基于编码器电机测量转速及转角课程设计(共13页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上课程设计报告课程名称： 专业课课程设计II 课设题目： 简易测量电机转速和转角装置 专业班级： 电子信息工程1001 姓 名： 郭阳 学 号： 课设时间： 2013.12 批阅时间： 指导教师： 桂珺 成 绩： 专心-专注-专业任务书题目：简易测量电机转速和转角装置参数：处理器89C52显示设备LCM1602编码器欧姆龙H38S6-2000-3-2-24电机GM12F-N20VA08260/298-R要求：利用C语言设计，基于单片机实现简易的电机转速和转角测量。当电机转动时能够实时的显示转角和转速，转角要求有正负（以初始位置为0度）。当电机停止转动时，用手拧动编码器的

2、轴也可实现转角测量。日程安排：12月19-12月20，查阅资料，确定课设题目12月23-12月26，进行电机测转速的编程及仿真工作。12月27-12月31，进行电机测角度的编程及仿真工作。1月2，老师进行检查1月3-1月7日，进行最后的补充与修改及写报告目录摘要。3一、 总体方案。41. 方案一。42. 方案二。43. 方案选择。4二、 编码器介绍。51. 编码器原理。52. 编码器选型。5三、 编码器测量电机转速。61. 原理介绍。62. 程序框图。63. 编程实现。64. 改错心得。7四、 编码器测量电机转角。91.原理介绍。92.程序框图。93.编程实现。94.改错心得。10五、 实验检

3、测。111. 实验描述。112. 实验结果。11六、 总结。11简易测量电机转速和转角装置摘要本文介绍了基于89C52单片机的测量电机转速和转角的系统，概述了编码器的工作原理和应用，详细阐述了测速及测转角的基本原理、实现的步骤和软硬件的设计，采用C语言编程，用1602液晶屏显示数据，结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。关键词：89C52单片机 测速 测转角 编码器 电机一、 整体方案1. 方案一采用红外光电对管数据采集电路，红外对管根据电机转动时开口遮光片的位置，每转一圈输送几个低脉冲实现转速及转角的测量。2. 方案二采用编码器采集信号，将编码器的轴与电机的轴通过联轴器固定，电机带

4、动编码器转动，同时想单片机发出信号，经过单片机处理测出转速及转角。3. 方案选择采用编码器测量系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点，光栅的成功应用使编码器在检测和控制领域得到了广泛的应用。选择编码器做传感器使得系统拥有测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测速度无关等优点。所以选择方案二。二、 编码器介绍1. 编码器原理编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。器把或直线位移转换成电信号。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变

5、成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。现在编码器的厂家生产的系列都很全，一般都是专用的，如电梯专用型编码器、机床专用编码器、伺服电机专用型编码器等，并且编码器都是智能型的，有各种并行接口可以与其它设备通讯。编码器由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取，获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差，将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。优点：体积小，精密，本身分辨度可以很

6、高，无接触无磨损;同一品种既可检测角度位移，又可在机械转换装置帮助下检测直线位移;多圈光电绝对编码器可以检测相当长量程的直线位移(如25位多圈)。寿命长，安装随意，接口形式丰富，价格合理。成熟技术，多年前已在国内外得到广泛应用。缺点：精密但对户外及恶劣环境下使用提出较高的保护要求；量测直线位移需依赖机械装置转换，需消除机械间隙带来的误差；检测轨道运行物体难以克服滑差。2. 编码器选型选型的三个要素是机械安装尺寸，分辨率和电气接口。我选用了欧姆龙H38S6-2000-3-2-24这款编码器。外径38mm,止口20mm,轴径6mm,电缆侧出，标准配线2米。尺寸符合标准。选用2000转的高分辨率，完

7、全可以测角度，单片机也可计算。集电极开路是常用的一般电路选择。图2.2三、 采用编码器测量电机转速1 原理介绍利用编码器的Z轴每当转一圈会发一个脉冲，将Z轴信号接到外部中断0引脚，每当有下降沿信号则使变量加1。同时采用定时器中断，每隔一秒查看变量增加的个数，即可算出每秒转过的圈数。再把这个转速送给显示函数，用数码管显示出来。2 程序框图 否是否进入外部中断开始 是y+时间是否过了1sV=y;y=0;显示函数 是 否 图3.23 编程实现首先要在初始化函数里打开定时器0中断和外部0中断，并且给定时器设定初始值，由于目标为定时1秒大于65535，可以实行定时50ms,然后在定时器中断服务程序里设一

