电机测速报告.doc
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1、直流电机测速仪摘 要:本文介绍了电机测速仪的设计和它的基本功能。本课程设计用霍尔元件和单片机测量电动机转速,要求学生对霍尔元件和单片机有相当深刻的了解。通过本次课程设计,不仅要掌握霍尔元件的用法,学会单片机编程,而且对硬件电路的连接、电路板的焊接都要熟练的掌握。课程设计主要培养学生的实际动手能力,让学生自己动手制作一些功能简单的的单片机应用系统,使课堂知识和应用相结合,全面的掌握单片机,为将来步入工作岗位打下坚实的基础。 本课程的任务是使学生对单片机的工作原理和应用有深入的理解;深刻理解单片机的概念和基本要素;掌握单片机系统软硬件设计的基本方法;跟踪单片机最新设计理念;实践单片机项目开发基本流
2、程;为深入开展单片机相关科研项目研究奠定良好的基础。关键词: 电机测速仪,霍尔传感器,单片机 Abstract:This paper introduces the design of electrical velocimetry and its basic features. This course is designed to single-chip measurement of the Hall element and motor speed, requires students to single-chip Hall element and a considerable understa
3、nding of the profound. Through the curriculum design, not only to master the usage of the Hall element, Institute of Single-chip programming, hardware circuit and connected to the welding circuit boards have to be skilled. Curriculum design major students of the actual practical ability to enable st
4、udents to produce some of the features do-it-yourself simple application of the single-chip system for the application of classroom knowledge and the combination of a comprehensive master MCU,Into jobs for the future and lay a solid foundation.This courses mission is to enable students to work on si
5、ngle-chip application of the principles and have an in-depth understanding; a deep understanding of the concept of SCM and the basic elements; single-chip microcomputer system hardware and software to master the basic methods of design; to track the latest single-chip design philosophy; the practice
6、 of the basic single-chip project development process; to carry out single-chip for in-depth study of relevant research projects to lay a good foundation.Keyword: electrical velocimetry,Hall sensor,single-chip目 录一前言1二方案比较22.1 方案一22.2 方案二22.3 方案论证与选择3三单元模块电路方案设计43.1 由555构成的时钟脉冲信号电路43.2 分频器电路43.3 时间计数
