毕业设计（论文）基于单片机的智能型电机转速测定仪设计

1、目录目录 1 1 引言引言.1 2 2 系统实现系统实现.2 3 3 硬件设计硬件设计.2 3.1 方案实现原理.2 3.2 硬件设计框图.3 3.3 硬件电路原理图.4 3.4 槽型光电传感器 itr8402.4 3.5 isp 下载口.5 3.6 电源电路.5 3.7 脉冲信号完成电路.5 3.8 单片机控制系统电路.6 3.9 超速报警电路.7 3.10 pcb 连线.8 4 4 程序设程序设计计.8 4.1 程序设计思路.9 4.2 系统程序.10 5 5 设计总结设计总结.14 参考文献参考文献.15 致谢致谢.16 附录附录.17 1 智能型电机转速测定仪设计智能型电机转速测定仪设

2、计 摘要摘要：本文详细介绍了一种基于单片机的智能型电机转速测定仪的设计。该设计以 at89s52 单片机作为主控核心，与光电传感器、led 数码管、蜂鸣器等构成硬件操作，再利 用 c 语言编程，最终完成电机转速测定仪的设计。本文详细阐述了如何利用光电传感器实 现电机转速的信号接受，运用单片机单片机 at89s52 对脉冲信号进行处理计算，然后通过 数码显示管显示出来。 关键词关键词：测速；光电传感器；at89s52 单片机最小系统；电机；数码管； intelligent motor speed cryoscope design dengqiuling information science a

3、nd technology school, zhanjiang normal university, zhanjiang , 524048 abstract: this paper introduces a kind of intelligent motor speed based on single chip design of the hsp. this design as the core, at89s52 scm control with photoelectric sensors, led digital tube, hardware composition, etc, buzzer

4、 reusing the c programming language, and finally finished the design of motor speed tester. this paper expounds how to realize the motor speed by photoelectric sensor signal by monolithic integrated circuit at89s52 scm, on the pulse signal processing, and then calculated by xianshiguan digital displ

5、ay. keywords: speed; photoelectric sensor; at89s52 scm system of minimum; motor; digital tube; 1 1 引言引言 近年来，随着电力电子技术、计算机技术及控制技术等的快速发展，伺服 2 驱动系统不断朝着数字化、智能化方向发展.要满足高性能伺服驱动系统高精度、 高可靠性等要求，转速控制是实现的关键环节.如何获得电动机精确的转速信号 以实现转速的高精度控制，就成了单片机控制电机测度的一个突出的问题之一。 在电动机的调速系统中，在电动机的转轴上安装测速发电机或光电编码盘 等测速装置，利用电机中的转子位置传感器

6、所产生的脉冲信号来反映它的转速。 通常所用的位置传感器有霍尔传感器和光电式传感器。霍尔传感器具有结构简 单紧凑、灵敏度高，传送过程无抖动现象，频率响应宽、寿命长等优点。但霍 尔传感器存在一定程度的磁不敏感区，会降低电机运行的可靠性，且对安装位 置要求精确，因此安装调试比较复杂，如要用于产品开发，会间接增加开发成 本。光电式传感器是利用光电元件，对带有糟口（或栅）的旋转圆盘的位置进 行通断信号变化的接收，产生一系列反映转子位置的脉冲信号。其检测分辨率 高，适用于检测各种一般电动机。因为光电传传感器性能比较稳定，这在应用 中是相当重要的。 本设计介绍利用光电传感器模块来测定电机转速的方法。相对于传

7、统的方 法而言，该方法将大大降低成本，其性能稳定，器件体积小，适用于进行各种 电机测速。 2 系统实现系统实现 本系统利用光电传感器和单片机相结合，运用了编码盘不停的切割光电传 感器产生一连串的脉冲，编码管装在电机上，当电机转动的时候，编码管就回 切割光电传感器，产生信号，然后经过比较器产生一连串的脉冲信号，脉冲信 号通过单片机 at89s52t1 计数管脚输入，单片机对脉冲进行计数，再通过算法 把计到的脉冲数转为速度。 因为本设计是针对电机转速测定，所以报警电路是必需。通过程序的编写 和外部电路设定，共同完成了本测定仪的报警系统。外部超速报警电路按键是 用于设定额定速度值,每按一次单片机内部

