G18转速测量仪

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1、转速测量仪（C题）【本科组】摘要：电动机转速的检测和控制在工业测控系统中，起着极其重要的作用，设计一个基于现场可编程门阵列（FPGA）的转速测量仪。该测量仪采用了光电传感器进行脉冲采集电脉冲信号，通过FPGA核心数据处理完成对直流电机转速、功耗的测量和显示，同时，采用两片光电传感器来实现对转盘方向的检测，整体设计使得系统具有信号稳定，抗干扰能力强,可靠性好等优点。关键词：现场可编程门阵列（FPGA），低功耗，转速测量仪Abstract：Motorspeeddetectionandcontrollingplaya

2、nimportantroleinindustrymeasurementandcontrolsystem.Todesignaspeedmeasuringinstrumentbasedonfieldprogrammablegatesarray(FPGA).Themeteradoptsphotoelectricsensorelectricalsignalsbypulseacquisition,dataprocessing,thecoreofFPGAdcmotorspeed,powerconsumption,andth

3、atthemeasurementand,usingtwophotoelectricsensortoachieveturntabledirectiondetection,overalldesignmakesthesystemhasthesignalstability,stronganti-jammingability,goodreliability,andsoon.Keywords：FPGA，lowpowerconsumption，RotateSpeedSurveyInstrument19目录1.系统设计11.1

4、设计要求11.1.1基本要求21.1.2发挥部分21.2方案比较与选择21.2.1转速测量方案选择21.2.2整形电路的选择31.2.3放大电路的选择41.2.3功耗的测量方案选择41.2.4转盘方向检测方案选择41.2.5显示界面方案选择51.3方案论证51.3.1总体思路51.3.2设计方案62.单元电路设计62.1整体布局62.2转速测量电路72.2.1转速测量原理72.2.2原理方框图82.2.3原理图的设计与制作83.软件设计103.1开发软件及编程语言简介103.2软件实现方法113.2.1转速的测

5、量和实时显示实现113.2.2LCD的显示实现113.2.3功耗的测量实时显示实现144.系统测试154.1测试仪器与设备154.2指标测试154.2.1转速测量154.2.2功耗测量164.2.3转盘方向测量164.3误差分析164.3.1转速误差165结论17参考文献：17附录18附录1：主要元器件清单18附录2：转速测量仪顶层设计图19191.系统设计1.1设计要求设计并制作一个低功耗转速传感器和数据处理与显示电路，两者构成一台转速测量仪。用该测量仪实时非接触测量一个转动圆盘的转速，转速范围为100~60

6、0转/分。圆盘用覆铜板（材质FR4，厚度1.5mm）制作，直径为50mm，圆盘保留一半覆铜，圆心处钻一个孔用于固定在直流电机的转轴上。圆盘表面与测速传感器的距离L可在2-10mm之间调整，转速测量仪示意如图1所示，圆盘测量结构如图2所示。50mm测速传感器数据处理与显示电路L2根信号线上输出脉冲信号电源线图1.1.1低功耗转速测量仪示意图图1.1.2圆盘测量结构示意图191.1.1基本要求（1）测量圆盘的转速，测量误差的绝对值小于1%；（2）测速传感器功耗PC≤2mW（600转/分状态下测量）；（3）显示实时转

7、速数据；（测量项目名称用中文显示）（4）实时显示测速传感器功耗。（测量项目名称用中文显示）1.1.2发挥部分（1）测速传感器功耗PC≤0.2mW（600转/分状态下测量）；（2）L=10mm时，转速测量仪能够正常工作；（3）具有检测圆盘转动方向的功能；（4）具有检测并用曲线显示圆盘转速变化的规律（20秒时间内改变2-5次转速）。1.2方案比较与选择1.2.1转速测量方案选择转速测量方案的关键问题是传感器的选择。方案一：基于霍尔传感器实现的方案其测量系统框图如下图1.2.1所示，利用霍尔传感器测量电机的转速，属于

8、非接触测量，通过单片机C8051F060进行转速脉冲的采集，进而通过7279显示接口芯片实现显示。其优点就是结合了霍尔传感器的频率响应快，抗干扰能力强，输出为便于测量的矩形波等19特点，但其存在的不足是霍尔传感器的感应距离只有3-5mm的范围。电机霍尔传感器脉冲信号放大C8051-F0607279显示如图1.2.1基于霍尔传感器的转速测量系统框图方案二：基于光电传感器实现的方案其测量系