7、单元53.4 码驱动及显示单元73.5 脉冲整形电路 单元83.6 启动和停止电路单元9四器件补充介绍和选择104.1 555定时器104.2 74LS9012五、实验调试14六设计总结16七 参考文献17八. 附录181前言在工程实践中,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、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、显示其转速及瞬时速度。为了能精确地测量转速,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速。本文提出一种基于89C52单片机实施电机转速测量的方法,利用霍尔传感器采集脉冲信号,通过定时计数算法程序,将转速结果实时显示出来。 随着科技的飞速发展,计算机
8、应用技术日益渗透到社会生产生活的各个领域,而单片机的应用则起到了举足轻重的作用。单片机又称单片微控制器,就是把一个计算机系统集成到一个芯片上。它完整地包含了计算机内部的CPU(运算器、控制器)、程序存储器(相当于计算机的硬盘)、数据存储器(相当于计算机的内存)、输入输出端口等。虽然它的运算速度无法和计算机相比,但在一些实际的控制应用场合已经足够使用了。对于高等院校电子类和计算机类的学生,学习单片机是很重要的,而进行应用单片机的课程设计更是重中之重,将所学理论知识应用到实际,使更加全面的了解和掌握单片机的应用。在本次设计中也用到了一些常用的数字电子单元元件,如霍尔传感器,霍尔器件作为一种转速测量
9、系统的传感器,具有结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便等优点,。在实际的使用中,一般需要一个铁质的测速齿轮,齿厚大于2 mm即可,将之固定在待测转速的轴上。本设计综合多种考虑,最终呈现以下内容。2方案比较2.1 方案一此方案包括传感器、处理器和显示3个部分。其方框图如图2.1所示。 在该方案中传感器是由红外发光二极管,和红外光敏三极管构成。测速的过程为:在电机的转轴上安装一个圆盘,并在圆盘的边缘处开一个孔让二极管发出的红外光刚好可以通过。在圆盘的上下方分别安装好发光二极管和光敏三极管,当电机转动时就可以通过圆盘来改变光敏三极管接收的光线,从而产生点位信号的变化,这样就构成了一个收发检测系
10、统,可以检测电机的转速。运用的原理和光电耦合器是相同的。电机光敏三极管 信号转换LED显示单片机处理光敏二极管图2.1方案一方框图2.2 方案二此方案也由传感器、处理器和显示3个部分几部分组成,但所选择的传感器类型不同,其方框图如图2.2所示。此方案的测速系统主要是由开关型霍尔传感器A3144E以及磁钢构成,由它们来检测电机的转速。工作方式为:将磁钢安装在电机的转轴上,而霍尔传感器则放在转轴的旁边,霍尔传感器连接在电路中,当磁钢随转轴经过霍尔传感器时,由开关型霍尔传感器的工作原理知,此时将输出一个低电平信号;而当磁钢离开霍尔传感器后,又将输出一个高电平。这样通过高低电平的转换,将其送入单片机后
11、就可以测量它的转速。电机霍尔传感器 信号转换 LED显示单片机处理图2.2方案二方框图2.3 方案论证与选择两个方案的主体电路相同,只是传感的的选择不同。而选择开关型霍尔传感器则具有多种优点:1.精度高:在工作温度区内精度优于1%。2.过载能力强:当原边电流超负荷,模块达到饱和,可自动保护,即使过载电流是额定值的倍时,模块也不会损坏。3.模块的高灵敏度,使之能够区分在“高分量”上的弱信号,例如:在几百安的直流分量上区分出几毫安的交流分量。4.还可以通过使用多块磁钢来倍频,以增加测量的精度。鉴于以上考虑,最终选定方案二为本次课程设计方案。三单元模块电路方案设计3.1 速度检测部分31.1 传感检
12、测速度检测部分是由开关型霍尔传感器和磁钢组成。其电路图如图3.1所示。测量电机转速的第一步就是要将电机地转速表示为单片机可以识别的脉冲信号,从而进行脉冲计数。霍尔器件作为一种转速测量系统的传感器,具有结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便等优点,当电机转动时,带动传感器,产生对应频率的脉冲信号,经过信号处理后输出到计数器或其他的脉冲计数装置,进行转速的测量。在实际的使用中,一般需要一个铁质的测速齿轮,齿厚大于2 mm即可,将之固定在待测转速的轴上。所谓磁钢,就是磁钢就是一种有磁性的钢铁。在传感检测电路中将磁钢安装在电机的转轴上,而霍尔传感器则放在转轴的旁边,霍尔传感器连接在电路中,当磁钢随
13、转轴经过霍尔传感器时,由开关型霍尔传感器的工作原理知,此时将输出一个低电平信号;而当磁钢离开霍尔传感器后,又将输出一个高电平。这样通过高低电平的转换,将其送入单片机后就可以测量它的转速。磁钢的使用四种型式,分别为碰头式、滑近式、磁屏蔽式、集磁式。本次课程设计具体采用的是3.2单片机最小系统单片机最小系统设计:本设计单片机最小系统如图3.2所示,由主控器STC89C52、时钟电路和复位电路三部分组成。单片机STC89C52作为核心控制器控制着整个系统的工作,而时钟电路负责产生单片机工作所必需的时钟信号,复位电路使得单片机能够正常、有序、稳定地工作。3.2.1 主控器STC89C52 本系统采用单
