转矩转速测量系统的研究与设计论文.docx

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转矩转速测量系统的研究与设计论文

转矩转速测量系统的研究与设计

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。

关键词：

MSC-51（单片机）；转速；传感器

TheStudyandDesignofTorqueandRotationalSpeedMeasuringSystem

ABSTRACT

Intheprojectpractice,wewillmeeteachkindtoneedfrequentlytosurveytherotationalspeedthesituation,thesurveyrotationalspeedmethoddividesintothesimulationtypeandthedigitaltwokinds.Thesimulationtypeusesmeasuredthatthefastgeneratoristhedetectingelement,obtainsthesignalsimulatesthequantity.Digitalusuallyusestheelectro-opticalencoder,theHallpartandsoonisthedetectingelement,obtainsthesignalisthesignalimpulse.Alongwithmicrocomputer'swidespreadapplication,speciallyhighperformancepricecomparedtomonolithicintegratedcircuit'sappearance,thetachometricsurveyusesgenerallytakethemonolithicintegratedcircuitasthecoredigitalmeasuringtechniqueIgraduatedfromtheDesignoftheissueiscontroloftheintelligentuseofSCMspeedmeasuringinstrument.Thesystemisthemotorspeedmeasurement,andPCandcancommunicatethatthemotorspeed,andtoobservethemotorrunningthebasicsituation.

ThemaindesignAT89C51controlasthecore,bytheHallsensor,LEDdigitalCRT,HIN232CPE-levelconversion,andaRS232.DetailedmeasurementsofthespeedoftheSCMsystemandPCandtheserialcommunicationbetweenthemicrocontroller.GivefullplaytotheperformanceoftheSCM.ThispaperistomeasurethespeedanddisplayedinfiveLEDdigitalpipe.

Theadvantageofasimplehardwareandsoftwarecapabilitiesimprove,measuringspeed,highprecisionandcontrolsystemreliable,cost-effectiveandsoon.

KEYWORDS:

MSC-51（One-chipcomputer）;rotationalspeed;sensor

第一章前言

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。

本系统主要由传感器，单片机AT89C51构成。

可以对大范围转速进行测量，测量的转速精度高，还可以和PC机时时通信，实现对电机转速的测量。

单片机的英文名称是MicroControllerUnit,缩写为MCU，又称为微控制器，它是一种面向控制的大规模集成电路芯片。

它具有功能强、体积小、可靠性高、应用简单灵活，因而使用非常广泛，有力地推动各行业的技术发展和更新换代。

本文首先在第二章绪论介绍了此系统的功能、技术指标以及主要内容等；在第三章论述了总体设计过程,确定了技术指标及器件的选择；第四章着重描述了系统硬件电路设计、硬件设计框图及所使用的各种芯片功能与特性；在第五章中重点剖析了软件设计的过程；最后在第六章中具体论述单片机、电平转换电路、通信的处理及调试。

第二章系统功能分析

2.1系统功能概述

功能：

系统主要实现功能是:

AT89C51单片机接收霍尔传感器传来的脉冲信号,单片机根据外部中断,以及内部定时器进行记数计算出电机转速送到LED显示，同时数据传给PC机,并在PC机屏幕上显示出来。

记录各时段的转速，画出V-T坐标图。

组成及框图：

本系统通信部分是单片机经电平转换电路HIN232CP之后，通过串口RS-232发送数据，由PC微机接收，微机部分用VisualBasic软件编写的界面作为PC机部分与单片机进行串口之间通信。

传感器电路、转速测量、LED显示、电平转换电路设计等将在以下章节作详细地设计。

图2.1系统硬件电路

应用：

从实用的角度看，评价一个系统实用价值的重要标准，就是这个系统对社会生活和科技观念有多大的贡献。

转速测量系统具有大范围、高精度等优点、测量速度快，这种系统将会有良好的应用。

2.2系统要求及主要内容

将霍尔传感器产生的脉冲信号输出入到单片机的外部中断0口，单片机工作在内部定时器工作方式0，对周期信号进行内部记数，调用计算公式算出转速，调用显示程序显示在LED上，同时通过串口向上位机发送转速数据。

