课程设计电机转速测量

对转速测量原理进行了研究，设计出一种由 MCS-51单片机为主体的转速测量系统。设计出转速信号采集及调理电路，并使用单片机汇编语言编写信号处理程序

1 转速信号采集原理及方法

转速测量采用周期法，转速n 与脉冲宽度 TC 满足关系式 n =60TC/P ，而TC 与内部时钟脉冲数 m1 满足关系式 TC=1/m1；可得出转速计算公式为n =60/ Pm1。（其中：n为被测转速，P 为被测轴转一周的时间内脉冲发生器发出的脉冲数，及编码盘的孔数或测速齿盘的齿数）。 在设计中采用光电传感器采集信号，这种传感器是把旋转轴的转速变为相应频率的脉冲，然后用测量电路测出频率，由频率值就可知道所测转速值。从光源发出的光通过测速齿盘上的齿槽照射到光电元件上，使光电元件感光。测速齿盘上有 30 个齿槽，当测速齿盘旋转一周，光敏元件就能感受与开孔数相等次数的光次数。对于被测电机的转速在 90 ～1700 r/min 的来说，每转一周产生 30 个电脉冲信号，因此，传感器输出波形的频率的大小为 45 Hz≤f≤850 Hz 测速齿盘装在发射光源（红外线发光二极管）与收光源的装置（红外线接收三级管）之间，红外发光二极管（规格 IR3401 ）负责发出光信号，外线接收三级管（规格 3DU12 ）负责接收发出的信号，产生电信号，每转过一个齿，光的明暗变

接线红光化

经历了一个正弦周期，即产生了正弦脉冲电信号。 图1 所示为转速传感器电路， 转速传感器输出电压幅度在 0～1.6m V呈正弦波变化，由此可见，红外线接受三极管收到的光信号转化为电信号的电压 U 0 很微弱（一般为 mV 量级），需要进行信号处理。

2 转 速 信 号 处 理

信

号

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信号处理电路包括信号放大电路、整形及三极管整形电路等。由于产生的电压信号量很小，所以要进行放大处理，一般要放大至少1000 倍（≥60 dB），然后再进行信号处理工作。图2设计的电路电压放大倍数为3000 倍。其中第一级放大倍数为 30，第二级放大倍数为100。放大后的电压变化范围为 0 ～4.8 V。整形电路的主要作用是将正弦波信号转化为方波脉冲信号。三极管整形的电路的输入输出关系是：信号为－5 V 时U0 =+12 V；信号为+5 V时，U0=0 V。

3 MCS-51单片机硬件电路设计及编程

选用 MCS-51系列单片机中的8051 单片机作为测量转速的主机。选用8279

作为显示驱动装置，数据总线 D0 ～D7 接单片机 P0 口，采用单片机的T 1 口定时加软件计数来实现1 秒计数。即用 T1 定时0.1秒后溢出，使用工作寄存器的R5以实现计数10 次，计数满一秒后，然后检测到T0的转速脉冲信号输入处于下降沿时同时启动定时器 T1 、T0 ，直到 1 秒到，关计数器，记下1 秒所测的脉冲数，从而得到 1 秒的脉冲数 N。

在计算中将 1 秒的脉冲数乘以 2 就可得到转速的大小n 。计数器 T1 赋初值为：采用定时器 1 方式，X216ft12216102106655361000055536 µs。使用的晶振频率为 12 MHz，一个机器周期为 1 µs ，采用的赋初值的地址为：n =55536μs /1 μs=55536 ，转化为二进制为D8E0 H。实现定时1 秒脉冲计数的部分程序如下： ORG 1000H

MAIN：SETB TR1，启动定时器/ 计数器T1 CLR RS0，选用工作寄存组2

MOV R0，#40H，存放1 秒脉冲数的首地址 MOV R5 ，#0AH，开始软件计数

MOV TMOD ，#15H，T0用于计数，T1用于0.1s 定时 MOV TL0 ，#00H，计数器T0初始化 MOV TH0 ，#00H

MOV TL1 ，#E0H，定时器T1初始化 MOV TH0 ，#D8H CLR EA，屏蔽所有中断

JB P3.4，$ ，等待下降沿的到来

SETB TR1 ，启动定时器T0，T1 SETB TR0

LOOP：JBC TF1，LP1 ，查询T1的溢出标志，为1 则定时0.1s SJMP LOOP

LP1 ： MOV TL1，#E0H，T1重装初值 MOV TH1 ，#D8H

DJNZ R5，LOOP，软件计数 10次到了没，到了则 1s 时间到 CLR TR0，关闭定时器T0，T1 CLR TR1

MOV @R0 ，TL0 ，送计数值到40H 和41H 单元 INC R0 MOV @R0 ，TH0 ······ END

4 结 论

基于MCS-51单片机的转速测量系统，具有硬件电路简单，程序编程简单和运算速度快，测速范围宽，抗干扰性好的特点。在设计的信号处理电路中经过滤波能够进一步减小误差，使测速精度得到提高。