14、片机STC8952作为主控制器,使用霍尔传感器测量电机的转速,通过7079最终在LED上显示测试结果。此外,还可以根据需要调整控制电机的转速,硬件组成由图3.3.1所示。 控制器C8051F060主要完成转速脉冲的采集、16为定时计数器计数定时、运算比较,片内集成的12位DAC0控制转速,并且通过7279显示接口芯片实现数码显示等多项功能。 3.2.2 时钟电路STC89C52 单片机芯片内部设有一个由反向放大器所构成的振荡器。19脚(XTAL1)为振荡器。反相放大器和内部时钟发生电路的输入端,18脚(XTAL2)为振荡器反相放大器的输出端。在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元器件,内部振
15、荡电路就会产生自激振荡。本系统采用的定时元器件为石英晶体(晶振)和电容组成的并联谐振回路。晶振频率为6MHz,电容大小为30pF,电容的大小可以起到频率微调的作用,时钟电路如图3.3.2所示。 图3.2.2 时钟电路(晶振)3.2.3 复位电路STC89C52的复位是由外部的复位电路来实现的,复位电路通常采用上电复位和按钮复位两种方式,本设计采用的是最简单的上电自动复位电路,其电路图如图3.2.3。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电实现的,当电源接通时只要VCC的上升时间不超过1毫秒,就可以实现自动上电复位。本设计时钟频率选用6MHZ,电容取22微法,电阻取1千欧。 图3.2.3 复位电
16、路3.3 下载部分单片机的串行口是非常有用的,通过他我们可以把单片机系统的数据传回电脑处理或者接受电脑传过来的数据而进行相应的动作。微控制器有许多标准的通信方法,但在主/从嵌入式系统中,最常用的是RS23 2串行接口、SPI和I2C。52单片机有一个全双工的串行通信口,非常适合与电脑进行通信,本次课程设计,采用的是RS232出行接口方式。3.31 RS-232接口与单片机串行通信基本原理串行端口的本质功能是作为CPU和串行设备间的编码转换器。当数据从CPU经过串行端口发送出去时,字节数据转换为串行的位。在接收数据时,串行的位被转换为字节数据。 在Windows环境(Windows NT、Win
17、98、Windows2000)下,串口是系统资源的一部分。 应用程序要使用串口进行通信,必须在使用之前向操作系统提出资源申请要求(打开串口),通信完成后必须释放资源(关闭串口)。软件采用VC语言对上位机进行程序设计,并分别应用三种方法:直接端口操作法、BIOS调用法和函数法进行分析,最后采用函数法实现了通信程序的设计。3.3.2 RS-232串行通信接口电路本次课程设计串行通信接口电路如图3.3.2所示:图3.3.2 串行通信接口电路3.4 数码显示部分显示器是最常用的输出设备,其种类繁多,但在单片机系统设计中常用的是发光二极管显示器(LED)和液晶显示器(LCD)两种,由于这两种显示器结构简
18、单,价格便宜,接口电路容易实现,因而得到广泛应用。本设计用到的是LED显示器,电路如图3.4所示。下面是发光二极管显示器(LED)的结构、工作原理及接口电路。3.4.1 LED结构与原理LED又称为数码管,它主要由8段发光二极管组成的不同组合,可以显示ag为数字和字符显示段,h段为小数点显示,通过ag为7个发光段的不同组合,可以显示09和AF共16个数字和字母。LED可以分为共阴极和共阳极两种结构,如图3.4 .1(a)和图3.4.1(b) 所示。共阴极结构即把8个发光二极管阴极连在一起。这种装入数码管中显示字形的数据称字形码,又称段选码。数码管管脚分配图 a共阴极 b共阳极图3.4.17段L
19、ED数码管表3-4-17段LED的段选码表显示字符共阴极段码共阳极段码显示字符共阴极段码共阳极段码03fHC0H87fH80H106HF9H96fH90H25bHA4HA77H88H34fHB0HB7fH83H466H99HC39HC6H56dH92HD3fHA1H67dH82HE79H86H707HF8HF71H8EH如下图所示是一个共阴极数码管经反相器后接至单片机的电路,要想显示数字“7”须a、b、c这3个显示段发光 (即这3个字段为底电平)只要在P1接口输入11111000(07)即可。里07即为数字7的段选码。字形与段选码的关系见表3-4-1所示。图3.5显示电路3.4.2LED显示器
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