.目錄第1章概述11.1研究意義11.2開展現狀與應用領域1第2章工作原理32.1設計思路32.2器件選擇32.3主控單元5第3章軟件設計73.1語言的選用73.2程序設計流程圖7第4章仿真分析84.1仿真電路84.2程序編譯84.3仿真結果8結論10參考文獻11.第1章概述1.1研究意義一種量大面廣的產品，廣泛應用于國民經濟的各個行業中。而電機的生產王國正在由日本轉移到中國，尤其是和珠三角地區。省市區就有大大小小的電機生產廠家上百家，每年生產上億臺電機，同時有許多家電生產廠家，家電中也要大量用到電機，不管是電機生產廠家，還是將電機作為它們的產品中的零部件的廠家，要將它們的產品打到國際市場上，迫切需要IS09002認證，IS09002要求生產產品所用的零部件以及最終的產品都要經過本單位的質量檢測，也就是說，在，每年要檢測幾億個電機，對電機的測試儀的需求非常迫切。電機測試的參數主要有：效率、功率因數、定子輸入電流、轉矩、轉速等，本課題主要研究轉速的測量。轉速是各類電機運行中的一個重要物理量，如何準確、快速而又方便地測量電機轉速，極為重要。目前國外常用的轉速測量方法有離心式轉速表測速法、測速發電機測速法、閃光測速法、光電碼盤測速法和霍爾元件測速法。在這五種測速方法中，離心式轉速表測速法和測速發電機測速法所用的都是現成的測速儀表，容易得到。但轉速表或測速機都要與電機同軸連接，一方面增加了電機機組安裝難度，另一方面有些微電機功率很小，轉速表或測速機消耗的功率占了微電機大局部，更有甚者微電機甚至拖不動這些儀表，所以對微電機的測速，這二種方法不適用。霍爾元件測速法和光電碼盤測速法的測速方法根本類似，都是在轉軸上裝一個很輕巧的傳感器，將電機的轉動信號通過磁(霍爾元件)或光(光電碼盤)轉換為電脈沖，從而通過計算電脈沖的個數來測速。閃光測速法目前實際應用不廣泛，主要是光源的問題。本課題研究的是其中的光電碼盤測速法。1.2開展現狀與應用領域轉速是各類電機運行中的一個重要物理量，如何準確、快速而又方便地測量電機轉速，極為重要。目前國外常用的轉速測量方法有離心式轉速表測速法、測速發電機測速法、閃光測速法、光電碼盤測速法和霍爾元件測速法。(1)離心式轉速表測速法離心式轉速表是利用離心原理制成的測速儀表，可以直接讀出轉速。測轉速時，轉速表的端頭要插入電機轉軸的中心孔，插入前，應注意去除中心孔中的油.污，并使轉速表的軸與電機的軸保持同心，不可上下左右偏斜，否則易將表軸扭壞，并影響準確讀數，而且轉速表要間歇使用，以減少磨損和發熱。如果要改變量程，還要將轉速表取出停轉后再改變量程。(2)測速發電機測速法測速發電機測轉速時，測速發電機連接到被測電機的軸端，將被測電機的機械轉速變換為電壓信號輸出E=CeFn，在輸出端接一個刻度以轉速為單位的電壓表，即可讀出轉速。(3)閃光測速法閃光測速法是利用可調脈沖頻率的專用電源施加于閃光燈上，將閃光燈的燈光照到電機轉動局部(可在電機端軸上粘貼一標記紙片)，當調整脈沖頻率使黑色扇形片靜止不動時，此時脈沖的頻率是與電機轉動的轉速是同步的。假設脈沖頻率為f，則電機的轉速為n=60f(r／min)。(4)光電碼盤測速法光電碼盤測速法是通過測出轉速信號的頻率或周期來測量電機轉速的一種無接觸測速法。光電碼盤安裝在轉子端軸上，隨著電機的轉動，光電碼盤也跟著一起轉動，如果有一個固定光源照射在碼盤上，則可利用光敏元件來接收到的光的次數就是碼盤的編碼數。假設編碼數為60，測量時間為t，測量到的脈沖數為N，則n=N/t。(5)霍爾元件測速法霍爾元件測速法是利用霍爾開關元件測轉速的。霍爾開關元件含穩壓電路、霍爾電勢發生器、放大器、施密特觸發器和輸出電路。輸出電平與TTL電平兼容，在電機轉軸上裝一個圓盤，圓盤上裝假設干對小磁鋼，小磁鋼越多，分辨率越高，霍爾開關固定在小磁鋼附近，當電機轉動時，每當一個小磁鋼轉過霍爾開關，霍爾開關便輸出一個脈沖，計算出單位時間的脈沖數，即可確定旋轉體的轉速。