《基于单片机AT89C51的霍尔传感器的直流电机转速测量系统硬件设计可编辑》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机AT89C51的霍尔传感器的直流电机转速测量系统硬件设计可编辑（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于单片机AT89C51的霍尔传感器的直流电机转速测量系统-硬件设计 基于霍尔传感器的 电机转速测量系统设计?硬件设计摘要 电动机作为机械化、电气化和自动化的原动机,广泛应用于国民经济建设、国防建设、科学技术研究和人民物质文明生活的各个领域。电机是生产过程中应用十分广泛的装置,对其转速进行准确测量就显得十分必要。 本文介绍了霍尔传感器测速的原理,设计了基于单片机AT89C51的直流电机转速测量系统。完成了电机转速测量系统的硬件电路设计、霍尔传感器测量电路的设计、显示电路的设计。测量转速的霍尔传感器和机轴同轴连接,机轴每转一周,产生一定量的脉冲个数,由霍尔器件电路部分输出幅度为12V的脉冲。经光
2、电隔离器后成为输出幅度为5V转数计数器的计数脉冲。控制定时器计数时间,即可实现对电机转速的测量。在显示电路设计中,通过1602实现在LCD上直观地显示电机的转速值。并对电机转速测量系统的硬件电路、显示电路进行了调试。与软件配合,实现了显示、报警功能。仿真实验表明所设计的硬件电路及软件程序是正确的,满足设计要求。关键词:电机转速测量;霍尔传感器;单片机;89C51;LCD Design of Motor Speed MeasurementSystem Based on Hall Sensor ?Hardware DesignAbstract Motors, as the original mac
3、hine of mechanization, electrification and automation are widely and common used in the various areas of construction of national economy, national defense, science and technology research and materiality civilization. And it is very important in manufacturing, measuring its rotational speed becomes
4、 very essential and necessaryThe principles of motor speed measurements with hall sensor was described in this article and DC motor speed measurement system which is based on AT89C51 was designed, and the corresponding hardware circuit designs was also completed accordingly. The hall sensor is conne
5、cted with crankshaft by coaxial junction. Every revolution of the crankshaft will generate a certain amount of pulses whose amplitude is 12v. The opto-coupler turns these certain amount of pulses into 5-amplitude count impulse. The motor speed can be measured by controlling the time. In the design o
6、f display circuit, the number of motor speed is displayed in LCD directly through 1602. The motor speed measurement system and the hardware circuits, display circuit function are debugged to cooperate with the software to display and alarm users. The simulation results have proved that the hardware
7、circuits design and software program is correct, and the system can meet the designing requirement completely.Key Words: Motor Speed Measurement; Hall Sensor; Microcomputer; 89C51;LCD目 录1 绪 论11.1 设计任务11.1.1 题目来源11.1.2 设计内容11.1.3 相关背景21.2 方案分析论证21.2.1 霍尔测速模块论证与选择21.2.2 单片机模块论证与选择21.2.3 显示模块论证与选择31.2.
8、4 报警模块论证与选择31.2.5 电源模块论证与选择32 基于霍尔传感器的电机转速测量系统硬件设计42.1 电机转速测量系统的硬件电路设计42.1.1 总体硬件设计42.1.2 系统电路设计52.2 霍尔传感器测量电路设计62.2.1 霍尔元件62.2.2 霍尔传感器测量原理72.2.3 转速测量方法82.2.4 反相器74LS1482.2.5 光电耦合器92.2.6 蜂鸣器102.3 单片机AT89C51112.3.1 AT89C51芯片112.3.2 定时器122.3.3 外部中断132.4 显示电路设计142.4.1 1602字符型LCD简介142.4.2 1602LCD的基本参数及引
