基于单片机的直流电机测速系统-毕业论文完整版.doc

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无锡工艺职业技术学院毕业设计

无锡工艺职业技术学院

毕业设计（论文）

题目：

基于单片机的直流电机测速系统

系部：

电子信息系

专业：

应用电子技术

学号：

2008213153

学生姓名：

吴研

指导教师：

钱仁君

职称：

讲师

二O一一年5月11日

摘要

转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。

目前常用的转速测量方法有离心式转速表测速法、测速发电机测速法、光电码盘测速法和霍尔元件测速法等。

在对各种测速方法进行分析后提出了基于光电传感器的转速测量系统。

详细分析了系统的组成及工作原理，给出了系统中各硬件模块设计方法及系统软件设计方法，给出了部分程序流程图和程序清单。

该测速系统安装维护方便，工作稳定，运行可靠，具有较大的推广应用价值。

转速测量通常有以下几种传感器可选：

电涡流转速传感器、无源磁电转速传感器、有源磁电转速传感器等。

具体需要选择哪类传感器，则要根据转速测量的要求而定。

如:

低速测量是否需要检测零转速，高速测量的最高转速，转速发生的装置情况。

转速发生装置有以下几种：

用标准的渐开线齿轮（M1～M5）作转速发生信号、在转轴上开一键槽

目前科研生产中采用的速度测量方法可分为两类；直接测量法和间接测量法两大类。

直接测量法是通过某种测量原理或效应直接获得速度量,如多普勒测速仪、空间滤波测速等。

这种方法的最大优点是反应快、可测量瞬时速度，但设备成本高，且受到大气物理环境的限制。

间接测量法是测量目标的移动距离和时间,通过计算得到速度量,如光电测速、光栅测速、磁栅测速和图像测速等，用于测量小型弹丸的天幕法和光幕法测速系统、用于车辆测速的激光测速仪，以及用于生产流水线上的光电脉冲测速方法等等

关键词：

单片机；光电转速传感器；转速测量；数据处理；1602液晶显示器

Abstract

Therotatespeedisoneoftheimportantparametersfortheengine,anditisalsotheimportantfactorthatcalculatesotherparameters.Atpresenttherearemanymethodsforthetachometricsurveymeasurement.Afteranalyzevariousrotatespeedmeasurementmethods,thephotoelectricsensortachometricsurveysystemispresented.Thecompositionandtheprincipleofthesystemarepresented,andthedesignmethodofhardwareandthesoftwarearealsopresented.Thewholesystemhasthebiggerpromotionapplicationvalue.

Speedsmeasurementsareusuallyseveral：

electricsensorsoptionallesson,speedsensorMagneticandelectricspeedsensorsource,thereisasourceMagneticandelectricspeedsensor,etc.Specificneeds,thenwhatkindofsensorbasedonmeasurementsofthespeedrequired.Forexample,atthemeasuringwhetherweneedtodetectzerospeed,highspeedofthehighestspeeds,thedevicespeed.thedevicespeedhasthefollowing：

withstandardlineisgettingonthem1（～m5）forspeedhasinturn,hingesononetank

Thespeedofscientificresearchinthemeasurementcanbedividedintotwotypesofdirectandindirect；thethetwocategories.Adirectmeasurementmethodisthroughadirectmeasurementofprincipleoreffect,suchastospeedtheDoppler,spacebasedonzerospeed,etc.thismethodofthegreatestadvantageisresponsivetothetransientandequipmentcostsarehigh,andthephysicalenvironment.remotemeasurementmethodistomeasurethedistanceandtimethroughcalculation,suchastestspeeddisplay,light,speed,whichthegrillezerospeed,andimages,speed,formeasuringsmallskylawofthelawandlight

Keywords：

single-chipcomputer，photoelectricsensor，rotatespeedmeasurement，dataprocessing，1602LiquidCrystalDisplay

