畢業設計（論文）開題報告題目：一種基于單片機的電機轉速檢測儀設計專業：電子信息工程一、選題的背景、意義轉速在工程實踐里面是一個應用非常廣泛的參數，它的測量方法有許多種，當前，轉速測量的主要方法：模擬測量以及模擬處理技術。可是，這類方法已經不再適應現代科技發展的需求，因為在測量的范圍和測量的精度上，它已經不能滿足大多數系統的使用。伴隨著大規模級的超大規模集成電路技術的不斷發展，數字系統的測量系統已經達到了非常普遍的應用，特別是單片機對于脈沖數字信號強大的處理能力，使得全數字的測量系統越來越普及，在測量范圍和測量精度上有著非常大的提高。國內外測量電機轉速的方法有很多種。按照理論方法的不同，先后產生過一下幾種：模擬測速法（例如離心式轉速表）、同步測速法(例如閃光式頻閃測速儀)、計數測速法。其中計數測速法又可分為：機械式的定時計數法和電子式的走時計數法。傳統意義上的電機轉速檢測一般采用測速發電機或光電數字脈沖編碼器，但也有采用其他方式的，例如：電磁式(利用電磁感應原理或可變磁阻的霍爾元件)、電容式(對高振蕩進行幅值調制或頻率調制)，以及一些特殊的測速器（利用基于置于旋轉體之內的放射性材料來發生脈沖信號的）。其中應用最為廣泛的是光電式。光電式測量系統具有傲性低、噪聲低、分辨率高、精度高等優點加之激光光源、光學碼盤、光柵、光導纖維等的相繼出現和成功應用，使光電傳感器在檢測領域得到了非常廣泛的應用。因為采用光電傳感器制作的電機轉速測量系統具有測量準確度高、采樣速度快、測量范圍寬以及測量精度和被測的轉速無關等諸多優點，故而具有非常廣闊的應用前景。當前檢測電機轉速的方法普遍都采用了以單片機為核心的方式。利用單片機對電機的轉速進行測量不但精確度高而且非常簡便。不但使系統的測量準確方便，還可以使得系統的檢測進一步開發變的更為容易。而且該方式測速得到的數據準確、精度高，體積小、性價比高、使用非常方便。具有測量精度高，實時性好，顯示直觀等優點，因為其抗干擾能力較強，使用維護及安裝較為方便，投資較為地節省，測速的效果也較好，故而尤其適合在測量的環境比較惡劣的情況下使用，因次該方法測速具有較高的實用價值和市場前景。基于單片機檢測電機轉速在工業的檢測和民用的電器中都有很高的使用價值，轉速測量系統一般都采用數字化結構，故而可以非常方便的和工業的控制計算機進行鏈接，從而能實現遠程地管理，進一步地提高現代化的水平。伴隨著現代化的生產規模不斷地擴大，各個行業對測速方法德需求愈益地增加，并且對其性能也提出了更高的要求。研究并且制造出高性能、高可靠性的電機轉速的檢測系統具有十分重要的意義。二、相關研究的最新成果及動態從本世紀開始，國內外的電機檢測系統正朝著高精度、高智能化，小型化等方面發展。目前，基于單片機的電機轉速檢測系統目前已經廣泛地應用于數控機床、工業機器人等工廠的自動化設備中。智能化的轉速測量可以對電機的轉速進行高精度地自動測量，電機在運轉的過程中，需對其平穩性進行監測，實時的轉速測量可以有效地反映出電機的運轉情況。而且它具有結構簡單、運行可靠、功能齊全、成本低、體積小、測量范圍寬等諸多優點。伴隨著微型計算機的廣泛應用，特別是高性價比的單片機地涌現。為了能精確地測量轉速的同時還保證測量的實時性，轉速測量普遍采用了以基于單片機為核心的數字式、智能化的微電腦代替了半機械式或模擬量結構。隨著電子技術和計算機技術的持續發展,測量系統也逐步向著智能化轉變。而且測量速度快、精度高、運行可靠，能滿足人們對速度準確性和實時性的要求。當前，美國Microchip公司推出的PIC單片機系列，以其完善的性能、強大功能、開發應用方便、開機界面友好等突出的優點，在以單片機核心的電機轉速檢測等領域得到了廣泛的應用。TI公司推出的16位MSP單片機系列以其電壓低、功耗低、處理能力強等諸多優點在電機轉速測量中得到了非常廣泛的應用。用單片機為核心的電機轉速檢測系統具有功能強、體積小、可靠性高、應用簡單靈活等一點。因此使用非常的廣泛，它將強有力地推動各行各業的技術發展及更新換代。電機轉速檢測的系統采用基于單片機為核心的形式，可以節約人力資源和降低系統的成本，從而有效的提高工作的效率，能夠實現復雜的測量。因其靈活性和適應性好，無零點漂移，測量精密高，故而能夠提供人機界面，多機聯網工作等。利用單片機對電機的轉速來進行測量具有測速準確、精度高、體積小、性價比高、使用方便等優點，因而具有較高的實用價值及市場前景。今后各行各業對其需求將會日益地增加。電機轉速檢測的發展將會受到越來越多用戶的關注，隨著市場對其需求的不斷增加，電機轉速檢測正朝著高智能化，高精確，高穩定性等方向發展。當前強大的系統功能、豐富的外圍資源、良好的開發界面和在線的調試功能，無疑會引領單片機檢測電機轉速引入一個新的時代。3課題的研究內容及擬采取的研究方法（技術路線）、研究難點及預期達到的目標1.研究內容： 設計一種用8051單片機實現的電機轉速檢測的裝置，研究轉速測量的原理及檢測系統的軟硬件設計，能夠保證在高速、低速輪速測量的精度，使得在低速測量時有很好的實時性，具有應用價值。2.技術目標：以AT89C52單片機作為核心控制單元，設計包括以下：

