基于單片機的電機測速系統(tǒng)設(shè)計

陸麗婷++項巖

摘 要：文章設(shè)計了以單片機STC89C51為硬件的控制核心，用霍爾傳感器進(jìn)行測量的直流電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。通過對方案的分析，文章確定了系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，該系統(tǒng)具有頻率響應(yīng)快、抗干擾能力強等特點。

關(guān)鍵詞：單片機；轉(zhuǎn)速測量；霍爾傳感器；脈沖計數(shù)；程序

在各類發(fā)電機和電動設(shè)備的旋轉(zhuǎn)控制中通常需要進(jìn)行轉(zhuǎn)速的測量，目前國內(nèi)外測量電機轉(zhuǎn)速的方法有很多，常用的轉(zhuǎn)速測量方法測速發(fā)電機測速發(fā)和光電碼盤測速法等[1]。這些方法各有優(yōu)缺點，本文設(shè)計了一種以單片機STC89C51為硬件的控制核心，以霍爾傳感器作為檢測元件，測量直流電機的轉(zhuǎn)速，并通過1602液晶顯示器顯示的方法。

1 方案設(shè)計

1.1 設(shè)計要求及指標(biāo)

設(shè)計本系統(tǒng)的前提是需要選定傳感器，本系統(tǒng)選定霍爾傳感器，因為其具有靈敏、可靠、無磨損、無觸點、功耗低、體積小巧、使用壽命長等優(yōu)點，符合電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的要求和指標(biāo)[2]。接下來設(shè)計一個單片機小系統(tǒng)，在設(shè)計過程中巧妙利用單片機的定時器和計數(shù)器對脈沖信號進(jìn)行測量或計數(shù)，把控好單片機接口電路的設(shè)計技巧。最后進(jìn)行實時測量顯示，根據(jù)獲得的脈沖計數(shù)實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測量。

1.2 方案分析與確定

轉(zhuǎn)速的測量方法很多，根據(jù)脈沖計數(shù)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量的方法主要有M法（測頻法）、T法（測周期法）和MPT法（頻率周期法）[3]。本系統(tǒng)采用了M法（測頻法）。由于轉(zhuǎn)速是以單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)數(shù)來衡量，在變換過程中多數(shù)是有規(guī)律的重復(fù)運動。

脈沖計數(shù)需要依靠脈沖信號，脈沖信號的獲取可以通過霍爾傳感器，結(jié)構(gòu)方式較為簡單：在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒小磁鐵，小磁鐵固定在轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤與電機軸相連，同時轉(zhuǎn)動，小磁鐵通過霍爾傳感器時，霍爾傳感器就會產(chǎn)生一個相應(yīng)的脈沖，通過計算出兩個連續(xù)脈沖的時間間隔，就可以計算出轉(zhuǎn)速了。

本系統(tǒng)的硬件部分以單片機STC89C51作為系統(tǒng)的控制單元，由電阻和發(fā)光二極管構(gòu)成電源電路，用霍爾傳感器作為測量轉(zhuǎn)速的檢測元件，最終通過1602液晶顯示器顯示直流電機的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)硬件原理如圖1所示。

根據(jù)硬件電路圖對各個部分的設(shè)計如圖2所示。

根據(jù)霍爾效應(yīng)用半導(dǎo)體材料制成的原件就是霍爾傳感器，即霍爾片。根據(jù)使用方法的不同霍爾片可分為貼片型和直插型，貼片型使用較少，因此本系統(tǒng)選擇直插型。同時要求選用的霍爾片具有體積小、安裝靈活等特點[4]，可用于測速，并且與普通的磁鋼片能夠配套，因此本系統(tǒng)選用型號為A3144的霍爾片作為霍爾測速模塊的核心。

本系統(tǒng)中使用片內(nèi)的計數(shù)器，計數(shù)器T1每到一個脈沖就會產(chǎn)生一個計數(shù)，經(jīng)過100 ms，定時器T0產(chǎn)生的中斷結(jié)束后，計數(shù)器T1的中斷溢出次數(shù)就是所需要的脈沖數(shù)。特點在于：使用了內(nèi)部的T1作為外部脈沖的計數(shù)器，并且，為了避免計數(shù)器的溢出，將T1的初值設(shè)為0。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)

