单片机的测速仪(附件)【字数：10432】
摘 要单片机作为一种微型的控制器,在日常的生产生活中的使用越来越普遍。它具有很多优点体积比一般的控制器要小,质量比一般的控制器要轻,并且在性价比方面也比其他的控制器要高。除此之外,它的操作简单,给一些嵌入式开发者提供了极大的便利。伴随着数字化,信息化,技术化时代的到来,有关单片机的技术发展也有了突飞猛进的进步。目前,生产生活中的很多地方都离不开单片机的帮助。 各种各样的电机在工业生产以及生活中的使用非常普及,为了能够对电机的运行进行控制并且对电机的工作状态进行检测,然后根据用户的需要对电机进行调速,有必要对电机的转速实施测量,由此提高自动化的程度。转速是一个常用的参数,对转速测量的办法有好几种,使用霍尔传感器检测电机的转速是现在采用比较多的方法。 在此次电机转速测量系统中,我们以51单片机为主控芯片,利用霍尔传感器的霍尔效应采集脉冲电压信号,通过信号转换电路将信号转变成单片机可以处理的信号。随后将测得的转速在液晶屏上显示,由此设计出一个电机转速测量系统。本设计系统还研究了其他的参数,包括测量精度、测量范围以及及响应速度。在设计程序时,采取模块化编程,先将液晶屏,矩阵键盘,定时器各个模块程序编辑好,然后把这些程序的头文件包含在主程序中。最后,经过一系列的实验和调试后,测速系统的一些基本参数便可以获得。实际测速过程中要求系统稳定,不受外界环境的影响,性价比高,方便使用。
目 录
第一章 绪论 1
第二章 系统设计基础知识 2
2.1 直流电机 2
2.1.1 直流电机概述 2
2.1.2 组成结构 2
2.1.3 工作原理 2
2.1.4 控制原理 3
2.2 步进电机 3
2.2.1 步进电机概述 3
2.2.2 步进电机特点特性 3
2.2.3 步进电机的控制 4
2.3 STC89C52 5
2.3.2 标准功能和主要特性 5
2.3.3 器件参数 6
2.5 霍尔传感器 10
2.6 矩阵键盘 11
第三章 系统总体方案设计 13
3.1 系统分析 13
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
/> 3.2 设计思路和系统构成 14
第四章 硬件电路设计 15
4.1 电源电路 15
4.2 单片机最小系统电路 15
4.3 转速测量电路 16
4.4 LCD12864显示电路 17
4.5 矩阵按键电路 17
4.6 步进电机驱动电路 18
第五章 软件设计 20
5.1 计时方案选择 20
5.2 软件结构划分 21
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
附 录 25
第一章 绪论
1.1 课题背景和目的
在这日新月异的时代,单片机已经在日常生活的很多方面得到普遍的使用,很多领域都有单片机的影子。工厂机器上的各种控制台,家用电器,智能卡的普遍使用,豪华私人轿车的中控台,都离不开单片机的帮助。还有一些通信工具,一些遥控玩具等等都和单片机密切相关。
各种各样的电机在生产生活上的用途非常普遍,为了控制电机的运行,检测电机的运行状态,然后根据运行状态对电机进行调速,检测电机的转动速度显得尤为重要,从而提高生产自动化。
1.2 课题研究方法
检测电机转速有很多种方式,但是大部分是复杂的。目前,检测电机转速主要有以下几种办法:
1)磁电法。先将圆盘固定在电机的转轴上,随后将一个小磁铁固定在圆盘上。当小磁铁随电机运动时,在小磁铁运动轨迹的圆周外边沿一定距离处固定一个线圈,电机转动时线圈在小磁铁的感应下会产生脉冲电压。在固定的周期内计算脉冲的个数,就能得到电机的转动速度。
2)光反射法。在电机转动的地方画一条白色的线,然后用一束强光照射,使用光电元件检测强光,光电元件会产生脉冲信号。在固定的周期内计算脉冲的个数,就能得出电机的转动速度。
3)霍尔检测法。把一块小磁铁粘在电机转动的地方,随后把一个霍尔元件固定在小磁铁运动的圆周外边缘一定距离处。当电机开始工作时,霍尔传感器在磁场的作用下,产生周期性的变化,形成脉冲电压。在固定的周期内对脉冲个数进行计数,就能得到电机的转动速度。
4)光栅法。先把圆盘凿透做出几个通光孔,然后将圆盘固定在电机的转动轴上。在圆盘两侧固定发光光源以及受光元件,当电机开始工作时,受光元件接受到光照,产生周期性的电压脉冲,在固定的周期内对脉冲个数进行计数就能得到电机的转动速度。
第二章 系统设计基础知识
2.1 直流电机
2.1.1 直流电机概述
直流电机分为两种:第一种是直流电动机,第二种是直流发电机。直流电动机是将电能转变为机械能的结构装置,而直流发电机则与直流电动机的能量转换相反。直流电机如图11所示。
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图21 直流电机实物图
2.1.2 组成结构
直流电机由定子和转子组成。在直流电机动作时,外壳内部不动的部分叫做定子,定子的作用是在电流的作用下形成磁场。定子主要由以下几个部分组成:机座、主磁极[1]、换向极、端盖、轴承和电刷装置。直流电机动作时转动的部分叫做转子,转子转动时它会产生电磁转矩以及感应电动势,是直流电机将机械能转变为电能或者将电能转变为机械能的关键部分,这部分也叫它为电枢。
2.1.3 工作原理