a).硬件電路的設計。包括測量電路，調理電路，AD采樣電路，控制單元電路、輸出電路，電源模塊等。

b).通過對單片機編程，在LCD液晶上實現測量信號的動態實時顯示，顯示轉速等相關參數。

3.研究方法目前測量轉速的方法主要有三種：1、測周期法（T法）轉速可以用兩脈沖產生的間隔寬度Tp來決定，用來采集數據的葉片，一般有很多扇葉片。如果有N個扇葉片，那么測量的時間是每轉的1/N。如圖2.2所示，就是T法脈寬測最。Tp通過定時器測得，定時器對時基脈沖(頻率為fe)進行計數定時，在Tp內計數值若為m2，那么計算公式為：P為轉軸轉一周脈沖發生器發生的脈沖數fc為硬件牛產生的時基脈沖頻率，單位為HzN為轉速，單位：rpmM2為時基脈沖由上圖2.2可知，T法測量的精度誤差主要有兩個方面：兩脈沖的上升沿觸發時間不一致；計數和定時不一致。這種方法在測量低轉速時精度很高，但隨著轉速增加，精度會慢慢變差。2、測頻法(M法)在一定測量時間T內，測量脈沖發生器所產生的脈沖數ml來測量轉速。測量精度由于定時時間T和脈沖不能保證嚴格同步，以及在T內也許不能測量外部脈沖的完整周期，產生的一個脈沖具有量化變差。因此，為了提高測量的精度，T要足夠的長，定時時間可以根據測量的對象情況來預先設置。3、測頻測周期法(M/T法)所謂的測頻測周期法，就是綜合了T、M法分別對高、低轉速測量。利用各自的優點而產生的方法，精度高于兩者之間。考慮到傳感器的結構、安裝以及測速的范圍和環境條件等方面的適用性；以及二次儀表的要求，顯示以及控制、通訊、遠傳方面的要求，利用傳感器來對電機轉速進行采集。目前可以采用霍爾傳感器的測量方案和光電傳感器的測量方案。1、霍爾傳感器測量方案：霍爾傳感器是利用霍爾效應來進行工作，其核心的元件是根據霍爾效應的原理所制成的霍爾元件。由霍爾效應原理可知：霍爾片處于磁場中，并且在垂直于磁場的方向上通以電流時，霍爾片上和電流與磁場垂直的方向將會產生霍爾電勢差V=KBI，當通過霍爾片的電流恒定不變時，改變磁場的大小，就可以改變霍爾電勢差。在電機的外殼附近的漏磁通會因電樞轉動而引起變化。由于傳感器的輸出電壓信號穩定。所以只要磁場存在，霍爾元件總是能產生相同大小的電壓。即使在低轉速的情況下，仍能獲得較高的檢測準確度。并且輸出電壓的信號的大小和轉速無關，轉子轉動的過程中引起的定子磁通會發生變化，霍爾元件輸出的信號無需經過放大，可以整形后直接送入單片機來進行處理，從而得到電機轉速。將傳感器與繞組相連，當電機開始轉動時，傳感器會輸出脈沖，脈沖個數取決于繞組數，采集的信號經過信號處理之后就可以直接送給單片機，經過單片機處理之后，送LCD進行顯示。2、光電傳感器測量方案：整個的測量系統的組成框圖如圖2.6所示。從圖中可見，轉子由一直流的調速電機驅動，可以實現較大轉速范圍內的無級調速。轉速信號由光電傳感器拾取，使用時應該先在轉子上做好光電標記，具體辦法可以是：將轉子表面擦干凈后再用黑漆(或黑色的膠布)全部涂黑，再將一塊反光材料貼在其上作為光電標記，然后將光電傳感器(光電頭)固定在正對光電標記的某一個適當的距離處。光電頭采用低功耗高亮度的LCD，光源是高可靠性的可見紅光，無論黑夜還是白天還是背景光較有很大范圍的改變都不會影響接收的效果。光電頭包含有前置的電路，輸出0一5V的脈沖信號。接到單片機89C51的相應管腳上，通過89C51內部定時/計數器T0、T1及相應的程序設計，組成一個數字式的轉速的測量系統。光電傳感器的方案：線性度好、噪音小、分辨率高、精度高。