无法实时的计算速度，即如果1s内没转够1圈，无论速度多快或多慢，系统就认为速度是零。
经过重新思考，决定不用Z轴做采集信号，而是用A轴。
这样做既减少了一个中断处理，又避免了误差，大大提高了系统的稳定性与实时性。
根据这样的思路更改程序框图如下：
图3.4
外部中断1计A相脉冲数
定时器0中断每隔0.5秒
查一次A转过的脉冲数
当然程序也要做相应的改变。
首先把外部中断0全部关断，在外部中断1中加一句话y++;，由于转速的定义为每秒转的圈数，我每0.5秒查看一次y的数值，转换公式为v=y/（2000*0.5）,即v=y*0.001，因为显示方便，这里使v=y*0.01,然后把个位赋值给小数点后一位，把十位赋值给个位就可以正确显示了，更改后的程
序如下：
voidjiaodu（）interrupt2//
{
y++;
}
voidzhuansu（）interrupt1//
{
TR0=0;
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;
count++;if（count==10）{
转速换算
v=y*0.01;//y=0;count=0;
TR0=1;
经过如此的更改就解决了之前的问题，显示非常稳定，误差也减小了很多。
再给51系列单片机编程时应尽量的减少中断的使用，尤其是输入信号频率高，要求精度高，硬件设备质量低的情况。
最好是根据有用信号，即用最少的输入信号得到最多的有用信息，通过编程减少外部设备，这样做不仅能够有效的减少误差，还可以节约资源。
四、采用编码器测量电机转角
1.原理介绍
利用编码器的A轴和B轴来判断正反转和角度。
这里的正反是以开机时电机的初始位置为标准的。
正反转的判别方法：
因为A和B相差90度，假设正转时A超前B90度，则反转时B超前A90度，利用这一特点可以判断正反。
把A接到外部中断1，B接到P0A0口，当进入中断时，判断B轴是高电平还是低电平就可以判断正反了。
角度的计算方法：
电机转一圈是360度，编码器转一圈发出2000个矩形波，有这个关系就可以计算角度，即角度=计数个数*360、2000.
2.程序框图
图4.2
3.编程实现
首先在初始化函数里要打开外部中断1,并且设置成下降沿触发。
但A轴有信号来临时，进入到外部中断1服务程序，先判断P0A0口的高低电平，若为高电平，则计数变量加一，反之，计数变量减一。
如果计数变量X大于2000或小于-2000,则使X等于0.这样做减轻了变换角度的计算量，使系统认为编码器一直在正一周或负一周之内活动。
接下来就可以将计数变量通过公式转换成角度显示了。
显示正负角则可以判断计数变量的正负来确定。
uintjiaodujisuan（）//角度计算
{uintj;
if（x<0）
{
wela=1;//显示角度符号位
P0=0xfb;wela=0;
dula=1;
P0=0x40;dula=0;
delay（3）;
}j=fabs（x）;j=j*0.18;//角度转换公式returnj;
}
4.改错及心得
开始没有设置计数变量的上下限，使测量角度大于360度，改正后
效果正确。
开始角度转换公式为X=X*360/2000,结果显示不正确，后来改为X=X*0.18,显示正确。
这段程序很考察细节，一个注意不到的地方有可能使程序出错。
五、试验检测
1.实验过程
把编码器与直流电机用联轴器固定在一起，通过改变只直流电压改变直流电机的转速，观察数码管显示的变化。
停止直流电机，用手拧动编码器，可方便观察转角的变化。
2.实验结果
系统可以实时的显示电机的转速及转角。
六、总结
这次课程设计让我学到了很多。
对于编码器与电机的应用又多了一层的认识，在编程上也有了大大的提高，对单片机的理解，尤其是对中断的处理加深了认识。
在实验过程中，我曾经出现了很多次错误，大多数都是很细节的东西，这时就需要耐心与分析问题的能力来一次次的解决，也正是因为无数次的改正错误才使最后的程序调试成功。
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