直流电机测速器.docx
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直流电机测速器
机电学院
电子课程设计报告
题目：
直流电机测速器
专业班级：
应用电子技术111
姓 名：
时间：
2013.12.9～2013.12.27
指导教师：
完成日期：
2013年12月27日
直流电机测速器设计任务书
1．设计目的与要求
设计一个电动机测速器，要认真并准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能：
（1）测量电动机六秒钟所转的圈数，显示电动机转速；
（2）3个数码管显示电动机转速（转/分）；
（3）转速超出所测范围时，进行灯光报警。
2．设计内容
（1）画出电路原理图；
（2）元器件及参数选择；
（3）电路仿真；
（4）搭接所设计的电路完成设计功能。
3．编写设计报告
写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有总结体会。
4．答辩
在规定时间内，完成叙述并回答问题。
目录
1引言………………………………………………………………………………………1
2总体设计方案……………………………………………………………………………1
2.1设计思路………………………………………………………………………………1
2.2总体设计框图…………………………………………………………………………2
3设计原理分析……………………………………………………………………………2
3.1传感器电路……………………………………………………………………………2
3.2计数电路………………………………………………………………………………3
3.3显示电路………………………………………………………………………………5
3.4定时电路………………………………………………………………………………6
3.5报警电路………………………………………………………………………………7
3.6总体电路………………………………………………………………………………7
3.7仿真电路………………………………………………………………………………8
3.8调试图…………………………………………………………………………………9
4总结与体会………………………………………………………………………………9
参考文献……………………………………………………………………………………10
附录1……………………………………………………………………………………11
直流电机测速器
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。
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，显示电机的转速，并观察电机运行的基本状况。
本设计主要用霍尔传感器、LED数码显像管、555定时器、及74LS93组成的计数器构成。
本文重点是测量速度并在3位LED数码管上显示电机六秒钟所转圈数，及超过预定值时经行的灯光报警。
关键词：
霍尔元件，小直流电机，定时
1引言
在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合,例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。
目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法（如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得）、同步测速法（如机械式或闪光式频闪测速仪）以及计数测速法。
计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。
传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电容式（对高频振荡进行幅值调制或频率调制）等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号。
本文将介绍利用电磁式（利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等）来获取脉冲信号经行测速。
2总体设计方案
2.1设计思路
该设计须由信号采集（霍尔元件）采集出直流电机所转的圈数，然后电机每转一圈霍尔元件中就输出一个脉冲信号。
从霍尔元件出来的脉冲信号送入计数放大（由74LS93构成的计数器），计数器把进来的脉冲信号转换成8421BCD码，然后计数器输出的8421BCD码会送入译码电路（由CD4511组成），经过译码电路译码，送入数码管进行显示。
数码管显示的数就是电机数转的圈数。
加上555定时器构成的多谐振荡器，提供六秒定时脉冲，把脉冲加入电路，就可以测出直流电机六秒时间所转的圈数。
最后是灯光灯光报警电路，当直流电机的圈数超过设定的圈数时，报警电路会收到一个信号，然后就会经行灯光报警。
2.2总体设计框图
图一总体设计框图
3设计原理分析
3.1传感器电路
3.1.1霍尔传感器A04E
图二霍尔元件和磁钢管脚图
3.1.2转速测量原理
图三测速原理图
备注：
当没有信号产生时，可以改变一下磁钢的方向，霍尔对磁钢方向有要求。
没有磁钢时输出高电平，有磁钢时输出低电平。
如图三所示，磁钢用来提供霍尔能感应的磁场，当霍尔元件以切割磁力线的方式相对磁钢运动时，在霍尔输出端口就会有电压输出，所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用。
测速原理：
霍尔传感器检测转速示意如图三，在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢,霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。
圆盘每转动一圈，霍尔传感器便输出一个脉冲。
通过单片机测量产生脉冲的频率。
就可以得出圆盘的转速。
同样道理，根据圆盘（车轮）的转速，再结合圆盘的周长就是计算出物体的位移。
如果要增加测量位移的精度。
可以在圆盘（车轮）上多增加几个磁钢。
3.2计数电路
图四74LS93引脚图
表一74LS93计数顺序
计数
输出
QD
QC
QB
QA
0
L
L
L
L
1
L
L
L
H
2
L
L
H
L
3
L
L
H
H
4
L
H
L
L
5
L
H
L
H
