基于89c51及测量电动机转速系统

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1、摘要在测量电动机的转速中，测量转速的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，得到的信号是模拟量。数字式通常采用光电编码器，霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。由于微型计算机迅速发展，特别是高性价比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。本设计是由增量式光电编码器，89C51单片机，二极管，蜂鸣器以及一些必要的运算放大器组成的电机转速检测系统。本设计的主要功能是：在电机运行过程中，检测系统对转速进行实时监控，转速如果超过200r/min，则发出报警；如果转速低于200r/min，则正常运行。本设计的优点是：硬件电路简单，软件编译简单，测量速

2、度快捷，整体价格低廉，电路功耗低等特点。但由于在硬件系统中的测量误差与计算中不可避免的舍入误差，使得测量系统含有一定的误差。关键字：光电编码器，单片机，蜂鸣器，T法测速，T0定时器/计数器一、系统方案的选定本设计的设计目的是：设计一个由单片机控制的电机转速检测系统，实时监测电机的转速，达到设定值，声音报警提示。通过设计，掌握光电编码器的工作原理和控制系统的设计步骤，进一步提高综合运用知识的能力。设计要求是：选择光电编码器，设计电机转速检测系统，转速超过200r/min，自动报警提示。所以根据设计目的与功能要求，选择增量式光电编码器，选定光电编码器的T法测速法；通过P3.2()，或P3.4（

3、T0）引脚把光电编码器输出0～5V的方波脉冲序列，引入单片机内；通过单片机内部的TO定时器/计数器的功能，计算出光电编码器每个脉冲的时间间隔Tc；通过公式n=60/Z/Tc=60f/Z·M(Z=倍频系数X编码器光栅数)计算出电动机的实时转速N；通过编好的软件，拿实时转速N与规定转速上限n=200r/min比较，如果实时转速N大于200r/min，系统报警（蜂鸣器发声），红色报警灯亮；如果实时转速N小于200r/min，系统正常工作，不会报警，绿色工作指示灯亮。同时，检测系统进入下一个检测周期，继续对电动机转速进行检测。以此实现，转速系统对电动机的实时检测，报警提示。二、系统各部件及原理2.

4、1.1光电编码器光电式旋转编码器是检测转速或转角的元件，旋转编码器与电动机相连，当电动机转动时，带动编码器旋转，产生转速或转角信号。旋转编码器分绝对式和增量式两种。绝对式编码器在码盘上分层刻上表示角度的二进制数码或是循环码，通过接收器把该数码送入计算机。增量式编码器是在码盘上均匀地克制一定数量的光栅，当电动机旋转时，码盘随之一起转动。通过光栅的作用。通过光栅的作用，持续不断地开放或封闭光通路，因此在接受装置的输出端便得到频率与转速成正比的方波脉冲序列，从而可以计算出转速。光电码盘的光栅数为N，则转速分辨率为1/N，常用的增量式光电码盘光栅数有1024、2048、4096等。采用倍频电路，可

5、以有效地提高转速分辨率，而不增加旋转码盘的光栅数。图1增量式光电码盘原理图图2某型光电编码器的使用参数本设计中采用增量式光电编码器，光栅数为1024，不适用倍频电路，即一倍频。2.1.2测速方法光电编码器的测速方法有三种，M测速方法，T测速方法，M/T测速方法。M测速方法：在一定时间Tc内测取旋转编码器输出的脉冲数M1，用以计算这段时间内的转速。适用于高速测速。T测速方法：测出旋转码盘两个输出脉冲之间的间隔时间来计算转速，又称周期测速法。适用于低速段测速。M/T测速方法：是T测速方法与M测速方法的综合，分辨率高，适用范围大。考虑到转速上限为200r/min，转速不大，且要求转速的测量简单易

6、行，采用T测速方法。T测速方法的实现：以旋转编码器输出的相邻两个脉冲的同样变化为计数的起点和终点，记录计算机发出的脉冲数，从而测出时间Tt。准确的测速时间Tt是用所得的高频始终脉冲数M2计算出来的，即Tt=M2/f，因而电动机转速为n=60/ZTt=60f/ZM2。测速原理如图所示：图3T法测速原理图2.2.189C51单片机89C51单片机是整个测量系统的主要部分，负责接收光电编码器的脉冲信号，开始记录单片机内部脉冲数M，或者循环次数A，从而得出时间Tc，进而得出实时转速N。通软件拿实时转速N与规定转速上限n=200r/min比较，如果实时转速N大于200r/min，系统报警（蜂鸣器发声

7、），红色报警灯亮；如果实时转速N小于200r/min，系统正常工作，不会报警，绿色工作指示灯亮。单片机原理图如下，在本设计中将使用到XTAL1，XTAL2，Vcc，RST/Vpd，Vss，或T0，P1.0，P1.1，P1.2引脚。图489C51单片机引脚图2.2.2时钟信号89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，两端跨接石英晶体及两个电容，构成稳定自振