有刷电机的换向测速(附件)【字数：8617】
摘 要转速作为工程中广泛应用的参数，它具有丰富的测量方法，速度测量的主要方法为模拟量的采集，这种测量方法已不能满足现代科学技术发展的要求。其精度和方式已经无法适用于大多数的系统。伴随着超大规模、大规模集成电路技术领域的崛起，数字系统测量应用范围也随之扩大，尤其体现在单片机对脉冲数字信号的强大处理能力，这使得整个数字测量的系统变得越来越完善。更普遍的是，可以对速度测量系统进行数字处理。本文对一种基于ATMEGA16的单片机的电机测速方法进行了详细阐述。这种有刷电机的转速测量方法是通过测量电机的换向信号来实现的。这次设计的硬件系统包括直流电机模块、电压比较器电路模块、单片机脉冲信号的处理模块和LED数码管显示模块。本次设计的软件通过C语言进行编写。通过测试，结果表明，此次设计的系统具有可集成度高、稳定性好、方便快捷等优点。此外，本文对有刷电机的换向测速电路的基本原理、实施方案、软硬件的设计、软件仿真和实物调试进行了介绍。通过观察有刷电机的换向信号，我发现该信号有很明显的规律，且通过改变电机转速，其频率也会发生相应变化，但其波形并不是正常的波形，并不能被单片机处理，而且其幅度不是很大，并不能驱动MEGA16单片机，因此需要通过一定的整形，保持其携带的电机转速信息不变，且又能被单片机处理，达到电机测速的目的。
目 录
第一章 绪论 1
1.1论文研究的内容 1
1.2本次设计的特点 1
1.3有刷电机的介绍 2
第二章 设计要求与方案论证 3
2.1设计要求 3
2.1.1功能 3
2.1.2演示步骤 3
2.2系统基本方案选择与论证 3
2.2.1硬件核心的选择与论证 3
2.2.2显示模块的方案选择与论证 4
2.2.3信号处理方案选择与论证 4
2.3 电路设计最终方案的选定 4
第三章 系统硬件电路的设计 5
3.1系统硬件概述 5
3.2主要单元电路的设计 5
3.2.1单片机计数模块的设计? 5
3.2.2电压比较电路模块的设计 7
3.2.3显示模块的设计 8
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第四章 仿真设计 11
4.1调试与仿真 11
4.1.1 Proteus软件简介 11
4.1.2 软件设计? 11
4.2 仿真与调试步骤? 12
第五章 实物调试 13
5.1电机模块调试 13
5.2电压比较电路模块调试 14
5.3显示模块调试 15
5.4整体调试 16
致 谢 20
参考文献? 21
附录 22
第一章 绪论
1.1论文研究的内容
在实际生产生活中，难免会遇到各种测量速度情形。例如，在发动机、电机、提升机、机床主轴等旋转设备的测试、操作和控制中，经常需要连续测量和显示其速度和瞬时速度。为了测量速度，我们需要解决的第一个问题是抽样。为了准确测量速度，必须保证实时测量，测量瞬时速度。因此，一个更完美、更准确的速度测试具有重要的意义。
当前国内外有许多测量电机转速的方法。根据不同的理论方法，有模拟速度测量方法(如电机转矩、离心式转速计或电机电枢电动势)、同步速度测量(如机械或闪光频闪)和计数速度测量。计数速度测量方法也可分为电子计数法和机械时间计数法。传统的电机转速检测采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有电磁(电磁感应原理或可变磁阻元件等)、电容式(调幅或调频)。对于高频振荡，在散热器的旋转中使用特殊的速度检测器。
相比于上文提到的测速方法，还有一种更加简单且精确度也有一定保障的方法，它是利用电机自身的特点来测速的。电枢线圈将产生交流电在直流电动机旋转时。交流电流由换向器换向，并由电刷引出并叠加在电源电路的直流电流上，从而产生直流脉动。直流电动机的转速与直流电流的脉动频率存在一定关系。当直流电动机旋转时，脉冲电流的频率信息被收集在电源回路中，并且可以估计直流电动机的速度。直流电机的无速度传感器测量方法摒弃了传统的速度传感器，不需要对旋转部件进行标记，不需要将光束转换成旋转体，甚至在没有看到旋转物体时也能快速地测速。因为弥补了传统测速方法的不足，无传感器的直流电机测速方法的优点显而易见。本次设计将采用这种方法。
1.2本次设计的特点
本次设计是一种无线式无测速传感器的有刷直流电机的测速装置,根据被测电机在电枢回路产生的电流脉动频率来测定电机的转速,其特征在于：电流的脉动信号采集采用无线式天线线圈接收,天线线圈与后续电路连接；经过电压比较电路的处理后，产生脉冲信号，并将信号传送给ATMEGA16单片机处理，输出电机的转速值,送LED数码管显示。本实用新型测量时只要将天线线圈靠近被测电机即可, 不必将被测电机的供电线路断开,在测量上比现有的无传感器测速更显得方便。
1.3有刷电机的介绍
有刷电机是内含电刷装置的将电能转换成机械能（电动机）或将机械能转换成电能（发电机）的旋转电机。有刷电机是所有电机的基础，它具有启动快、制动及时、可在大范围内平滑地调速、控制电路相对简单等特点。
有刷电机是内含电刷装置的将电能转换成机械能(电动机)或将机械能转换成电能(发电机)的旋转电机。区别于无刷电机，电刷装置是用来引入或引出电压和电流的。有刷电机是所有电机的基础，它具有启动快、制动及时、可在大范围内平滑地调速、控制电路相对简单等特点。
电机工作时，线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成的。在电动车行业有刷电机分高速有刷电机和低速有刷电机。有刷电机和无刷电机有很多区别，从名字上可以看出有刷电机有碳刷，无刷电机没有碳刷。