6
L
H
H
L
7
L
H
H
H
8
H
L
L
L
9
H
L
L
H
10
H
L
H
L
11
H
L
H
H
12
H
H
L
L
13
H
H
L
H
14
H
H
H
L
15
H
H
H
H
注;QDQCQBQA是四个输出端“H”表示高电平“L”表示低电平
表二复位/计数功能表
复位输入
输 出
R0
（1）
R0
（2）
QD
QC
QB
QA
H
H
Ｌ
Ｌ
Ｌ
Ｌ
*
L
计数（ＣＯＵＮＴ）
L
*
计数（ＣＯＵＮＴ）
注：
R0
（1），R0
（2）为复位输入端 QD，QC，QB，QA为输出端“Ｈ”为
高电平“Ｌ”为低电平 “*”为不定
如表一和表二，747LS93由4个主从触发器和用作除2计数器及计数周期长度为除8的3位2进制。
计数器所用的附加选通所组成，有选通的零复位输入。
计数电路，由传感器输出的脉冲进入计数电路的输入端，计数器把进来的脉冲信号转换成8421BCD码，然后计数器输出的8421BCD码会送入后面的电路。
计数部分由三片74LS93组成。
为了利用本计数器的最大计数长度（四位二进制），可将B输入同QA输出连接，输入计数脉冲可加到输入A上，此时就可组成4位2进制计数器，然后把复位端R0
（1）和R0
（2）分别接到Q1和Q3上就可以逢10进位，把信号输入后面的CD4511，这样就完成一位数，后面基本相同。
3.3显示电路
图五显示电路
显示电路部分由译码器CD4511和共阴极数码管共同组成。
CD4511是一片CMOSBCD—锁存/7段译码/驱动器，用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器。
CD4511具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。
可直接驱动共阴LED数码管。
其中abcd为BCD码输入，a为最低位。
LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。
BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高电平。
另外CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9（1001）时，显示字形也自行消隐。
LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。
a～g是7段输出，可驱动共阴LED数码管。
3.4定时电路
图六定时电路
如图六，是由555定时器组成的多谐振荡器。
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极型工艺制作的称为555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作。
多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。
在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。
两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。
多谐振荡器可用作方波发生器。
本设计就是通过555组成定时电路，来获取定时需要的脉冲信号，进而控制显示电路显示六秒钟电动机所转的圈数。
因为CD4511的LE端是低电平有效，用低电平部分控制，所以就需要一个六秒钟的低电平。
3.5报警电路
如图七为报警电路，因为P4的输入端接的是P3的QD端，当计数器计数超过999时，P3的QD会从高电平变为低电平，当QD从高到低时就产生一个脉冲P4工作，为发光二极管提供一个高电平，使发光二极管亮，达到灯光报警的功能，R3为限流电阻。
图七报警电路
3.6总体电路
图八总体电路
3.7仿真电路
图九仿真图
3.8调试图
图十调试图
4总结与体会
关于电路设计，感受颇多。
总的来说还是可以的，富有收获的，尽管其中充满了艰辛与困难。
但看到自己的成果时，所有的艰辛与疲倦都抛到了九霄云外。
一种成就感在心头油然而生。
另外一方面，在自己的亲身实践中，也发现了自己的一些不足的地方，有待进一步提高与改善。
此次毕业设计任务是电机转速测量系统，在实际调试中遇到的种种问题使我在设计与调试中学习到了许多知识。
整个设计过程是对自己大学一年半所学知识归纳总结和应用，也就是把理论知识用到实践之中去。
让理论和实践相结合，以此产生实际的成果。
而这正是我们学习理论知识的目的之所在。
除此之外，我们要在拥有扎实的专业知识的前提条件下，在整个设计与调试过程中要有信心和耐心，对自己有信心，相信自己能够很好的完成本次设计任务。
在调试中不断发现问题进而解决问题，这是一个再学习的过程，其本身就是对自己的一次锻炼，培养了自己独立思考，动手解决问题的能力。
从而从各个方面得到提高与完善了自己，使自己的各个方面提高到一个新的台阶，同时为以后的工作打下基础。
参考文献
[1] 何希才,薛永毅.传感器及其应用实例[M].北京：
机械工业出版社，2004
[2] 谢嘉奎,宣月清,冯军.电子线路[M].北京：
高等教育出版社，2004
[3] 孙桂荣，班莹，刘鸣.电机转速测量设计实验.实验室科学，2005
附录一
目录
1引言……………………………………………………………………………………1
2总体设计方案…………………………………………………………………………1
2.1设计思路……………………………………………………………………………1
2.2总体设计框图………………………………………………………………………1
3设计原理分析…………………………………………………………………………1
3.1信号接收系统………………………………………………………………………2
3.2计数电路……………………………………………………………………………2
3.3驱动与数码管显示电路……………………………………………………………3
3.4锁存与报警电路……………………………………………………………………4
4总结与体会……………………………………………………………………………5
参考文献…………………………………………………………………………………6
附录1…………………………………………………………………………………7
附录2…………………………………………………………………………………9
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