目录

摘要 I

关键词：

I

ABSTRACT II

目录 III

第一章．绪论 1

第二章．系统组成及工作原理 2

2.1转速测量原理 2

2.2转速测量系统组成框图 2

第三章．系统硬件电路的设计 3

3.1脉冲产生电路设计 3

3.2光电转换及信号调理电路设计 3

3.2.1光电传感器简介 4

3.2.2光电转换及信号调理电路设计 4

3.3测量系统主机部分设计 6

3.3.1单片机 6

3.3.21602液晶显示模块设计 8

7 9

3.3.374Ls04反向器 11

3.3.4串行通信模块设计 13

第四章．系统软件设计 14

4.1程序模块设计 14

4.2数据处理过程 15

4.3浮点数学运算程序 16

第五章．制作调试 17

第六章．结果分析 19

第七章．结论 19

致谢:

20

参考文献 20

第一章．绪论

转速测量是社会生产和日常生活中重要的测量和控制对象。

近年来，由于世界范围内对转速测量合理利用的日益重视，促使转速测量技术的迅速发展，各种新型的测量仪表相继问世并越来越多地得到应用。

进行转速测量的检测控制，可以使用多种传感器。

由于技术保密，厂家不会提供详细电路图和源代码，用户很难自行进行二次开发和改进。

针对这种现状，使用光电传感器结合STC公司的STC89C52型单片机设计的一种转速测量与控制系统。

STC89C52单片机采用了CMOS工艺和高密度非易失性存储器技术，而且其输入/输出引脚和指令系统都与MCS-52兼容，是开发该系统的适合芯片。

目前科研生产中采用的速度测量方法可分为两类；直接测量法和间接测量法两大类。

直接测量法是通过某种测量原理或效应直接获得速度量,如多普勒测速仪、空间滤波测速等。

这种方法的最大优点是反应快、可测量瞬时速度，但设备成本高，且受到大气物理环境的限制。

间接测量法是测量目标的移动距离和时间,通过计算得到速度量,如光电测速、光栅测速、磁栅测速和图像测速等，用于测量小型弹丸的天幕法和光幕法测速系统、用于车辆测速的激光测速仪，以及用于生产流水线上的光电脉冲测速方法等等。

第二章．系统组成及工作原理

2.1转速测量原理

在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。

设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N（r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为m=Tcf，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]：

N=60m/pTc（r/min）

（1）

2.2转速测量系统组成框图

系统由信号预处理电路、单片机STC89C52、1602液晶显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。

其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。

对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机匹配的TTL信号；通过对单片机的编程设置可使内部定时器T0对输入脉冲进行计数，这样就能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中转速显示部分采用价格低廉且使用方便的1602液晶显示模块，通过相关计算方法计算得到的转速通过I2C总线放到E2PROM存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。

系统的原理框图如图2.1所示。

波形整形

波形变换

信号

放大器

1602液晶显示

RS232

单片机

图2.1系统的原理框图

第三章．系统硬件电路的设计

3.1脉冲产生电路设计

设计采用了红外光电传感器，进行非接触式检测。

当有物体挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时，传感器将会输出一个低电平，而当没有物体挡在中间时则输出为高电平，从而形成一个脉冲。

系统在光电传感器收发端间加入电动机，并在电动机的转轴上安装一转盘。

在这个转盘的边沿处挖出若干个圆形过孔，把传感器的检测部分放在圆孔的圆心位置。

每当转盘随着后轮旋转的时候，传感器将向外输出若干个脉冲。

把这些脉冲通过一系列的波形整形成单片机可以识别的TTL电平，即可算出轮子即时的转速。

转盘的圆孔的个数决定了测量的精度，个数越多，精度越高。

这样就可以在单位时间内尽可能多地得到脉冲数，从而避免了因为两个过孔之间的距离过大，而正好在过孔之间或者是在下个过孔之前停止了，造成较大的误差。

设计中转盘的圆孔的实际个数受到技术的限制。

为了达到预定的效果设计在转盘过孔的设计上采用12个过孔，从而留下了11个同等的间距。

这样在以后的软