《基于磁敏电阻传感器测电机转速的毕业设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于磁敏电阻传感器测电机转速的毕业设计（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要在生产活动中离不开电机，电机转速的大小影响生产活动的进行。那么，对于电机转速的测量便是关键。本设计是基于12C5A60S2单片机设计的基于单片机控制的电机转速的测量系统。该系统采用磁敏电阻传感器检测转速，通过单桥电路将检测到的磁信号转变为电信号即电压信号。再利用LM339芯片对检测到的电压信号进行整形，转换为数字信号，再利用单片机的外部中断对数字信号进行计数，其实质是检测下降沿。另一方面，利用向单片机发送PWM波对电机进行调速。显示方面，利用1602液晶屏进行转速显示。该系统拟采用C语言编程，实现对单片机的控制。关键字：12C5A60S2单片机 磁敏电阻传感器 LM339芯片 PWM波 1
2、602液晶屏AbstractIn production activities without motor, motor speed affects the size of the production activities. So, for measuring the rotational speed of motor is the key. This design is based on the 12 c5a60s2 microcontroller design based on single chip microcomputer control motor speed measuremen
3、t system. This system adopts magnetic resistor sensor detection speed, through single bridge circuit to detect the magnetic signal into electrical signal voltage signal. Reuse LM339 plastic chip to detect the voltage signal, converted to digital signal, using MCU external interrupt count to digital
4、signal, the essence of which is falling edge detection. On the other hand, the use of send MCU PWM waves speed on the motor. Show respect, we use 1602 LCD screen for rotational speed. The system using C language programming, realize the single chip microcomputer control.Key words: 12c5a60s2 microcon
5、troller LM339 magnetic resistor sensor chip PWM wave 1602 LCD screen目录1 绪论11.1课题研究的目的和意义11.2转速在国内外的研究11.3主要研究内容22 电机转速测量方法21 绪论1.1 课题研究的目的和意义转速是工程应用中非常广泛的一个参数，其测量方法较多，传统的测速方法一般以测速发电机为主要检测元件，得到的是模拟量，这种测量技术已不适应于现代科技发展的要求，在测量范围和测量精度上，已不能满足大多数系统的使用。随着大规模及超大规模集成电路技术的发展，数字系统测量得到普遍应用。由于单片机在测量转速方面具有体积小、性能强、
6、成本低的特点，越来越受到企业用户的青睐，单片机对脉冲数字信号的强大处理能力，使得全数字化越来越普及，其转速测量系统也可以用全数字化处理，在在测量范围和测量精度方面都有极大的提高。以单片机为核心，设计的数字化转速测速系统，使系统能达到更高的性能，具有较强的应用价值。它的研究结果可以用于我们的实际生活中，一方面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、睡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。另一方面由于该转速测量系统采用全数字结构，因而可以很方便的实行远程管理和控制，进一步提高现代化水平。总之，转速测量系统的研究是一件非常有意义的课题。
7、本课题研究的是电机转速测量系统，对了解电机工作状态，提高电机工作效率有很大帮助，该课题主要是对电机转速测量系统进行硬件和软件的设计，同时从实际硬件电路出发，分析电路的工作原理，根据设计的具体情况提出修改方案和解决办法。1.2 转速测量在国内外的研究目前国内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、同步测速法以及计数测速法。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变编码器，也有采用电磁式、电容式、磁阻式等。还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性磁性材料来发出脉冲信号。其中应用最广的是光电式，光电式测速