8、个变量，每进一次中断变量加一，加到20次，即时间过1秒后，查看变量y，把y的值赋予给转速v，并且使y=0，意义为每秒重新计数。外部中断0要设置成下降沿中断，服务程序为y+，即每转一圈变量加一。void quanshu() interrupt 0 / 外部中断 0 计C相脉冲数y+;void zhuansu() interrupt 1/定时器0中断每隔1秒查一次转过的圈数 TR0=0; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; count+; if(count=20) v=y;y=0;count=0; TR0=1; 4 改错及心得进行测量时出现误

9、差，并且转速值不稳定。原因有两个：第一个是使用过多的外部中断占用了CPU过多的时间，使一些信号采集不准确，导致误差。第二个是Z轴信号本身的缺陷，只有到一个固定位置时才会发一个脉冲信号，使得无法实时的计算速度，即如果1s内没转够1圈，无论速度多快或多慢，系统就认为速度是零。经过重新思考，决定不用Z轴做采集信号，而是用A轴。这样做既减少了一个中断处理，又避免了误差，大大提高了系统的稳定性与实时性。根据这样的思路更改程序框图如下：否是否进入外部中断1开始 是y+时间是否过了0.5sV=y*0.01;y=0;显示函数 是 否 图3.4当然程序也要做相应的改变。首先把外部中断0全部关断，在外部中断1中加

10、一句话y+;，由于转速的定义为每秒转的圈数，我每0.5秒查看一次y的数值，转换公式为v=y/(2000*0.5),即v=y*0.001，因为显示方便，这里使v=y*0.01，然后把个位赋值给小数点后一位，把十位赋值给个位就可以正确显示了，更改后的程序如下：void jiaodu() interrupt 2 /外部中断 1 计A相脉冲数y+;void zhuansu() interrupt 1/定时器0中断每隔 0.5 秒查一次A转过的脉冲数 TR0=0; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; count+; if(count=10) v=y

11、*0.01;/转速换算y=0;count=0; TR0=1; 经过如此的更改就解决了之前的问题，显示非常稳定，误差也减小了很多。再给51系列单片机编程时应尽量的减少中断的使用，尤其是输入信号频率高，要求精度高，硬件设备质量低的情况。最好是根据有用信号，即用最少的输入信号得到最多的有用信息，通过编程减少外部设备，这样做不仅能够有效的减少误差，还可以节约资源。四、 采用编码器测量电机转角1. 原理介绍利用编码器的A轴和B轴来判断正反转和角度。这里的正反是以开机时电机的初始位置为标准的。正反转的判别方法：因为A和B 相差90度，假设正转时A超前B90度，则反转时B超前A90度，利用这一特点可以判断正

12、反。把A接到外部中断1，B接到P00口，当进入中断时，判断B轴是高电平还是低电平就可以判断正反了。角度的计算方法：电机转一圈是360度，编码器转一圈发出2000个矩形波，有这个关系就可以计算角度，即角度=计数个数*360、2000.2. 程序框图开始 是否进入中断X=|x|*360/2000 否 显示函数 X-X+P00是否为1 是 否图4.23. 编程实现首先在初始化函数里要打开外部中断1，并且设置成下降沿触发。但A轴有信号来临时，进入到外部中断1服务程序，先判断P00口的高低电平，若为高电平，则计数变量加一，反之，计数变量减一。如果计数变量X大于2000或小于-2000，则使X等于0.这样

13、做减轻了变换角度的计算量，使系统认为编码器一直在正一周或负一周之内活动。接下来就可以将计数变量通过公式转换成角度显示了。显示正负角则可以判断计数变量的正负来确定。void jiaodu() interrupt 2 /外部中断 1 计A相脉冲数if(d1=1) x+;else x-;if(x2000)|(x(-2000)x=0;uint jiaodujisuan()/角度计算uint j;if(x0) wela=1;/显示角度符号位 P0=0xfb; wela=0; dula=1; P0=0x40; dula=0; delay(3); j=fabs(x); j=j*0.18; /角度转换公式 return j;4. 改错及心得开始没有设置计数变量的上下限，使测量角度大于360度，改正后效果正确。开始角度转换公式为X=X*360/2000,结果显示不正确，后来改为X=X*0.18,显示正确。这段程序很考察细节，一个注意不到的地方有可能使程序出错。五、 试验检测1. 实验过程把编码器与直流电机用联轴器固定在一起，通过改变只直流电压改变直流电机的转速，观察