电机测速设计

河南科技大学电子课程设计报告

题目：电动机测速器

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摘要 (3)

1 引言 (3)

1.1 电动机转速测量现状及前景 (3)

1.2 研发意义 (3)

2 总体设计方案 (4)

2.1 设计思路 (4)

2.2 总体设计框图 (5)

3 设计原理分析 (5)

3.1 电源的选择 (5)

3.2转速测量原理 (5)

3.3开关型霍尔传感器介绍 (5)

3.4定时电路 (6)

3.5 控制电路 (7)

3.6计数器电路 (9)

3.7驱动显示电路 (11)

3.8总体电路 (11)

4 总结与体会 (12)

参考文献 (12)

电机测速器

摘要：本论文要设计一个用霍尔传感器来测量电动机的转速系统，并做出相应的仿真分析，画出原理图。为了知道电机的实际转速，需要实时监测电机轴的转速，该系统利用霍尔传感器采集脉冲信号，涉及到信号的采集，控制计数、译码、显示。论文所设计的系统用到的器件都是本专业电路中常见的器件，价格便宜，且其结构简单，原理易于掌握，但却能较精确测得电机的转速

关键词：霍尔传感器555触发器CD4511 4518 数码管

1引言

1.1电动机测速发展现状及前景

目前国内外对电动机的测速方法有很多，按照不同的理论方法，先后产生拟测速法(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，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、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．其中应用最广的是光电式，光电式测速系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点。

由于电磁测量方法灵活多样，可测参数众多，一般情况下又具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和反应快等优点，使得光电传感器在检测和制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。

1.2 研发意义

转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数，它是电动机极为重要的一个状态参数。它的测量精度将直接影响电动机其它有关参数和特性的测试，以及故障检测与诊断的准确性；在速度闭环控制系统中，测速装置属于反馈环节，转速检测的快速性和精度将直接影响系统的控制效果和动静态性能，因此转速的高精度测试具有重要的意义。电机转速测量系统可以应用于测量各种机械的转速，如冰箱压缩机、空调压缩机等等，以及其他发动机、电动机的转速测量，也可用于电机转速的反馈以控制电机平稳运行和调速。

2 总体设计方案

2.1 设计思路

利用霍尔元件作为获取电动机转速信号的拾取元件，在电动机的转盘上安装磁钢，将霍尔元件固定在适当的位置上，电动机转动一周，霍尔元件得到一个脉冲，作为电路的计数脉冲。

计数脉冲通过计数器进行计数，为了满足电路的设计要求，通过555、R、C构成的多谐振荡器进行计时，通过控制电路来实现在要求时间内对霍尔元件获取的有效转速信号进行计数。

计数电路选用十进制的计数芯片，为了使设计的电路能在要求范围内工作，必须采用四个十进制的计数器，对于译码器和数码管，选用适当的元器件。

数字转速仪电路由霍尔传感器电路、定时电路、控制电路、计数电路、译码驱动、和显示电路组成。

（1）霍尔传感器。由磁钢、开关性集成霍尔元件和电平转换电路组成。当转动部件转动时，磁块与霍尔元件相对位置发生变化，通过霍尔元件的磁通量发生变化，其输出电压也发生变化。当磁块经过霍尔元件时，输出端产生一个低电平脉冲，该脉冲周期对应转动部件的转动周期。

（2）定时电路。有555电路、R、C等组成单稳态触发器，产生60秒的信号，以脉冲信号的形式输出。在555的输出端接上一指示电路，有三极管和发光二级管组成，当555输出为“1”时，三级管道通，发光二极管开始发光，开始计数，当定时器等于60秒时，555输出为“0”，三级管截止，发光二级管熄灭，停止计数。

（3）控制电路。采用74LS00与非门。由定时器的输出信号控制传感器输出脉冲输入计数器的个数。当定时器输出为“0”时，没有计数，74LS00被封锁；当定时器输出为“1”时，74LS00被打开，传感器的输出脉冲通过74LS00进入计数器进行计数。

（4）计数电路。采用CD4518组成8421码同步十进制计数器，对控制电路的输出的脉冲信号上升沿进行触发计数。为了满足上升沿计数的要求，需要将CD4518的CP端接高电平，计数脉冲信号接EN输入端。因为CD4518内含有两个相同的计数器，可将第一级的Q3输出端接第二级的EN端，构成串行计数。

（5）译码、驱动、显示电路。对计数器的输出端得BCD码进行译码，并驱动数码显示管显示测量的转速。

定时器开始计时，555输出为高电平，T饱和导通，发光二极管发光，同时打开74LS00与非门，由传感器传来的转速计数脉冲信号通过此与非门进入计数器开始计数，并在数码管上显示。在定时时间内，555输出为高电平，控制与非门保持开门状态，当设定的时间到来时，555输出为低电平，T截止，发光二极管熄灭，同时控制电路与非门电路被封锁，转速计数脉冲信号不能通过，计数器停止计数，这时显示器上显示的就是所测的转速。

2.2 总体设计框图

图1 总体设计框图

3 设计原理分析

3.1 电源的选择

在整个电路当中，主要要选择匹配的电源的器件有霍尔传感器、555触发器、控制电路当中选择的74LS00芯片、计数器、译码驱动和数码管。元件都可以选用5V的电源作为供电电源。