在這五種測速方法中，離心式轉速表測速法和測速發電機測速法所用的都是現成的測速儀表，容易得到。但轉速表或測速機都要與電機同軸連接，一方面增加了電機機組安裝難度，另一方面有些微電機功率很小，轉速表或測速機消耗的功率占了微電機大局部，更有甚者微電機甚至拖不動這些儀表，所以對微電機的測速，這二種方法不適用。霍爾元件測速法和光電碼盤測速法的測速方法根本類似，都是在轉軸上裝一個很輕巧的傳感器，將電機的轉動信號通過磁(霍爾元件)或光(光電碼盤)轉換為電脈沖，從而通過計算電脈沖的個數來測速。閃光測速法目前實際應用不廣泛，主要是光源的問題。本課題研究的是其中的光電碼盤測速法。.第2章工作原理2.1設計思路系統主要由AT89S52單片機處理系統、電機、傳感器檢測單元、信號處理單元和顯示系統等幾個局部組成如圖2-1所示。信單號片轉采機顯集處動示系及理電統其電路處路理圖2-1系統構造2.2器件選擇2.2.1信號采集及其處理單元本設計中采用對射式光電傳感器測量電機轉速。當不透光的物體擋住發射與接收之間的間隙時，開關管關斷，反之翻開。可以制作一個遮光葉片如圖2-3所示，安裝在電機轉軸上，當葉片轉動時，光電開關產生脈沖信號。當葉片數較多時，旋轉一周可以獲得多個脈沖信號。假設系統采用10個葉片，在一秒鐘的產生了100脈沖，則電機的轉速就為10r/s。圖2-2傳感器圖2-3轉盤2.2.2轉速測量原理本設計采用頻率測量法，其測量原理為，在固定的測量時間，計取轉速傳感器發生的脈沖個數〔即頻率〕，從而算出實際轉速。設固定的測量時間T〔min〕，.計數器計取的脈沖個數m1，假定脈沖發生器每轉輸出p個脈沖，對應被測轉速為N〔r/min〕，就可算出實際轉速值N=60m1/pT。2.2.3檢測裝置安裝此檢測裝置按照發動機上傳感器的實際安裝位置進展安裝。如圖2-4，將信號盤固定在電動機轉軸上，光電轉速傳感器正對著信號盤。光電轉速傳感器接有4根導線，用于連接發光二極管和光敏三極管，其中發光二極管的紅線連接其正極，綠線連接其負極，光敏三級管的紅線連接其集電極，綠線連接其發射極。測量頭由光電轉速傳感器組成，而且測量頭兩端的距離與信號盤的距離相等。測量用器件封裝后，固定裝在貼近信號盤的位置，當信號盤轉動時，光電元件即可輸出正負交替的周期性脈沖信號。信號盤旋轉一周產生的脈沖數，等于其上的齒數。因此，脈沖信號的頻率大小就反映了信號盤轉速的上下。該裝置的優點是輸出信號的幅值與轉速無關，而且可測轉速圍大，一般為1r/s～104r/s以上，準確度高。圖2-4轉速檢測裝置2.2.4信號處理電路被測物理量經過傳感器變換后，變為電阻、電流、電壓、電感等*種電參數的變化值。為了進展信號的分析、處理、顯示和記錄，須對信號作放大、運算、分析等處理，這就引入了中間變化電路。根據系統需要設計了如圖2-5所示的中間變換電路。其中，R1、R4起限流作用，R2起分流作用，R3為輸出電阻。當轉盤上的梯形孔旋轉至與光電開關的透光位置重合時，輸出低電平；當通光孔被遮住時，輸出高電平。圖2-5電路圖目前，光電開關已被用作物位檢測、液位控制、產品計數、寬度判別、速度檢測、定長剪切、孔洞識別、信號延時、自動門傳感、色標檢出、沖床和剪切機以及平安防護等諸多領域。此外，利用紅外線的隱蔽性，還可在銀行、倉庫、商店、辦公室以及其它需要的場合作為防盜戒備之用。光電開關把發射端和接收端之間光的強弱變化轉化為電流的變化以到達探測的目的。由于光電開關輸出回路和輸入回路是電隔離的〔即電緣絕〕，所以它可以在許多場合得到應用。光電傳感器具有線性度好、分辨率高、噪音小和精度高、無觸點、無機械碰撞、響應快、控制精度高，而且能識別色標等優點，在此我們選擇光電轉速傳感器來進展轉速的檢測。.2.3主控單元2.3.1單片機處理電路如下列圖所示，*1為12MHz的晶振，9口為復位接口，通過開關控制。用于測量轉速的脈沖通過P3.5/T1輸入單片機，用AT89S52的定時計數器T1對脈沖信號進展計數，用定時計數器T0進展定時，每10ms產生一個中斷對1602LCD液晶顯示屏進展刷新，產生100個中斷后〔即1s〕，進展一次轉速處理，再通過單片機對T1的脈沖數進展運算轉換后，用1602LCD液晶顯示屏顯示電機的轉速。