8、自加 1,并在数码管中显示。通过外 部按键设定超速额定值,这便于本电机转速测定仪更智能化,更便利化。 3 3 硬件设计硬件设计 3.13.1 方案实现原理方案实现原理 光电传感器是选用机械鼠标里面的对射式的光电传感器。它的工作原理是： 当接收管接收到来自发射管的信号时，接收管就导通，没接到信号时，接收管 3 就截止。利用它的这一特性，可以用一编码盘不停的切割光电对管，利用光电 对管的特性产生一连串的脉冲，编码盘就利用鼠标里面现成的。编码盘装在电 机上，电机转动后，编码盘就不停的切割光电对管。从而产生一定频率的方波, 由于这样直接产生的方波电压比较小，不能被单片机的计数引脚直接识别。因 此直接产

9、生的方波经过一个比较器产生一个五伏左右的方波，该方波信号被单 片机的计数管脚 t1 接收，利用另一定时器定一中断周期，然后处理这一周期内 接收到的脉冲次数，通过计算便可得出电机的转速.编码盘有十个孔，编码盘转 动一圈能够产生 10 个脉冲，精度达到 0.1r/s，如果想要提高测速的精度，只 需改变编码盘上的孔数即可。 3.23.2 硬件设计框图硬件设计框图 单片机单片机 控制系统控制系统 电源电源 脉冲信号脉冲信号 完成完成 外部信号外部信号 输入输入 数码管显数码管显 示示 图图 3-13-1 硬件设计框图硬件设计框图 如图 3-2 的硬件电路原理图所示,本硬件设计的电路过程如下:接通电源,

10、装 在电机的编码管切割光电传感器得到信号,信号经比较器得到一个脉冲信号,脉 冲信号通过 t1 脚输入单片机内,单片机进行计算、处理，在数码管中显示。如 电机转速超过报警电路额定值，报警电路进行报警。 4 3.33.3 单片机单片机 89s5289s52 功能特性功能特性 图图 3-23-2 单片机单片机 89s5289s52 引脚图引脚图 如图 3-2 所示，单片机 at89s52 是一种低功耗、高性能 cmos8 位微控制器， 具有 8k 在系统可编程 flash 存储器.使用 atmel 公司高密度非易失性存储器 技术制造，与工业 80c51 产品指令和引脚完全兼容。片上 flash 允许

11、程序存储 器在系统可编程，亦适于常规编程器.在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 cpu 和在 系统可编程 flash，使得 at89s52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超 有效的解决方案。 3.43.4 槽型槽型光电传感器光电传感器 itr8402itr8402 图图 3-33-3 槽型槽型光电传感器光电传感器 itr8402itr8402 如图 3-3 所示是槽型光电传感器 itr8402，此光电传感器把一个光发射器 和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧。发光器能发出红外光或可见光，在 无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光 电开关便动作。输出一个开关控制信

12、号，切断或接通负载电流，从而完成一次 控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。光电 5 传感器装载电机上，从电路板引出导线与其连接，当编码盘切割光电传感器的 时候，其信号就可通过导线传到比较器，从而形成脉冲信号。光电传感器是效 率最高、最可靠的检测装置。在现代电子领域中传感器是获取信息的工具，它 涉及整个科学技术、国防、航空、航天、交通运输、能源、机械、石油、化工、 轻工、纺织等工业部门和环境保护、生物医学工程等和日常生活的各个领域， 是现代信息技术的重要支柱技术之一。 3.53.5 ispisp 下载口下载口 图 3-4 所示的是 isp 下载口，运用 isp 下载口

13、将程序下载在 89s52 大单片 机中，实现对射式光电传感器与速度转换的计算。isp 下载口的 1、7、9 脚分 别与单片机 p1.5、p1.6 和 p1.7 连接，实现单片机程序下载完成，5 脚接单片 机的 ret 脚，这是复位键，实现复位使用.5v 电源是供电给下载口。 图图 3-43-4 ispisp 下载口下载口 3.63.6 电源电路电源电路 图 3-5 所示是电源电路，电源部分为整个电路提供稳定的 5 伏直流电，使 整个电路能正常工作。电源部分包括一个由四个二极管组成的整流管对电流起 到整流作用，c01、c02、c03 和 c04 在电路中起到滤波、加强负载的作用。 图图 3-53

