电机转速测量系统设计说明

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1、......摘要：设计一个电机转速测量系统，该系统是由光电转换电路，整形电路，晶体振荡器电路，分频电路，倍频电路，时序控制电路和计数、译码、驱动、显示电路组成。电机转速的测量范围为6000r/min~30000r/min,测量的相对误差%。该电路通过整形电路输出方波，通过倍频电路将方波信号的频率扩展，再和分频电路出来的频率为1/6Hz的信号计数、译码显示、锁存、清零等功能。关键字：光电转化；分频；倍频；时序控制；计数一、概述该课程设计是关于直流电动机转速的测量。转速时电动机极为重要的一个状态参数，在很多运动系统的测控中，都需要对电机的转速进行测量，速度测量的精度直接影

2、响系统的控制情况，他是关系测控效果的一个重要因素。不论是直流调速系统还是交流调速系统，只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。电机转速一般指电机转子的每分钟转数，通常用r/min表示，是各类旋转电机运行过程中的一个重要的量。本次课程设计就选用光电测速法，包括光电转换电路，整形电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，时序控制电路和计数、译码、驱动、显示电路组成，电机转速的测量范围为6000r/min~30000r/min，并用5位LED数码管显示出相应的电机转速。二、方案论证目前测量转速的方式主要有两种。一种是将转速转化为模拟信号，对模拟信号进行测量。如基于线性霍

3、尔传感器的测速发电机是将转速直接转换为电压信号，然后测量其电压。另一种是将转速信号转化为脉冲信号，然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量。方案一：控制器C8051F060主要完成转速脉冲的采集、16位定时计数器计数定时、运算比较，片内集成的12位DAC0控制转速，并且通过7279显示接口芯片实现数码显示等多项功能。系统采用外部晶振，系统时钟SYSCLK等于18432000，T0定时1 ms，初始化时TH0=（-SYSCLK/1000）*8;TL0=-SYSCLK/1000。等待1 s到，输出转速脉冲个数N，计算电机转速值。将1 s内的转速值换算成1 min

4、内的电机转速值，并在LED上输出测量结果。原理方框图如图1所示：电机霍尔传感器脉冲信号放大C8051-F0607279LED图1方案一原理框图方案二：此方案中包括光电转换电路，整形电路，闸门电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，控制电路和计数、译码、驱动、显示电路。原理方框图如图2所示：学习好帮手......光电转换电路整形电路闸门电路计数、译码、驱动、显示电路输入信号晶体振荡器电路分频电路控制电路图2方案二原理框图在电动机轴上直接安装一个圆盘，在圆盘上开5个均匀的小孔，当电动机旋转时光源通过小孔投射到光敏三极管上，就产生了一序列的脉冲信号，光敏三极管产生的脉冲信号

5、频率正比于电机转速。经过整形电路将输入信号变成方波，再用四倍频电路使整形后的信号频率变为原来的四倍。晶体振荡电路输出的波形经过216分频电路，使之产生0.5Hz的基准信号，再经过3分频，产生一个1/6Hz的基准信号，把经过倍频的光电转换后的信号计数并显示出来。比较：方案一的缺点是被测信号易受电磁干扰和温度变化的影响。方案二的优点在于抗干扰能力强、不受温度变化影响、稳定性好，而且精度高。所以综合考虑选择方案二。三、电路设计1、光电转换电路光电转速传感器原理示意图如图3所示:ΩΩ在被测电机轴上安装一测试盘，圆盘上有15个均匀圆孔。当光束通过小孔时，投射到光敏三极管上产生电

6、信号，当光束被无空部分遮住时，光敏三极管无信号。光敏三极管产生的脉冲信号频率正比于电机转速n。R1和R2为两个为1KΩ的限流电阻，LED1持续发光，光线通过带有圆孔的挡板，变成间断的光信号。光敏三极将接收到的光信号转化成电信号，作用于以后的系统。图3光电转换电路原理图学习好帮手......1、整形电路整形电路用的是555定时器构成的施密特触发器，利用施密特触发器，将输入的信号进行整形，输出为方波。2和6管脚连在一起接输入信号，从3管脚输出，输入信号与输出信号反相，在5管脚接入0.01F的滤波电容，接法及波形如图4，图5所示：vIvo图4用555定时器接成的施密特触发器

7、vo图5整形后输出波形图555定时器的电压输出特性如下，特性原理图如图6所示：a.输入电压vI=0V时，输出电压vo输出高电平。b.当vI上升到时，vo输出低电平。当vI由继续上升，vo保持不变。c.当vI下降到时，电路输出跳变为高电平。而且在vI继续下降到0V时，电路的这种状态不变。学习好帮手......图6用555定时器接成的施密特触发器电压输出特性原理图3、倍频电路四倍频电路原理相当于两个二倍频级联，当A点输入为高电平时，从U28输出为低电平，D点输出为高电平，C5充电，同时C4放电，随着C点电压的逐渐升高，当其电压大于2.8V时，D点输出为低