如圖2-6所示：圖2-6AT89S52單片機處理電路2.3.2時鐘電路單片機各功能部件的運行都是以時鐘控制信號為基準，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機系統的穩定性。本設計中此采用部時鐘方式，如圖2-7所示，以石英晶體振蕩器和兩個片電容組成外部振蕩源。片的高增益反相放大器通過*TAL1、*TAL2外接，作為反響元件的片外晶體振蕩器與電容組成的并聯諧振回路構成一個自激振蕩器，向部時鐘電路提供振蕩時鐘。振蕩器的頻率取決于晶振的振蕩頻率，振蕩頻率圍為1.2—12MHz。工程應用時通常采用6MHz或12MHz。圖中*1為12MHz，電容C2、C4為33pF，它們一起構成此單片機的自激振蕩器。圖2-7時鐘電路連接圖2.3.3復位電路單片機的RST引腳為復位〔Reset〕端。當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現持續兩個機器周期的低電平，就可以實現系統復位，使單片機回到初始狀態。如圖10所示，本設計采用手動復位，用一個電容與一個10K電阻串聯組成，電阻接VCC，電容接地，RESET腳接在它們中間，RC選擇10uF，按鍵與200R電阻串聯，在電容兩端并聯，就成了按鍵復位電路，未上電時，RST端為高電平，只要按下這個按鍵，RST端轉換為低電平，經過兩個機器周期后，單片機就能復位。圖2-8AT89S52單片機處理電路.2.3.4雙耦合原理判斷電機的正反轉根據兩個光電傳感器輸出的相位〔也就是兩個光線出現的先后〕就可以判斷轉向。在增量編碼器部輸出就是使用這個理論來處理轉向的信息。2.3.5液晶顯示模塊電路圖2-9是液晶模塊LCD1602與單片機的接口電路。液晶模塊的1腳和2腳分別接入電源的地和電源。3~10腳分別接單片機的8個P2口。11、13腳接單片機P3.0、P3.2，12腳接地，表示LCD的使能，是讀取還是寫入信號，是傳輸數據還是將指令由單片機部程序作用實現。14腳通過一個10K可調電阻接地，使得LCD的顯示的比照度適中，防止由于比照度過高產生"鬼影〞。圖2-91602液晶顯示模塊電路原理圖.第3章軟件設計3.1語言的選用本設計中采用的處理器是AT89S52單片機，由此可采用面向MCS-51的程序設計語言，包括ASM51匯編語言和C51高級語言，這兩種語言各有特點。匯編語言更接近機器語言，常用來編制與系統硬件相關的程序，如訪問I/O端口、中斷處理程序、實時控制程序、實時通信程序等；而數學運算程序則適合用C51高級語言編寫，因為用高級語言編寫運算程序可提高編程效率和應用程序的可靠性。C語言是一種通用的計算機程序設計語言，在國際上十分流行，它即可用來編寫計算機系統程序，也可以用來編寫一般的應用程序。以前計算機的系統軟件主要是用匯編語言編寫的，對于單片機應用系統來說更是如此。由于匯編語言程序的可讀性和可移植性都較差，采用匯編語言編寫單片機應用程序的周期長，而且調試和排錯也比擬困難。C語言具有很好的可移植性和硬件控制能力，表達和運算能力也較強。3.2程序設計流程圖本系統用計數程序采集信號脈沖，用定時器產生中斷，對1602LCD液晶顯示屏刷新和緩沖區數據進展更新，輔以1602LCD液晶顯示屏進展顯示。計數程序流程說明：將定時器設置為方式1，對外部脈沖進展計數，并判斷Flag_clac的值。當Flag_calc=1時，將脈沖的數值由十六進制轉換成十進制，按轉速轉換公式轉換后，載入數據緩沖區。定時器程序說明：定時器設置為方式1，定時10ms。當定時到達10ms時，產生中斷，對1602LCD液晶顯示屏進展刷新，顯示轉速，并使時間計數標志T加1。當時間計數標志T=500時，使Flag_calc置1，取出計數器在此時間計算的脈沖數，通過轉速計算程序計算得出轉速值后，存入數據緩沖區，供1602LCD液晶顯示屏顯示使用。NY