14、-5 电源部分电源部分 3.73.7 脉冲信号完成电路脉冲信号完成电路 编码管装在电机上，当电机转动时，编码管就不断对光电传感器的光电对 6 管进行切割得到电机转速信号，电机转速信号通过比较器后得到一个脉冲信号， 脉冲信号输入单片机 t1 脚，在单片机中进行处理、计算。脉冲信号生成电路中 的 rw1 电位器是用于调定图中比较器 1 脚的电压，使转速信号转为脉冲信号， 如图 3-5 所示。 图图 3-63-6 脉冲信号生成电路脉冲信号生成电路 3.83.8 单片机控制系统电路单片机控制系统电路 脉冲信号通过 t1 脚输入单片机 89s52，经过单片机的内部程序处理，将脉 冲信号转变为速度在共阴数

15、码管显示。单片机 x1 脚和 x2 脚连接的时起振电路， p2.6 脚连接本设计的报警电路，当输入的电机转速超过设定的速度时，p2.6 脚 就会发出信号令报警电路鸣响。当脉冲信号输入，单片机对脉冲信号进行处理、 计算，然后通过 po 口输出，在数码管中显示 ret 脚连接的是复位电路，当按键 按下的时候，单片机复位，如图 3-7 所示。 7 图图 3-83-8 单片机控制系统电路单片机控制系统电路 3.93.9 超速报警电路超速报警电路 图 3-8 所示的是超速报警电路，该电路用于电机速度超过本电路设定速度 的时候进行报警，图中的 q9013 三极管用于报警电路的开关，该三极管是 pnp 管，

16、低电平有效。当输入为低电平的时候，三极管处于饱和导通状态，报警器 鸣响，beep 是报警器。当测到的速度大于设定的额定速度值时，报警器就会鸣 响，这时就知道电机的转速超过了设定的速度。图中的 p2.6 是连接单片机 p2.6 脚，超速信号从 p2.6 脚输出，经过 q9013 三极管到蜂鸣器，报警器鸣响。 图图 3-83-8 报警电路报警电路 8 3.103.10 pcbpcb 连线连线 图图 3-93-9 智能型电机转速测定仪智能型电机转速测定仪 pcbpcb 电路电路 4 4 程序设计程序设计 4.14.1 程序设计思路程序设计思路 本程序使用 c 语言进行编程，首先设定初始值为 50ms

17、，信号进入的中断时 间为 50ms，计数 20 次即为 1s.因为使用 t1 脚的外部中断功能，只有脉冲信号 进入单片机时，单片机才进行计算。脉冲信号进入单片机，单片机内部的程序 运用 zhuansu=(tl1+256*th1)/50 公式进行计算出此时的电机转速.此时电机的 速度，将数据 p0 脚输出，共阴数码管显示，如果电机的转速超过报警电路设定 的速度，那么报警器就会响，超速的速度通过数码管显示出来。报警电路的速 度额定值是运用外部设定，单片机内部只要设定自加 1 程序，根据外部报警电 路的指示进行额定值设定。此次设计电机转速测定仪的程序采用的是 c 程序设 计，程序的各个部分除了必要的

18、信息交流外彼此之间也是相互独立的。这种结 构化方式可使程序层次清晰, 便于使用、维护以及调试。图 4-1 就是本次程序 设计的流程框图，其清楚地表明本次程序设计的思路和步骤。 9 n n y y y y n n n n 图图 4-1 软件设计流程图软件设计流程图 设初值为 50ms 读出计算的脉冲数 计数 1s 时间? 开始 计算出转速 报警 显示 超速 10 4.24.2 系统程序系统程序 #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit p26=p26; /百位 sbit p25=p25

19、; /十位 sbit p24=p24; /个位 sbit p20=p20 ; sbit p21=p21; sbit p22=p22; sbit beep=p23; void delay(uchar n); void key_s1(void) ; void key_s2(void) ; void key_s3(void) ; void xianshi1(); void xianshi2(); void chuli(uint m); void beeping(unsigned char t); uchar dop; /标志位 uchar cishu; char temp1=60; uchar st

20、atus_flag; unsigned char bai,shi,ge; uint l,cmp; uchar a10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; uint zhuansu; void delay(uchar n) uint i,j; for(i=0;in;i+) for(j=0;j121;j+) ; void key_s1(void) uint i; p20=1; if(p20=0) temp1+; 11 for(i=0;i50;i+) xianshi2(); void key_s2(void) uint i; p21=