9、脚功能142.4.3 显示模式172.5 系统软件设计172.5.1 设计思想172.5.2 总体软件流程173 系统仿真和调试193.1 Proteus软件193.1.1 Proteus简介193.1.2 用Proteus绘制原理图步骤193.2 硬件调试213.2.1 硬件静态调试213.2.2 虚拟仿真调试223.3 软件调试233.4 软硬件联调234 结 论25附录 硬件实物图26参考文献27致谢281 绪 论1.1 设计任务 1.1.1 题目来源 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合,例如在发电机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或者连续
10、测量和显示其转速及瞬时转速。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速。转速测量方法分为模拟式和数字式两种,模拟式采用测速发电机为检测元件,得到的信号是电压量,而数字式通常采用光电编码器、圆光栅、霍尔元件等为检测元件,得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用,特别是高性能价格比的单片机的涌现,转速测量普遍采用了以单片机为核心的数字法,智能化微电脑式代替了一般的机械式或模拟量结构1。 根据学校毕业设计的要求,设计一个功能满足设计要求、工作稳定、以单片机为核心的基于霍尔传感器的电机转速测量系统。本设计要求做一个单片机最小系统,并使用合适的霍尔传感器,使之具备测转速的功能
11、,能够实现在电机工作时转速的测量,同时选用合适的显示器件,使系统具备实时显示功能,并在发生故障时能及时的发出报警信号。根据题目的要求,设计了以下方案并对各方案进行了论证与分析。本设计包括完整的硬件设计和相应的软件设计。 1.1.2 设计内容 1.选定传感器。霍尔传感器具有灵敏、可靠、体积小巧、无触点、无磨损、使用寿命长、功耗低等优点,综合了电机转速测量系统的要求。 2.设计一个单片机最小系统,掌握单片机接口电路的设计技巧,学会利用单片机的定时器和中断系统对脉冲信号进行测量或计数。 3.实时测量显示并有报警功能,实时测量根据脉冲计数来实现转速测量的方法。要求霍尔传感器转速为05000r/min。
12、 1.1.3 相关背景 在直流电机的多年实际运行的过程中,机械测速电机不足之处日益明显,其主要表现为直流测速电机DG中的炭刷磨损及交流测速发电机TG中的轴承磨损,增加了设备的维护工作量,也随着增加了发生故障的可能性;同时机械测速电机在更换炭刷及轴承的检修作业过程中,需要将直流电动机停运,安装过程中需要调整机械测速电机轴与主电机轴的同轴度,延长了检修时间,影响了设备的长期平稳运行。 随着电力电子技术的不断发展,一些新颖器件的不断涌现,原有器件的性能也随着逐渐改进,采用电力电子器件构成的各种电力电子电路的应用范围与日俱增。因此采用电子脉冲测速取代原直流电动机械测速电机已具备理论基础,如可采用磁阻式
13、、霍尔效应式、光电式等方式检测电机转速。 经过比较分析后,决定采用测速齿轮和霍尔元件代替原来的机械测速电机。霍尔传感器作为测速器件得到广泛应用。霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。霍尔效应这种物理现象的发现,虽然已有一百多年的历史,但是直到20世纪40年代后期,由于半导体工艺的不断改进,才被人们所重视和应用。我国从70年代开始研究霍尔器件,经过20余年的研究和开发,目前已经能生产各种性能的霍尔元件,霍尔传感器具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小和耐高温等特点2。1.2 方案分析论证 1.2.1 霍尔测速模块论证与选择 方案一:采用型号为A3144的霍尔片作为霍尔测速模块的核心
14、,该霍尔片体积小,安装灵活,价格合理,可用于测速,可与普通的磁钢片配合工作。 方案二:采用型号为CHV-20L的霍尔元器件作为霍尔测速模块的核心,该霍尔器件额定电流为100mA,输出电压为5V,电源为1215V。体积较大,价格昂贵。 因此选择方案一。 1.2.2 单片机模块论证与选择 方案一:采用型号为AT89C51的单片机作为主控制器,使用霍尔传感器进行测量的直流电机转速测量系统。AT89C51是带4K字节闪烁可编程擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。它将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,为许多控制提供了灵活性高且价格低廉的方案3。 方案二:采用单片机C8051F
15、060作为主控制器,使用霍尔传感器进行测量的直流电机转速测量系统。C8051F060系列单片机是美国CYGNAL公司推出的一种与51系列单片机内核兼容的单片机4。C8051F060作为新一代8051单片机,具有功能强大、体积小、工作稳定等特点,适用于复杂控制系统。 因此选择方案一。 1.2.3 显示模块论证与选择 方案一:采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,亮度高,显示数字合适,但是连接复杂,耗电流大,驱动电路复杂。 方案二:采用点阵式数码管显示,点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成,对于显示简单文字比较适合,如果显示数字则浪费资源,而且价格也相对较高。 方案三:采用LCD液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,并且连接很方便 ,所以在此设计中采用了LCD液晶显示屏。 因此选择方案三。 1.2.4 报警模块论证与选择 方案一:采用蜂鸣器与发光二极管作为声光报警主要器件。该方案不论在硬件焊接方面还是在编写软件方面都简单方便,而且成本低廉。 方案二:采用语音播报系统作为声光报警的核心。该方案更具人性