霍爾傳感器：結構簡單，量程大，測量裝置體積小，環境適應能力強，霍爾元件輸出的信號無需經過放大，就可以直接整形后送入單片機進行處理而得到電機的轉速，但采用霍爾傳感器在信號采樣的時候，會出現采樣不精確。因為它是靠磁性感應采集脈沖的，使用時間長了就會出現磁性變小的情況，嚴重影響脈沖的采樣精度。綜合以上所訴，轉速測量系統采用以下幾個部分組成：轉速信號采集、整形和倍頻、單片機、頻率計、驅動電路、顯示部分。采集的信號經過信號處理之后傳送給單片機，再經過單片機處理之后，由LCD進行顯示。1、轉速信號采集轉速信號采集時整個系統的前端通道，目的就是將外界的非電參量通過一種特定方式轉換成電量，這一環節可以通過傳感器來實現。方法如下：將敏感元件和相應的測量電路、傳遞機構用適當的形式制成不同的類型、不同用處的傳感器，再根據原理輸出電量。該電量可以是模擬量、數字量、開關量。2、整形、倍頻前向的通道中，從傳感器輸出的信號必須經過轉換成計算機輸入鎖要求的信號，因為信號的調節電路與傳感器的選擇、現場的干擾程度等，都會影響信號的質量。而脈沖信號的上升沿和下降沿對數字電路的觸發更為重要。因此，一般需要先對信號進行整形。而倍頻電路主要用于解決低轉速時測量的精度問題。3、單片機單片機是整個測量系統的核心部分，擔負著對前端，脈沖信號的處理、計算、以及信號的同步、計時等任務。其次，將測量的數據經過計算之后，把得到的轉速值送LCD進行顯示。4、驅動電路主電路和控制電路之間，用來對控制電路的信號進行放大的中間電路（即放大控制電路的信號使其能夠驅動功率晶體管）5，顯示由于LCD液晶具有高亮度，可靠性好等優點，工業測速系統中，常用LCD液晶作為顯示輸出。3.技術難點：1.系統的整合。2.高精度轉速測量。4.預期目標：針對系統需求進行硬件設計，繪制系統原理圖并根據原理圖設計PCB板，完成整個硬件系統的搭建及系統調試工作。研究單片機的體系結構、匯編指令集及使用單片機的開發工具鏈、編程與調試環境進行開發調試。將系統進行整體的調試，并加以改進，保證系統能正常運行。4研究工作詳細工作進度和安排1）2010年12月1日--2011年1月10日

閱讀相關文獻，查找、分析資料，完成開題報告、文獻綜述、外文翻譯的撰寫

2）2011年2月28日--3月5日，明確功能需求與性能需求

3）2011年3月5日--4月15日

進行總體設計，對系統各模塊功能設計

4）2011年4月15日--5月31日

完成畢業論文撰寫

5）2011年5月27日--5月29日

論文答辯5參考文獻[1].何立民.單片機應用技術選編.北京：北京航空航天大學出版社，1997，10[2].張有德.單片微機原理、應用與實驗.上海:復旦大學出版社，1997，8[3].李朝青.單片機&DSP外圍數字IC技術手冊.北京:北京航空航天大學出版社，1998，4[4].梁廷貴、王裕琛.現代集成電路實用手冊.北京:科學技術文獻出版社，1999，6[5].于海生.微型計算機控制技術選編.北京：清華大學出版社，1999.3[6].徐愛鈞.智能化測量控制儀表原理與設計.北京：北京航空航天大學出版社，1995.11[7].周興華.手把手教你學單片機.北京：北京航空航天大學出版社，1996，7[8].神龍工作室.Protel2004實用培訓教程.北京：人民郵電出版社，1995，1[9].扈嘯，周旭升編著.單片機數據通信技術從入門到精通.西安：西安電子科技大學出版社，2002，9[10]肖斌.高精確度數字式轉速測量技術的研究[J].華北航