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1、课程设计说明书成绩题 目 基于接近传感器的转速测量系统设计 课 程 名 称 检测技术与系统课程设计 院 系 名 称专 业 电气工程及其自动化班 级 1学 生 姓 名 学 号 240102225 同 组 学 生 设 计 时 间 2013.6.32013.6.14 设 计 地 点 工程实践中心8315指 导 教 师 课程设计任务书课 程 名 称检测技术与系统课程设计院系、部、中心专 业电气工程及其自动化班 级起 止 日 期13.6.313.6.14 指 导 教 师1课程设计应达到的目的通过对本课程的设计,使学生掌握常见被测量的检测原理、方法和技术,了解国外对这些工程量进行测控的系统组建原理,通过对
2、检测系统的设计与分析,增强学生理解和运用所学知识来解决实际问题的能力,逐步掌握根据具体测控要求、性能指标设计出先进测控系统的方法和技术。2课程设计题目及要求题目：基于接近传感器的转速测量系统设计要求：1性能指标：测速围：03000RPM,测量精度：0.5RPM；2根据题意,明确测速系统性能指标及系统能完成的功能；3根据系统要求,选择合适的传感器尽量选择实验室中已有的传感器；4设计传感器测量电路；5选择单片机的品种、型号,设计单片机的外围测量电路；6计算有关的电路参数,有条件的情况下,根据实验室现有设备进行实验数据的测取,明确测量电路输出与被测非电量的关系；7画出系统原理框图此部分放在说明书的开
3、始；8画出系统电路图,最好用PROTEL画；9在说明书中详细说明本系统工作原理。3课程设计任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求(1) 给出设计说明书一份；(2) 有条件的情况下尽量给出必要的实验数据；(3) 在说明书中附上完整的系统电路原理图手画或用PROTEL画。4主要参考文献1、 现明,吴皓编著.自动检测技术.：机械工业,20092、 徐仁贵.单片微型计算机应用技术.：机械工业.20013、 爱弟.Protel99实用培训教程.：人民邮电.20005课程设计进度安排起 止 日 期工 作 容13年6月3日布置设计任务,熟悉课题,查找资料；13年6月4日结合测控对象,
4、选择合适的传感器,理解传感器性能；13年6月5日设计传感器测量电路,选择合适的单片机,设计其外围电路；13年6月6日设计电路参数,有条件情况下,在实验室进行实验,进一步理解测量电路输入输出关系；13年6月7日继续设计论证电路参数,完善系统设计方案；13年 6月10日查找资料,理解系统各部分工作原理；13年 6月11日理清系统说明要点,着手设计说明书的书写；13年 6月12日书写设计说明书,充分理解系统每一部分作用；13年 6月13日完善设计说明书,准备设计答辩。13年 6月14日设计答辩。6成绩考核办法平时表现30%,设计成果40%,答辩表现30%.教研室审查意见：教研室主任签字：年月日院系、
5、部、中心意见：主管领导签字：年月日目录1.转速测量的原理及方案分析1.1 转速测量原理11.2 方案分析42.系统硬件电路的设计2.1脉冲电路的设计42.2接近传感器简介及信号调理电路设计42.2.1接近传感器的简介42.2.2信号调理电路的设计53.系统主电路的设计3.1单片机AT89C52的介绍63.2显示电路的设计74.心得体会75.参考文献86.附录6.1电路图86.2程序101.转速测量原理及方案分析1.1转速测量原理1.1.1测频法M法在一定测量时间T,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3-1M法测量转速脉冲所示,设在时间T,转轴转过的弧度数为X,则转速n可
6、由下式表示：n= 转轴转过的弧度数X可用下式所示m1 X 图1-1 M法测量转速脉冲将1-2式代入1-1式得转速n的表达式为： n= 1-3 P-为转轴转一周脉冲发生器产生的脉冲数；n-转速单位：转/分；T-定时时间单位：秒。在该方法中,测量精度是由于定时时间T和脉冲不能保证严格同步,以及在T能否正好测量外部脉冲的完整的周期,可能产生的1个脉冲的量化误差。因此,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情况预先设置。设置的时间过长,可以提高精度,但在转速较快的情况下,所计的脉冲数增大码盘孔数已定情况下,限制了转速测量的量程。而设置的时间过短,测量精度会受到一定的影响。1.1.