有刷电机有定子和转子两大部分组成，定子上有磁极（绕组式或永磁式），转子有绕组，通电后，转子上也形成磁场（磁极），定子和转子的磁极之间有一个夹角，在定转子磁场（N极和S极之间）的相互吸引下，使电机旋转。改变电刷的位置，就可以改变定转子磁极夹角（假设以定子的磁极为夹角起始边，转子的磁极为另一边，由转子的磁极指向定子的磁极的方向就是电机的旋转方向）的方向，从而改变电机的旋转方向。
11 有刷电机原理图
第二章 设计要求与方案论证
2.1设计要求
目 录
第一章 绪论 1
1.1论文研究的内容 1
1.2本次设计的特点 1
1.3有刷电机的介绍 2
第二章 设计要求与方案论证 3
2.1设计要求 3
2.1.1功能 3
2.1.2演示步骤 3
2.2系统基本方案选择与论证 3
2.2.1硬件核心的选择与论证 3
2.2.2显示模块的方案选择与论证 4
2.2.3信号处理方案选择与论证 4
2.3 电路设计最终方案的选定 4
第三章 系统硬件电路的设计 5
3.1系统硬件概述 5
3.2主要单元电路的设计 5
3.2.1单片机计数模块的设计? 5
3.2.2电压比较电路模块的设计 7
3.2.3显示模块的设计 8
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
第四章 仿真设计 11
4.1调试与仿真 11
4.1.1 Proteus软件简介 11
4.1.2 软件设计? 11
4.2 仿真与调试步骤? 12
第五章 实物调试 13
5.1电机模块调试 13
5.2电压比较电路模块调试 14
5.3显示模块调试 15
5.4整体调试 16
致 谢 20
参考文献? 21
附录 22
第一章 绪论
1.1论文研究的内容
在实际生产生活中，难免会遇到各种测量速度情形。例如，在发动机、电机、提升机、机床主轴等旋转设备的测试、操作和控制中，经常需要连续测量和显示其速度和瞬时速度。为了测量速度，我们需要解决的第一个问题是抽样。为了准确测量速度，必须保证实时测量，测量瞬时速度。因此，一个更完美、更准确的速度测试具有重要的意义。
当前国内外有许多测量电机转速的方法。根据不同的理论方法，有模拟速度测量方法(如电机转矩、离心式转速计或电机电枢电动势)、同步速度测量(如机械或闪光频闪)和计数速度测量。计数速度测量方法也可分为电子计数法和机械时间计数法。传统的电机转速检测采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有电磁(电磁感应原理或可变磁阻元件等)、电容式(调幅或调频)。对于高频振荡，在散热器的旋转中使用特殊的速度检测器。
相比于上文提到的测速方法，还有一种更加简单且精确度也有一定保障的方法，它是利用电机自身的特点来测速的。电枢线圈将产生交流电在直流电动机旋转时。交流电流由换向器换向，并由电刷引出并叠加在电源电路的直流电流上，从而产生直流脉动。直流电动机的转速与直流电流的脉动频率存在一定关系。当直流电动机旋转时，脉冲电流的频率信息被收集在电源回路中，并且可以估计直流电动机的速度。直流电机的无速度传感器测量方法摒弃了传统的速度传感器，不需要对旋转部件进行标记，不需要将光束转换成旋转体，甚至在没有看到旋转物体时也能快速地测速。因为弥补了传统测速方法的不足，无传感器的直流电机测速方法的优点显而易见。本次设计将采用这种方法。
1.2本次设计的特点
本次设计是一种无线式无测速传感器的有刷直流电机的测速装置,根据被测电机在电枢回路产生的电流脉动频率来测定电机的转速,其特征在于：电流的脉动信号采集采用无线式天线线圈接收,天线线圈与后续电路连接；经过电压比较电路的处理后，产生脉冲信号，并将信号传送给ATMEGA16单片机处理，输出电机的转速值,送LED数码管显示。本实用新型测量时只要将天线线圈靠近被测电机即可, 不必将被测电机的供电线路断开,在测量上比现有的无传感器测速更显得方便。
1.3有刷电机的介绍
有刷电机是内含电刷装置的将电能转换成机械能（电动机）或将机械能转换成电能（发电机）的旋转电机。有刷电机是所有电机的基础，它具有启动快、制动及时、可在大范围内平滑地调速、控制电路相对简单等特点。
有刷电机是内含电刷装置的将电能转换成机械能(电动机)或将机械能转换成电能(发电机)的旋转电机。区别于无刷电机，电刷装置是用来引入或引出电压和电流的。有刷电机是所有电机的基础，它具有启动快、制动及时、可在大范围内平滑地调速、控制电路相对简单等特点。
电机工作时，线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成的。在电动车行业有刷电机分高速有刷电机和低速有刷电机。有刷电机和无刷电机有很多区别，从名字上可以看出有刷电机有碳刷，无刷电机没有碳刷。
有刷电机有定子和转子两大部分组成，定子上有磁极（绕组式或永磁式），转子有绕组，通电后，转子上也形成磁场（磁极），定子和转子的磁极之间有一个夹角，在定转子磁场（N极和S极之间）的相互吸引下，使电机旋转。改变电刷的位置，就可以改变定转子磁极夹角（假设以定子的磁极为夹角起始边，转子的磁极为另一边，由转子的磁极指向定子的磁极的方向就是电机的旋转方向）的方向，从而改变电机的旋转方向。
11 有刷电机原理图
第二章 设计要求与方案论证
2.1设计要求
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