直流电机调速(速度环)

测量电机转速方法主要采用测速发电机和光电编码器两种形式。

直流测速发电机由永久磁铁与感应线圈组成，用电枢获取速度信号。它具有灵敏度高、结构简单等特点，常用于高精度低速伺服系统，也可与永磁式直流电动机组成低速脉宽调速系统。直流测速发电机的输出信号是与输入轴的转速成正比的直流电压信号(模拟信号)，信号幅度大，信号调理电路简单。由于输出电压信号有波纹，一般需要配置滤波电路。光电编码器（增量式）主要由旋转孔盘和光电器件组成。它具有体积小、使用方便、测量精度高等特点，常与直流电机配合使用构成脉宽调速系统。

增量式光电编码器输出的是与转角成比例的增量脉冲信号，可以通过脉冲计数获得角位置信号，也可以定时取样脉冲数的增量实现角速度测量。因此，可以同时测量转角和转速（数字信号）。

使用光电编码器来测量电机的转速，可以利用定时器/计数器配合光电编码器的输出脉冲信号来测量电机的转速。具体的测速方法有M法、T法和M/T法3种。

1．M法在一定的时间Tc测区旋转编码器的脉冲个数M1，用以计算这段时间的平均转速，称作M法测速。M法又称之为测频法

2．T法测速是在编码器两个相邻输出脉冲的间隔时间，用一个计数器对一直的频率为fo的高频始终脉冲进行计数，并由此计算转速。

3．M/T法是把M法和T法结合起来，既检测Tc 时间旋转编码器输出的脉冲个数M1,又检测同一时间间隔的高频时钟脉冲的个数M2，用来计算转速。

光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲

或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器的工作原理如图所示，在圆盘上有规则地刻有透光和不透光的线条，在圆盘两侧，安放发光元件和光敏元件。当圆盘旋转时，光敏元件接收的光通量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经过整形后变为脉冲，码盘上有之相标志，每转一圈输出一个脉冲。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90°的两路脉冲信号，如图所示。

根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。

1．增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B 两组脉冲相位差90°，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。

2．绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（莱码）方式进行光电转换的。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是：

（1）可以直接读出角度坐标的绝对值；

（2）没有累积误差；

（3）电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等多种。

3．混合式绝对值编码器，它输出两组信息：一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。

光电编码器是一种角度（角速度）检测装置，它将输入给轴的角度量，利用光电

转换原理转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠,接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。

一、增量型旋转编码器

轴的每转动一周，增量型编码器提供一定数量的脉冲。周期性的测量或者单位时间的脉冲计数可以用来测量移动的速度。如果在一个参考点后面脉冲数被累加，计算值就代表了转动角度或行程的参数。双通道编码器输出脉冲A、B之间相差为90°，能使接收脉冲的电子设备接收轴的旋转感应信号，因此可用来实现双向的定位控制；另外，三通道增量型旋转编码器每一圈产生一个称之为零位信号的脉冲（Z）。

二、增量型绝对值旋转编码器

绝对值编码器为每一个轴的位置提供一个独一无二的编码数字值。特别是在定位控制应用中，绝对值编码器减轻了电子接收设备的计算任务，从而省去了复杂的和昂贵的输入装置：而且，当机器合上电源或电源故障后再接通电源，不需要回到位置参考点，就可利用当前的位置值。单圈绝对值编码器把轴细分成规定数量的测量步，最大的分辨率为13位，这就意味着最大可区分8192个位置+多圈绝对值编码器不仅能在一圈测量角位移，而且能够用多步齿轮测量圈数。多圈的圈数为12位，也就是说最大4096圈可以被识别。总的分辨率可达到25位或者33，554，432个测量步数。并行绝对值旋转编码器传输位置值到估算电子装置通过几根电缆并行传送。假设串行绝对值编码器，输出数据可以用标准的接口和标准化的协议传送，同时在过去点对点的连接实现了串行数据传送。

RD端口的RD0-7和RE端口的RE0-2是与LCD模块连接，主要是从PIC单片机输出数据或指令到LCD模块，因此可以将其全部设置为输出方向；另外，由于RE0-2上电复位默认为模拟输入口，不是数字I/O口，因此需要对ADCON1控制寄存器配置RE0-2为数字I/O口。由于RB端口接有3个按键K1-3和INT0外部中断信号输入，因此需要将RB端口配置成带有上拉功能的输入端口，可以启用RB部弱上拉。P1A和P1B是PWM信号的输出，应将R1A和R1B配置成输出引脚。

P1A和P1B分别接在L298的IN3和IN4引脚上来控制电机正反转并实现对电机的调速。此时，必须将ECCP模块初始化在PWM模式下，并且采用周期相同。

放大电路的连接电路

IR2111外围电路如图所示。单片机输出的PWM 信号经光耦PC817后，输出至IR2111输入端，此处的光耦对PWM 信号起到隔离、电平转换和功率放大的作用。图中，1R 、2R 为光耦上拉电阻，其值根据所用光耦的输入和输出地电流参数决定：1C 为电容滤波电容，2C 为自举二极管，3R 、4R 为栅极驱动电阻。

键盘输入电路

转速测量电路设计

一个完善的闭环系统，其定位精度和测量精度主要由测量元件决定，因此，高精度的测量转速对测量元件的质量要求相当高。光电编码器是现代系统中必不可少的一种数字式速度测量元件，被广泛应用于微处理器控制的闭环控制系统中。