7、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。用以采集数据的码盘,可以是单孔或多孔,对于单孔码盘测量两次脉冲间的时间,就可测出转述数据,TP也可以用时钟脉冲数来表示。对于多孔码盘,其测量的时间只是每转的1/N,N为码盘孔数。如图3-2T法脉宽测量所示。TP通过定时器测得。定时器对时基脉冲进行计数定时,在TP计数值若为m2,则计算公式为： n= 1-4即：1-5fc-为硬件产生的基准时钟脉冲频率：单位Hz；n-转速单位：转/分；m2-时基脉冲。图1-2 T法脉宽测量由T法脉宽测量可知T法测量精度的误差主要有两个方面,一是两脉冲的上升沿触发时间不一致而产生的；二是计数和定时起始和关闭不
8、一致而产生的。因此要求脉冲的上升沿或下降沿陡峭和计数和定时严格同步。测周法在低转速时精度较高,但随着转速的增加,精度变差,有小于一个脉冲的误差存在。1.1.3测频测周法M/T法所谓测频测周法,即综合了T法和M法分别对高、低转速具有的不同精度,利用各自的优点而产生的方法,精度位于两者之间,如图1-3M/T法定时/计数测量所示。M/T法采用三个定时/计数器,同时对输入脉冲、高频脉冲由振荡器产生、及预设的定时时间进行定时和计数,m1反映转角,m2反映测速的准确时间,通过计算可得转速值n。该法在高速及低速时都具有相对较高的精度。测速时间Td由脉冲发生器脉冲来同步,即Td等于m1个脉冲周期。由图可见,从
9、a点开始,计数器对m1和m2计数,到达b点,预定的测速时间时,单片机发出停止计数的指令,因为Tc不一定正好等于整数个脉冲发生器脉冲周期,所以,计数器仍对高频脉冲继续计数,到达c点时,脉冲发生器脉冲的上升沿使计数器停止,这样,m2就代表了m1个脉冲周期的时间。M/T法综合了T和M两种方法,转速计算如下：设高频脉冲的频率为fc,脉冲发生器每转发出P个脉冲,由式1-2和1-5可得M/T法转速计算公式为：n-转速值。单位：转/分；-晶体震荡频率：单位Hz；m1-输入脉冲数,反映转角；m2-时基脉冲数。图1-3 M/T法定时/计数测量通过上面的分析可知,M法适合于高速测量,当转速越低,产生的误差会越大。
10、T法适合于低速测量,转速增高,误差增大。M/T这种转速测量方法的相对误差与转速n无关,只与晶体振荡产生的脉冲有关,故可适合各种转速下的测量。保证其测量精度的途径是增大定时时间T,或提高时基脉冲的频率fc。因此,在实际操作时往往采用一种称变M/T的测量方法,即所谓变M/T法,在M/T法的基础上,让测量时间Tc始终等于转速输入脉冲信号的周期之和。并根据第一次的所测转速及时调整预测时间Tc,兼顾高低转速时的测量精度。基于M法测量速度,电路和程序均较为简单,且可以在一定的条件下满足精度的要求,所以本设计中采用M法进行测量。1.2方案分析电机的转速通过接近传感器采集脉冲信号,经过放大处理后输送给单片机,
11、电机的转速通过LED显示出来。这个电路设计可以分为三部分：第一个部分为测速电路,第二部分为单片机处理部分,第三部分为LED显示部分。数码显示单片机处理波形整定,放大电路传感测量图1-4 大概框图2.系统硬件电路的设计2.1脉冲产生电路的设计可以将一块钢铁固定在电动机转轴上转盘的边沿,转盘随被测轴旋转,钢也跟着同步旋转,在转盘附近安装一个接近传感器,转盘随转轴旋转时,接近传感器受到钢产生感应,会产生脉冲信号,其频率和转速成正比关系,测出脉冲的周期或频率即可计算出转速。脉冲信号的周期与电机转速的关系为n =其中：n为电机转速； P为电机转一圈的脉冲数； T为输出方波信号的周期。2.2接近传感器及信
12、号调理电路设计2.2.1接近传感器的简介接近传感器,是代替限位开关等接触式检测方式,以无需接触检测对象进行检测为目的的传感器的总称。能检测对象的移动信息和存在信息转换为电气信号。在换为电气信号的检测方式中,包括利用电磁感应引起的检测对象的金属体中产生的涡电流的方式、捕测体的接近引起的电气信号的容量变化的方式、利石和引导开关的方式。传感器中也能以非接触方式检测到物体的接近和附近检测对象有无的产品总称为接近开关,由感应型、静电容量型、超声波型、光电型、磁力型等构成。其特长为 由于能以非接触方式进行检测,所以不会磨损和损伤检测对象物。 由于采用无接点输出方式,因此寿命延长磁力式除外采用半导体输出,对
13、接点的寿命无影响。 与光检测方式不同,适合在水和油等环境下使用检测时几乎不受检测对象的污渍和油、水等的影响。此外,还包括特氟龙外壳型及耐药品良好的产品。 与接触式开关相比,可实现高速响应。 能对应广泛的温度围。 不受检测物体颜色的影响对检测对象的物理性质变化进行检测,所以几乎不受表面颜色等的影响。 与接触式不同,会受周围温度的影响、周围物体、同类传感器的影响包括感应型、静电容量型在,传感器之间相互影响。因此,对于传感器的设置,需要考虑相互干扰。此外,在感应型中,需要考虑周围金属的影响,而在静电容量型中则需考虑周围物体的影响。下面我们以电容式接近传感器为例进行转速测量设计。2.2.2信号调理电路的设计将一块金属块连接在电动机转轴上,每当转轴转一圈,金属块就在接近传感器前过一下,接近传感器就会接
