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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 题目转速测量系统的讨论Title Research of the measuring system of the rotational speed指导老师：卢万欣设计者：刘 建1 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘 要本次设计的转速测量系统结构简洁,抗干扰才能强,适合应用于 各种测量转速的电路中；在设计电路中利用霍尔传感器对被测物体转速进行检测；该系统 采纳霍尔传感器 UGN3144把转速信息转换为电压信号,输出电压经整 形电路送入单片机 T0 口, 采
2、纳软件处理运算出被测物体的转速 , 将被测结果过单片机的串行通讯口送入四位7 段 LED 显示器显示测量结果；在电路中加入键盘部分,可以通过键盘掌握 DAC0832的输出电压来调节电机转速快慢；文中阐述了构成该系统的原理、硬件的实现方法和软件的实现方法,仍给出各部分的原理框图、电路图及转速测量的程序流程图；关键词：转速监测系统A/D 转换器霍尔传感器2 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - Abstract The design of measuring system of the rotational sp
3、eed not only has a simple structure but also has a strong ability of resist the interference. It has an extensive application in measuring system of the rotational speed. In this design of a rotate speed measure system, that use Hall sensor. In thisdesign, it adopts the Hall sensor UGN314change rota
4、te speed information into voltage outputting, and send the result into the microcomputer for processing the data. It use four seven-segment LED show the result of measurement. Increase the keyboard circuit in the design, it can use the keyboard control the output voltage of DAC0832, it can control t
5、he rotate speed measure system. In the design it narrate the theory of the measuring system of the rotational speed, how to use the hardware circuit and the software circuit achieve the design. In this design it also narrate some circuit and the flow of the circuit of the whole theory of the design
6、of measuring system of the rotational speedKey words: rotational speed monitor system, A/D converter Hall sensor 3 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录摘要 Abstract 第一章绪论 1 其次章总体方案设计 2 2.1 方案论证 2 2.2 详细设计方案 4 第三章硬件电路的设计 5 3.1 传感器的挑选 5 3.2 霍尔式传感器的组成与基本特性 7 3.3 集成霍尔传感器 9 3.4
7、 信号处理电路 12 3.5 电机调速部分 17 3.6 键盘、显示器部分 21 第四章软件部分系统地实现 25 4.1 总体设计思想 25 4.2 软件的详细实现 26 结论 27 致谢 28 参考文献 29 I / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章绪论随着科学技术的飞速进展,在工业的实时掌握中,在各种机械设 备中掌握转速的应用逐步增多；由于转速掌握对系统的稳固性有着至 关重要的影响 , 转速的检测与掌握在工业掌握中占有很大的比重；为了精确明白工作的情形并加以实时掌握,对转速的检测与掌握是非常必 要