8、系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点。加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD器件、光导纤维等的利用相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而利用半导体材料制作的新型转速传感器即磁敏转速传感器又具有光电传感器一系列优点。核心部件是采用磁敏电阻作为检测的元件，再经过全新的信号处理电路令噪声降低，功能更完善。通过与其它类型齿轮转速传感器的输出波形对比，所测到转速的误差极小，线性特性具有很好的一致性。它的感应对象为磁性材料或导磁材料，如磁钢、铁和电工钢等。当被测体上带有凸起（或凹陷）的磁性或导磁材料，随着被测物体转动时，传感器输出与旋转频率相关的脉冲信号，达到测速或
9、位移检测的发讯目的。利用磁敏电阻传感器测电机转速具有高灵敏度、高可靠性、触发距离远、信号触发为铁（软）磁材料。可实现远距离输送、抗电磁干扰能力强、具有良好的抗冲击性和抗震性。1.3主要研究内容a. 该系统要实现的功能有：1) 液晶显示器实时显示所测得的转速值；2) 键盘对设定的高低速值进行相关设置；b. 为了实现系统功能，主要研究了一下内容：1) 分析转速测量常用的两种方法；2) 根据电机转速测量系统的要求选择合适的传感器；3) 系统中各个模块的论证和选择，总体方案的设计。4) 系统中各硬件模块设计和软件设计；5) 系统调试。2 电机转速测量常用方法电机转速测量的主要方法有测周期法（“T”法）
10、和测频法（“M”)。2.1测频法（“M”）在一定测量时间T内，测量脉冲发生器（替代输入脉冲）产生的脉冲数m1来测量转速，如图2-1所示，设在时间T内，转轴转过的弧度数为X，则转速n由式（2-1）计算得到。 式（2-1）转轴转过的弧度数X的计算见式（2-2）。 式（2-2） 图2-1 “M”法测脉冲宽度 将式（2-2）代入式（2-1），则转速n的表达式见式（2-3）。 式（2-3）式中n表示转速单位：（转/分）；T表示定时时间单位：（秒）；m1表式产生的脉冲个数。在该方法中，由于定时时间T和脉冲不能保证严格同步，以及在T内能否正好测量外部脉冲的完整的周期不确定，所以可能产生1个脉冲的量化误差。因
11、此，为了提高测量精度，T要有足够长的时间。定时时间可根据测量对象预先设置。设置的时间过长，可以提高精度，而设置的时间过短，测量精度会受到一定的影响。而且在规定的检测时间内对脉冲个数计数，虽然检测时间一定，但检测的旗帜时间具有随机性，当被测转速较高时，才有较高的测量精度，并且测量准确度随转速的减小而降低，该方法适合于高速测量。2.2 测周期法（“T”法）转速可以用两脉冲产生的间隔宽度Tp来决定。如图2-2所示。Tpt通过定时器测得。定时器对时钟脉冲（fc频率）进行计数定时，在Tp内计数值若为m2，则计算公式见式（2-4)。 式（2-4）即 n= 式（2-5）式中P表示为转轴转一周脉冲发生器产生的
12、脉冲数；fc表示硬件产生的基准时钟脉冲频率；单位（Hz）；n表示转速单位：（转/分）；m2表示时基脉冲。 图2-2 “T”法测脉冲宽度 由“T”法可知，该法测量精度的误差主要有两个方面，一是由两脉冲的上升沿触发时机不一致而产生的；二是由计数和定时起始不一致而产生的。因此要求脉冲的上升沿（或下降沿）陡峭以及计数和定时严格同步。该方法在被测转速较低（相邻两个转速脉冲信号时间间隔较大）时，才有较高的测量精度，其测量准确度随着转速的增大而降低，适于低速测量。2.3 本设计系统中采用的方法 通过分析可知，M法适合于高速测量，当转速较低，产生的误差会越大。T法适合于低速测量，转速增高，误差增大。由于本系统
13、中所测的电机转速较高，且基于M法的测量，其电路和程序较为简单，所以本设计中采用M法进行测量。3 系统总体方案设计3.1各模块方案论证与选择3.1.1 传感器论证与选择方案一：光电传感器 光电传感器是应用非常广泛的一种器件，有各种各样的形式，如透射式、反射式等，光电转速传感器是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收强度变化的电子器件，当它发出的光被目标反射或阻断时，则接收器感应出相应的电信号。它包含调制光源，由光敏元件等组成的光学系统、放大器、开关或模拟量输出装置。光电式传感器由独立且相对放置的光发射器和收光器组成。以透射式为例，如图3-1所示，当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时，开关管
14、关断，否则打开。为此可以制作一个遮光叶片如图3-2所示，安装在转轴上，当扇叶经过时，产生脉冲信号。当叶片数较多时，旋转一周可以获得多个脉冲信号。图3-2 遮光叶片方案二：光电编码器 光电编码器的工作原理与光电传感器的一样，不过它将光电传感器、电子电路、码盘等做成一个整体，只要用联轴器将光电传感器的轴与转轴相连，就能获得多种输出信号。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。讲旋转编码器安装在电机轴上，这样每当电机转过一圈编码器就会发出一个脉冲，利用脉冲数对转速进行测量。如图3-3所示，是某光电编码器的外形。图3-3 光电编码器成品方案三：霍尔传感器 霍尔传感器是磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040、A04E、A44E等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地即可工作，输出通常是集电极开路（OC）们输出，工作电压范围宽，使用非常方便。