最小系統(tǒng)包括單片機及其所需的必要的電源、時鐘、復(fù)位、晶振等部件，電源、時鐘等電路是使單片機能運行的必備條件，能使單片機始終處于正常的運行狀態(tài)。由STC89C51構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠，只需接上時鐘電路和復(fù)位電路即可構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)。

2.2 電源電路

電源電路由電阻和發(fā)光二極管組成，接通電源，電路連接無誤，燈亮。發(fā)光二極管用來檢測電路是否連通。

2.3 轉(zhuǎn)速測量電路

電機的轉(zhuǎn)速是以單片機可以識別的脈沖信號的形式體現(xiàn)的，所以首先把電機的轉(zhuǎn)速表示成脈沖信號的形式，目的是進(jìn)行脈沖計數(shù)。通過霍爾傳感器檢測到電機的脈沖信號，再經(jīng)過信號處理后輸出到計數(shù)器或其他的脈沖計數(shù)裝置，測量出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速[5]。

2.4 LCD液晶顯示電路

本系統(tǒng)中液晶顯示電路主要是通過電壓對顯示區(qū)域的控制，從而利用了液晶的物理特性，加上液晶顯示器具有厚度薄、易于實現(xiàn)全彩色顯示、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動等特點，只要有電就能顯示出圖形。電路原理如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 工作流程

本系統(tǒng)采用89C51中T0定時器和T1計數(shù)器配合使用對轉(zhuǎn)速脈沖定時計數(shù)的方式。其中T0工作為定時方式，每次定時100 ms，T1工作于計數(shù)方式，負(fù)責(zé)對外部脈沖進(jìn)行計數(shù)。本設(shè)計程序編程的主要思想就是在給定的100 ms之內(nèi)，用單片機自帶的計數(shù)器T1對外部脈沖進(jìn)行計數(shù)。

部分主程序如下：

Void mian（ ）

{ uintnum[10]={0x3f，0x06，0x5b，0x4f，0x66，0x6d，0x7d，0x07，0x7f，0x6f，0x79}；

unsigned int i，j，mm；

TMOD=0x01； //T0工作為定時方式，T1為計數(shù)方式

TH0=（65536-50000）/256；

TL0=（65536-50000）%256；

TH1=0；

TL1=0；

EA=1； //打開總中斷

IT0=0； //將外部中斷置為0

ET0=1； //允許T1中斷

TR0=1； //T0開始定時

EA=1； //開中斷

………………………

}

3.2 轉(zhuǎn)速測量程序

本系統(tǒng)設(shè)計中，計數(shù)器T1工作于計數(shù)方式，用于計數(shù)，為了獲取較大的測量范圍，計數(shù)量越大越好，所以，把T1定為工作方式1（16位的計數(shù)方式）。同時，為了使電路簡單化，本設(shè)計沒有使用外部控制端，而是通過指令置位/清零TR1的方式進(jìn)行計數(shù)的啟動/停止，并且T1用自由計數(shù)的方式，無需預(yù)置初值。

3.3 LCD顯示程序

寫入1602LCD液晶的程序如下：

void displaytolcd（）

{

write_command（0x80）； for （i=0；i

write_data（display[i]）；

delay（5）；

}

}

4 結(jié)語

本系統(tǒng)在對設(shè)計方案進(jìn)行分析論證的基礎(chǔ)上，分別通過系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計對方案進(jìn)行了擴充和完善，從而能使本系統(tǒng)更具有優(yōu)勢和一定的使用價值。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王文成，李健.基于單片機的電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的設(shè)計[J].儀表技術(shù)與傳感器，2011（8）：70-72.

[2]鄭隆舉，李慧芳，王志全，等.基于單片機的電機測速系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化與儀器儀表，2015（3）：37-39.

[3]牛潔，周靜，茍娜.基于霍爾傳感器的直流電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計[J].電子測試，2008（5）：75-78.

[4]陳育中.霍爾傳感器測速系統(tǒng)的設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2010（30）：7529-7532.

[5]陳楊.一種轉(zhuǎn)速測量電路設(shè)計[J].天津商學(xué)院學(xué)報，2003（6）：15-16.