直流电机测速系统

设计名称：直流电机调速及速度系统设计院系：工学院电气与信息工程系专业班级：自动化

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一、方案比较、设计与分析

1、稳压电源

直流稳压电源通过MC34063芯片所构成降压电路，把输入的24V的直流电压降为12V的直流稳压电源，为所有的电路模块和系统提供所需要的电源电压该电路的仿真图如图3所示。

图1 直流稳压电源

2、电机调速模块

脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短即通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而达到控制电动机转速的目的。

图2 占空比仿真波形

图 3 电机调速电路图

3、测速模块

方案一：霍尔传感器测量方案

霍尔传感器是利用霍尔效应进行工作的，其核心元件是根据霍尔效应原理制成的霍尔元件霍尔转速传感器其引脚封装如图3所示。在直流电机扇叶两端放置固定的互相垂直的感应接收装置A和B，在电机的扇叶上贴上磁片HA和HB，当电机转动的时候就会产生速度感应信号。

图4 霍尔元件封装图

优点：采用霍尔传感器是通过对磁场的感应，从而产生电信号脉冲的元件，霍尔元件的感应灵敏，能够比较准确的反映直流电机的转速，而且改元件的体积较小，方便使用。

方案二：光电传感器采集速度数据

转速信号由光电传感器拾取,使用时应先在直流电机的扇叶上做好光电标记,具体办法可以是:将一片白色的纸板作为光电标记,然后将光电传感器(光电头) 固定在正对光电标记的某一适当距离处。当直流电机转动时，光电头每照到一次白色的纸板，光电传感器就会产生一个脉冲信号，从而达到计数的目的。

缺点：光电感应器的感应不够灵敏，而且能够测量的距离小。

综上所述，我们使用霍尔感应器作为本设计的最佳选择方案。

4、数字速度显示装置

该装置由4518计数器、4042锁存器、4511译码器和数码管组成，首先用一片4518计数器扩展成八位二进制码的计数器，4518计数器计霍尔传感器传送过来的脉冲数目，并且每秒清零一次。把计数器输出的BCD 二进制码送入4042锁存器，该锁存信号由时钟信号发生装置产生，并且锁存信号产生在清零信号之前。4042锁存器输出的信号送入4511译码器，通过译码器之后驱动七段共阴数码管点亮，显示出直流电机的转速。

图5计数与显示系统

T

X

f 闸门信号计数脉冲

锁存信号

清零信号

图6锁存清零原理

二、 理论分析和计算

1、稳压电源参数

Uo(输出电压)：它的稳压值由R1和R2决定，其计算公式为

Uo=1.25(1+ R2/R1 )

由于Uo等于12V，所以取R2为8.6k，R1为1k

2、调速装置占空比参数占空比q=T1\T2=(R1+R2)\(R1+2R2)

取电位器为100k,R1为10k

3、定时器参数

低电平时间计算公式如为

tpl=RCln2=0.7RC

高电平时间计算公式为

tpl=(R1+R2)Cln2=0.7(R1+R2)C

脉冲时间周期为：

T=tpl+ tpl

所以去R1=R2等于47k，电容取10uf

4、单稳态触发器参数

由公式可知R1取100k，C1取10uf

R2取10k，C2取0.1uf

三、测试方法与仪器

1、使用可调的直流稳压电源为电路提供电源

2、使用万用表测量电阻电压的大小，并测量电路是否正常。

3、示波器用于测量555，单稳态触发器，霍尔元件产生的波形。

四、焊接过程

整个电路分模块焊接，首先焊接的是直流稳压电源模块，设计过程中把它设计在整块电路板的右上角，由右上角的排针输入24V直流电源，通过电源模块变换为12V直流电压。接着焊接的是电源模块的右边是时钟信号发生模块，由该模块产生锁存器的时钟信号和计数器清零的清零信号，接着在时钟信号发生模块的是速度检测与显示系统，该系统的焊接顺序为计数器、锁存器、译码器和七段共阴数码管，最后在电路板上焊接的是直流电机和速度信号采集装置，这些电路组成了直流电机调速及速度监控系统的主电路板，最后焊接的是直流电机调速系统，该系统作为一个独立模块焊接在一个独立的电路板上，最后通过导线连接到主电路板，实现整个直流电机调速及速度监控系统

五、测量数据集测试结果分析

通过测试当输入为24V是稳压电源稳定在12V，电机的电压条接可在2V到11.5V 之间变化，电流大于1A，转数0转到24转。

最终结果可以达到预期的要求。