基于单片机的转速测量系统

摘要

本论文介绍了一种基于AT89C51单片机平台,采用光电传感器进行电机转速测量的方法,介绍了该测速法的基本原理、实现步骤和软硬件设计。为了设计简单可靠的直流电机测速装置，提出了基于单片机为核心的电机转速测量系统。整个系统的构架包括转速信号的采集，光电转换及信号处理电路设计，整形驱动电路设计，复位电路设计，晶振电路设计，LED显示电路设计。整形放大电路主要是将传感器输出的不稳定的电信号转化成脉冲信号; 转速的计算利用单片机AT89C51 的定时器和计数器。根据系统编写源程序，并通过运行试验证明。该系统结构简单，测量结果稳定可靠，满足电机的测速要求。

关键词：转速测量；单片机；光电传感器；电机

Abstract

This paper introduces a platform based on AT89C51, adopt the method of photoelectric sensor to implement motor speed measurement, introduces the basic principle of the speed measuring method, implementation steps and the hardware and software design. In order to design a simple and reliable device for dc motor speed estimation, motor speed measurement system based on single chip microcomputer as the core is put forward. The architecture of the whole system including the speed signal acquisition, rotation speed signal processing, speed calculation and display. Plastic amplifying circuit is mainly the sensor output with outside noise of the unstable signal into pulse signal; Rotational speed of the calculation of AT89C51 single-chip timer and counter. Write the source program according to the system, and by running the experiment proved that the system has simple structure, stable and reliable measurement results, satisfy the requirement of the motor speed.

Keywords：Speed measurement; Single chip microcomputer; Photoelectric sensor; The motor

目录

1 概述 (1)

1.1数字化转速测量系统的发展背景 (1)

1.2 本设计课题的目的和意义 (1)

2 转速测量系统的原理与方法 (2)

2.1转速测量原理 (2)

2.2转速测量方法 (2)

3 系统方案提出和论证 (4)

3.1方案设计 (4)

3.2系统原理 (4)

4 系统硬件设计 (5)

4.1 转速信号采集 (6)

4.2光电转换及信号处理电路设计 (7)

4.2.1整形驱动电路设计 (8)

4.3单片机AT89C51介绍 (8)

4.4 最小系统的设计 (10)

4.4.1复位电路设计 (10)

4.4.2 晶振电路设计 (12)

4.5显示部分电路设计 (13)

5 系统软件设计 (15)

5.1 主程序初始化 (15)

5.2主程序流程图子程序流程图 (15)

5.3系统总程序 (16)

总结 (20)

参考文献 (21)

致 (22)

1 概述

1.1数字化转速测量系统的发展背景

目前国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，数字化测速法具有测速精度高，分辨能力强，受器件影响小的优点，被广泛应用于调速要求高，调速围大的调速系统。其中应用最广的是光电式测速系统，它具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而光电传感器的电机转速测量系统则有准确度高、采样速度快、测量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 本设计课题的目的和意义

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。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义【1】。

论文设计以单片机为中心，设计出全数字化测量转速系统，采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率，在工业控制和民用电器中都有较高使用价值。其可以应用于工业控制中的某一部分，如数控车床的电机转速检测和控制、水泵流量控制以及需要利用转速检测来进行控制的许多场合。如车辆的里程表、车速表等。其次该转速测量系统由于采用全数字化结构，因而可以很方便的和工业控制计算机进行连接，实行远程管理和控制，进一步提高现代化水平。并且，几乎不需做很大改变直接就能作为单独的使用产品。总之，转速测量系统的研究是一件非常有意义的课题【2】。这次设计容包含知识全面，对光电传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的容，显示部分等各个模块的通信和联调。全面了解单片机和信号放大的知识，进一步锻炼了在信号采集，处理，显示方面的实际工作能力。