開場圖3-1定時顯示程序流程圖初始化.第4章仿真分析4.1仿真電路圖4-1電機測轉速電路圖4.2程序編譯與以往的80C51單片機不同，AT89S52具有在線調試和下載功能，它由支持AT89S52的開發工具包KeiluVersion4.0開發系統來提供。也就是說，在用戶系統保存AT89S52的情況下，通過開發系統與AT89S52的串行接口通信，直接對用戶系統進展調試，并在調試完成后將調試好的程序下載到AT89S52中。KeiluVersion4.0開發系統提供四項功能：編譯、下載、調試和模擬，分別由KeiluVersion4.0提供的編譯器、在線串行下載器、調試器和模擬器來實現。KeiluVersion4.0編譯器可在Windows操作系統下直接使用，編譯C語言源程序，并生成16進制文件和列表文件。調試器采用Windows系統，允許用戶使用AT89S52的UART串行接口在芯片上調試代碼執行。在典型調試對話中，調試器提供對片所有外圍設備的訪問、單步和設置斷點的代碼執行控制方式。模擬器采用Windows系統，能完全模擬AT89S52的所有功能。模擬器使用簡單，結合了許多標準調試特征，包括多斷點、單步以及代碼執行跟蹤等能力。4.3仿真結果4.3.1光電耦合電路仿真用脈沖電壓源實現發光二極管的有頻率的亮暗，實現電機上轉盤遮擋光線的效果。仿真電路如下：圖4-2光電耦合電路仿真結果為：圖4-3光電耦合電路仿真結果可見電路可以正常輸出一個方波。.4.3.2放大電路仿真此放大電路的R=2kΩ、R=1.8kΩ、R=18kΩ。由U=〔1+R/R〕U=10U可得1 2 3 o 3 1 i i次放大倍數應為10。此仿真由函數信號發生器輸出一個頻率為100Hz、占空比為50%、振幅為10Vp的方波，最后由示波器輸出結果。仿真電路圖如下：圖4-4放大電路仿真后的結果為圖4-5。圖4-5仿真波形從仿真結果圖4-5可以看出，當輸入的電壓值為505.197mV時，輸出結果為5.051V，可得放大倍數約等于10與預設值一樣。4.3.3耦合和放大電路仿真將耦合電路和放大電路連在一起后，同樣用脈沖電壓源實現轉盤遮光效果，然后用示波器顯示結果。電路圖如下：圖4-6耦合和放大電路和在一起的電路圖仿真結果為：圖4-7耦合和放大電路和在一起的電路的仿真結果從圖可以看出耦合電路產生的方波被放大電路正常放大。4.3.4單片機調試通過葉片在對射式傳感器間轉動，得到光電開關產生脈沖信號，再經過脈沖信號處理電路，輸入單片機的T1外部脈沖計數口〔即P3.5口〕，由單片機處理得出轉速后，連接1602LCD液晶顯示屏顯示轉速。對電機的轉速進展測量，以單片機為核心對光電開關產生的數字信號進展運算，從而測得電機的轉速，然后用1602LCD液晶顯示屏把電機的轉速顯示出來。即通過光電開關將電機的轉數轉換成0，1的數字量，只要轉軸每旋轉一周，產生一個或固定的多個脈沖，并將脈沖送入單片機中進展計數和計算，就可獲得轉速的信息，實物圖如下。圖4-8未測速時圖4-9測速時.結論本設計利用對射式光電開關采集轉速信號，通過信號處理電路得到適合的脈沖后，輸入單片機進展處理、計算，得出實際的轉速值，輔以1602LCD液晶顯示屏顯示。本設計存在的問題：〔1〕系統選擇位數最多的定時/計數器工作方式1〔為16位〕，但仍有其局限性。此計數器的最大計數脈沖數為63336〔216〕，假設每秒鐘計算一次，則當1秒外部脈沖的輸入數超過65536個時，計數器會溢出，從而產生中斷，使得測出的轉速值小于實際的轉速值。根據轉速計算方法〔假設轉盤齒數為10〕，Vma*=65536*60s/〔10*1〕=39321r/min，所以本系統不能測量圍不能超過此值。〔2〕通過T1計數時，單片機每讀取一個脈沖至少需3要個機器周期的時間來完成。本系統采用的晶振為12MHz，所以一個機器周期Tcy=12/f=1us。假設要使單