基于编码器电机测量转速及转角课程设计.docx

1、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：.郭阳 学 号：4课设时间：.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

2、 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 3 1 月 7 日，进行最后的补充与修改及写报告二、编码器介绍ooooooooooo oooooooooooooooooooo o o o o1. 编 码 器 原 理 。2. 编 码 器 选 型 。简易测量电机转速和转角装置摘要本文 介 绍了基 于 89C52

3、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

4、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

5、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、B C D,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

6、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

7、 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

8、 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。void quanshu() interrupt 0 / 外部中断0 计C相脉冲数y+;void zhuansu() interrupt 1 /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;coun t+;if(cou nt=20)v=y; y=0;coun t=0; TR0=1;4.改错及心得进行测量时出现误差，并且转速值不

9、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

10、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：void jiaodu() in terrupt 2 /y+;void zhua nsu() in terrupt 1 /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

11、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

12、，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4.23.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

13、负角则可以判断计数变量的正负来确定。uint jiaodujisuan()/ 角度计算 uint j;if(x0)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 return j;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。