8、的；目前,虽然在市面上有一些转速测量仪,但它的体积相对巨大、结构复杂、价格比较昂贵,不适用于对体积小的仪器的转速进行测 量；本次设计的转速测量系统结构简洁,价格低廉,体积小,抗干扰 才能强,适合应用于各种测量转速的电路中；在本次设计中,以89C51 为核心,通过测量电机转速的周期来计算出它的频率,用 4 位数码管对电机转速进行显示；在转速测量系统中,主要分为电源部分、电机转速信号采集部分、信号处理、数模转 换部分、键盘显示部分及软件处理部分；在本设计中加入数模转换部 分,利用数模转换部分的输出电压掌握直流电机转速的快慢,当检测 结果显示直流电机转速低于（高于）正常值时,电路产生报警,熄灭 发光
9、二极管,电路仍可以通过按键增加（减小）电机的转速；当转速在正常范畴内时,每隔2 秒,电路自行对检测结果进行刷新,以用来时时检测电路的精确性；硬件检测部分选用的传感器是霍尔元件,它具有体积小、抗干扰 才能强不受温度环境等影响的优点；在所检测的电机上安装一个四等 分的码盘并安装磁性元件,通过单片机计数器对霍尔传感器检测时输 出的方波进行检测；在掌握部分加入复位按键和调速按键,通过调速 按键对直流电机进行调速以检测不同速度时显示部分的精确性；显示部分采纳 4 个 8 位串行输入并行输出的74LS164作为驱动 4 个共阴极数码管；软件部分采纳汇编语言编程；为了使测量结果更加精确；当 所测转速较高时采
10、纳测量频率的方法对转速进行测量,当测量频率较低时采纳测量周期的方法对频率进行测量；1 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其次章 总体方案设计2.1 方案论证方案一采纳测量周期的方法通过软件运算出被测物体的频率；测周法主要由计数脉冲形成电路、闸门时间 组成；其原理框图如 2.1 所示；图 2.1 测周法原理框图Tx 产生电路、计数显示电路三部分从测周法原理框图可以看出,被测信号经放大整形后,形成掌握闸门脉冲信号,其宽度等于被测信号的周期Tx；晶体振荡器的输出或经倍频后得到频率为 fc 的标准信号,其周期为
11、Tc,加于主门输入端,在闸门时间 Tx 内,标准频率脉冲信号通过闸门形成计数脉冲,送至计数器计数,经译码器显示计数值N；由此可知,被测周期为Tx=NTc 2-1 周期是频率的倒数,依据测得被测物体的周期可以运算出每秒中 的转速；在此方案设计中采纳的传感器是霍尔元件,利用霍尔效应测量被测物体的转速；其工作原理是将永磁铁以1/4 等分的方式固定在一个圆盘上,将圆盘固定在被测物体的转轴上,霍尔元件置于磁铁的 边缘但不接触磁铁；当转轴转动时,霍尔元件输出的脉冲信号就包含 有转速的信息,将霍尔元件输出的电压经过整形电路整形后再送由单 片机进行数据处理,便可得到转速的数据,最终将测得转速用显示器 显示出来
12、；2 / 35 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 方案二采纳电子计数法测量频率；利用某一信号在 N次,就依据频率的定义,可知该信号的频率为 fz=N/T 计数法测量频率原理的方法主要由时基T 时间内重复变化了T 产生电路、计数脉冲形成电路、计数显示电路三部分组成；其原理框图如下：图 2.2 测频法原理框图在此方案中时基T 产生电路的作用就是供应精确的计数时间T；它一般由高稳固的石英晶体震荡器、分频整形电路与门控（双稳）电 路组成；计数形成电路主要作用是将被测的周期信号转换为可计数的 窄脉冲；计数显示部分主要就是计数
13、被测周期信号重复的次数,显示 被测信号的频率；电子计数器的测量实质就是以比较法为基础；它将被测信号频率fx和已知的时基信号频率fc相比,将相比的结果以数字的形式显示出来；测周法和测频法通过运算后都可以算出被测物体的转速,但测周 法测量低频电路比较精确,而测频率法主要应用在测量高频电路中；由于本次设计要求转速的测量范畴是0-1000 转/ 分,相当于单片机检测到的脉冲信号是 0-4000 转/ 分,即 15 毫秒 1 转；而由于单片机可以选用 12MHz的晶振,每执行一个单周期指令只需 3 / 35 1 S,对于检测 ms级名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 35 页精选学习
14、资料 - - - - - - - - - 信号可以达到很精确的测量结果；依据体积、价格等因素,在本次设计中选用方案一就可以达到很精确的结果,故在本次设计中采纳方案一；2.2 详细设计方案在此方案设计中采纳霍尔元件,利用霍尔效应测量被测物体的转速；其工作原理是将永磁铁以1/4 等分的方式固定在一个圆盘上,将圆盘固定在被测物体的转轴上,霍尔元件置于磁体的边缘但不接触磁 体；当转轴转动时,霍尔元件输出的脉冲信号就包含有转速的信息,将霍尔元件输出的电压经过整形电路整形后再送由单片机进行数据处 理,便可得到转速的数据,最终将测得转速用显示器显示出来；在此方案中主要以AT89C51为核心元件,通过单片机T0 口、 T1口对传感器输出的方波信号进行定时和计数；用软件运算周期的倒数算出电机转速的频率；再由单片机的串行通讯口对 4 个 8 位串行输入 并行输出的 74LS164驱动 4 个共阴极数码管显示每秒电机的转速；本方案采纳的传感器是霍尔元件；霍尔传感器作为速度测量元 件,它的结构简洁,使用便利；该设计利用霍尔开关元件测量转速 时,在待测旋转体的转轴上装上一个圆盘