21、1; if(p21=0) temp1-; for(i=0;i1) status_flag=0; if(status_flag=0) for(i=0;i15;i+) xianshi1(); if(status_flag=1) for(i=0;i0;t-) beep=!beep; for (bmp=0;bmp100;bmp+) xianshi1(); main() beep=0; xianshi1(); tmod=0 x51;/t0 工作在定时器方式，操作模式 1，t1 工作在计数方式操作模 式 1 th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; th1

22、=0;/t1 自动计算输入脉冲的值 tl1=0; et0=1;/允许定时器 0 溢出中断 tr0=1;/ 定时器 0 运行 et1=1;/允许计数器 1 溢出中断 tr1=1;/计数器 1 运行 ea=1; while(1) key_s3(); switch(status_flag) case 1: key_s1(); key_s2(); for(l=0;ltemp1) beeping(4); chuli(cmp); xianshi1(); break; default: break; 14 5 5 设计总结设计总结及展望及展望 本次设计从 3 月上旬到 5 月中旬这段时间进行的，在这段时间内

23、，通过自 身的努力、指导老师和同学们的帮助，设计任务还是顺利完成的,实现了电机转 速测定 。通过此次的设计，让我更加巩固 c 语言编程和 protel 的应用，而且 很扩展了相关电子的知识。这一切成果都是在本次设计中收获的.第一点是我制 作电路板的时候遇到了很多的问题，例如：protel 的模拟调试常常无法调试正 确，pcb 连线图出现了不少跳线等一些问题。不过我不灰心，也得到了大家的 帮助，最终把硬件的原理图完成了，并把电路板制作出来。第二点就是在程序 编写和调试中，出现了超速而无法报警，复位电路无法工作，晶振无法起振等 一些问题，这非常让人苦恼，但是经过刘老师和同学们的帮助，目前问题都一

24、一解决了。 在本次设计中让我更加掌握了 c 语言和 protel 的知识，更让我熟悉了相关 元件的一些功能和特性，例如 at89s52 芯片的应用，光电传感器的特性，稳压 管的特点等一些元件的使用。 经过不断努力，在设计的时间段内完成论文和产品设计。产品硬件的检测、 硬件和软件的调试，论文书面稿都在设计时间内完成。由于时间的限制，本设 计还存在许多值得研究和改进的地方，例如：本设计是通过编码盘切割光电传 感器而进行的电机测速，其精确度和数字化程度还有待改进，目前本电机转速 测定仪无法准确精细、快速地测出电机速度，结果显示存在一定的误差。电机 转速的超速设定值是通过外部按键设定的，虽然可根据情况

25、而设定其额定值， 但具有一定的不便性。今后必将努力学习相关的电子知识，对本设计的不足加 以改进。 15 参考文献参考文献 1 高有堂.设计与实战指导m .武汉：电子工业出版社，1999.8：25-86. 2 鞠剑平.c 语言程序设计教程m.武汉：华中科技大学出版社， 2004.3：19-23. 3 顾斌、赵伟军、王泰.单片机微计算机原理、开发及应用m.北京：高等教 育出版社，2000.6：97-104. 4 谭浩强.c 语言程序设计m.清华大学出版社，1995.9：18-89. 5 刘南平电子产品设计与制作技术m.北京：北京科学出版社， 2006.7：85-95. 6 赵承利.protel d

26、xp 电路设计基础案例篇m.北京：北京中国铁道出 版社.2000：27-36. 7 范力旻单片机原理及应用技术m.北京：电子工业出版社，2009.9:59- 95. 8 张洪润, 朱博, 马鸣鹤编著 单片机应用技术教程m.北京：清华大学出 版社，2009.9：02-46. 9 高平主编电子装备设计技术m.西安：西安电子科技大学出版社， 2009.10:86-159. 16 致谢致谢 在此，要感谢我的指导老师刘如军老师！感谢他在百忙之中抽空帮忙解决 问题，指导我完成硬件的测试，使我对课题的研究不断得到深入，系统设计不 断得到完善。同时也对关心我、帮助过我的老师和同学表示真诚的感谢！ 17 附录附录 硬件电路原理图：硬件电路原理图： 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:21-may-2010sheet of file:e:测测测测2.ddbdrawn by