主要内容：

（1）　单片机部分主要完成电机转速的测量

（2）　LED部分主要是把转速显示出来，显示范围60-36000r/min

　　（3）发送部分主要是完成电平转换，送RS232向PC发送数据。

（4）PC机部分主要完成将数据显示在界面并描绘出V-T图

2.3系统技术指标

系统主要完成以下功能：

测量系统：

1.设计并制作单片机的转速测量的硬件系统；

2.用汇编语言完成转速测量的软件系统；

3.要求把转速显示在5位LED上，精度为0.1%；

4.能向上位机发送数据；

5.用9针RS-232即可；

通信部分：

1.在微机部分采用VisualBasic编制RS—232通信软件；

2.通信软件具有数据接受编辑框；

3.通信软件要适时对数据的记录，用时间曲线表示；

根据系统要实现的功能以及要求，要实现单片机的转速测量主要是各个模块的设计，定时器记数功能、以及LED驱动、电平转换及PC机之间的通信。

单片机可通过编程控制外围部件，能实现较高的自动化程度。

以它为系统核心的控制模块可实现主从控制，完成预定的任务[1]。

第三章系统总体设计

3.1硬件电路设计思路

硬件设计的任务是根据总体设计要求，在选择的机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的原理框图、电路原理图。

89C51单片机通过INT0输入传感器的脉冲信号，P0口P2口接LED动态显示。

另由于PC系列微机串行口为RS232C标准接口，与输入、输出均为TTL电平的89C51单片机在接口规范上不一致，因此TTL电平到RS－232接口电平的转换采用HIN232CP接口芯片，该芯片可以用单电压（+5V）实现RS232接口逻辑“1”（-3V～-15V）和逻辑“0”（+3V～+15V）的电平转换。

转速测量部分的硬件设计思路：

本次设计单片机部分的硬件框图如图3－1所示。

图3.1单片机部分硬件框图

具体详细的叙述将在下面的章节中逐一介绍。

3.2软件设计思路

软件需要解决的是定时器0的记数和外部中断0的设定、由于测量的转速范围大，所以低速和高速都要考虑在内，关键在于一个四字节除三字节程序的实现。

显示部分、需要有一个二进制到十进制的转化程序，以及转换成非压缩BCD的程序后、才能进行调用查表程序送到显示。

PC机串口和单片机串行口的工作方式，包括串行口的通讯速率、奇偶校验位、停止位等均由通信部分的软件部分实现。

软件工作流程：

霍尔传感器利用磁电效应产生一周期脉冲向单片机的外部中断0（P3.2）口发送一个中断信号，定时器工作在内部定时，TH0、TL0设定初值为0，作为除数的低两字节，利用软件记数器、定时器0中断的次数作为除数高字节。

中断完毕读取内部记数值作为除数，调用除法程序计算转速，再对二进制数进行一系列变换后调用查表显示程序，显示在LED上。

（同时调用传送程序向上位机送数据，这里不是本文重点）

转速部分软件设计思路：

AT89C51单片机的P3.2口接收传感器的信号。

主要编写一个外部中断服务程序INT_0，读取记数值的三个字节，并再次清0记数初值以便下次的记数和计算。

调用两字节二进制-三字节十进制（BCD）转换子程序BCD，再调用十进制转换成非压缩BCD程序CBCD、最后调用查表程序送显示。

为了和PC通信，系统要求单片机晶振11.0592MHZ。

软件的具体设计我们将在下面的章节中作详细介绍[2]。

第四章硬件电路设计

硬件的功能由总体设计所规定，硬件设计的任务是根据总体设计要求，在选择的机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的电路原理图，必要时做一些部件实验，以确定电路图的正确性，以及工艺结构的设计加工、印制板的制作、样机的组装等。

整个单片机测量转速系统为单片机控制模块、霍尔传感器模块、发送模块，各个模块都承担着各自的任务。

设计单片机模块，考虑到单片机本身的外围电路较多，所以在单片机模块方面需要极为小心。

在整个电路设计时要考虑电平转换电路，具体每一部分的设计将在以下章节中详细分析[3]。

4.1单片机模块

根据系统功能要求以及单片机硬件电路设计思路（如图4－1）对单片机模块进行设计，要使单片机准确的测量电机转速，并且使测出的数据能显示出来，所以整个单片机部分分为传感器电路、时钟电路、复位电路、执行元件以及显示电路五个部分。

4.1.1处理执行元件

单片机我们采用AT89C51（其引脚图如图4－1），相较于INTEL公司的8051它本身带有一定的优点。

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