在直流电机里有一些永久性磁铁,它们被固定在电机壳的内部,当转子通以直流电时,根据安培定则通电线圈在磁场的作用下会受到力的作用。当线圈运动到和磁场水平的时候,再接着转动时线圈受到的磁场的方向会和原来的方向不同,所以电刷和转换片轮换碰触,因此线圈上的电流的流动方向也会发生变化,由此洛伦兹力的方向将会保持不变,因此电机会保持向一定的方向转动。
至于直流发电机,就是把线圈中感应的交流变化的电动势,通过换向器配合电刷的换向,使交流变化的电动势转变为直流电动势。
至于感应电动势的方向该如何做出判断?依据右手螺旋定则,可以容易的判断出感应电动势的方向。
如何判断导体受力的方向呢?根据安培定则(左手定则),能够容易的用左手判断出导体受力的方向。
2.1.4 控制原理
简言之,通过改变输入到无刷电机定子线圈上的交流变化的频率,在绕组线圈周围形成一个围绕电机轴心旋转的磁场,旋转磁场使转子上的永久性磁铁转动起来,电机随之就会转动起来了。电机的性能主要与以下几个因素密切相关:转子上磁铁的个数、磁铁磁通的大小、输入电机的电源大小,而且与它自身的控制能力也有联系。由于给直流无刷电机供电的是直流电,需要电子速度调节器将其变化为交流电,然后电机接收单片机或者其他控制器给出的控制信号,实现调节速度的功能。
目 录
第一章 绪论 1
第二章 系统设计基础知识 2
2.1 直流电机 2
2.1.1 直流电机概述 2
2.1.2 组成结构 2
2.1.3 工作原理 2
2.1.4 控制原理 3
2.2 步进电机 3
2.2.1 步进电机概述 3
2.2.2 步进电机特点特性 3
2.2.3 步进电机的控制 4
2.3 STC89C52 5
2.3.2 标准功能和主要特性 5
2.3.3 器件参数 6
2.5 霍尔传感器 10
2.6 矩阵键盘 11
第三章 系统总体方案设计 13
3.1 系统分析 13
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
/> 3.2 设计思路和系统构成 14
第四章 硬件电路设计 15
4.1 电源电路 15
4.2 单片机最小系统电路 15
4.3 转速测量电路 16
4.4 LCD12864显示电路 17
4.5 矩阵按键电路 17
4.6 步进电机驱动电路 18
第五章 软件设计 20
5.1 计时方案选择 20
5.2 软件结构划分 21
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
附 录 25
第一章 绪论
1.1 课题背景和目的
在这日新月异的时代,单片机已经在日常生活的很多方面得到普遍的使用,很多领域都有单片机的影子。工厂机器上的各种控制台,家用电器,智能卡的普遍使用,豪华私人轿车的中控台,都离不开单片机的帮助。还有一些通信工具,一些遥控玩具等等都和单片机密切相关。
各种各样的电机在生产生活上的用途非常普遍,为了控制电机的运行,检测电机的运行状态,然后根据运行状态对电机进行调速,检测电机的转动速度显得尤为重要,从而提高生产自动化。
1.2 课题研究方法
检测电机转速有很多种方式,但是大部分是复杂的。目前,检测电机转速主要有以下几种办法:
1)磁电法。先将圆盘固定在电机的转轴上,随后将一个小磁铁固定在圆盘上。当小磁铁随电机运动时,在小磁铁运动轨迹的圆周外边沿一定距离处固定一个线圈,电机转动时线圈在小磁铁的感应下会产生脉冲电压。在固定的周期内计算脉冲的个数,就能得到电机的转动速度。
2)光反射法。在电机转动的地方画一条白色的线,然后用一束强光照射,使用光电元件检测强光,光电元件会产生脉冲信号。在固定的周期内计算脉冲的个数,就能得出电机的转动速度。
3)霍尔检测法。把一块小磁铁粘在电机转动的地方,随后把一个霍尔元件固定在小磁铁运动的圆周外边缘一定距离处。当电机开始工作时,霍尔传感器在磁场的作用下,产生周期性的变化,形成脉冲电压。在固定的周期内对脉冲个数进行计数,就能得到电机的转动速度。
4)光栅法。先把圆盘凿透做出几个通光孔,然后将圆盘固定在电机的转动轴上。在圆盘两侧固定发光光源以及受光元件,当电机开始工作时,受光元件接受到光照,产生周期性的电压脉冲,在固定的周期内对脉冲个数进行计数就能得到电机的转动速度。
第二章 系统设计基础知识
2.1 直流电机
2.1.1 直流电机概述
直流电机分为两种:第一种是直流电动机,第二种是直流发电机。直流电动机是将电能转变为机械能的结构装置,而直流发电机则与直流电动机的能量转换相反。直流电机如图11所示。
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图21 直流电机实物图
2.1.2 组成结构
直流电机由定子和转子组成。在直流电机动作时,外壳内部不动的部分叫做定子,定子的作用是在电流的作用下形成磁场。定子主要由以下几个部分组成:机座、主磁极[1]、换向极、端盖、轴承和电刷装置。直流电机动作时转动的部分叫做转子,转子转动时它会产生电磁转矩以及感应电动势,是直流电机将机械能转变为电能或者将电能转变为机械能的关键部分,这部分也叫它为电枢。
2.1.3 工作原理
在直流电机里有一些永久性磁铁,它们被固定在电机壳的内部,当转子通以直流电时,根据安培定则通电线圈在磁场的作用下会受到力的作用。当线圈运动到和磁场水平的时候,再接着转动时线圈受到的磁场的方向会和原来的方向不同,所以电刷和转换片轮换碰触,因此线圈上的电流的流动方向也会发生变化,由此洛伦兹力的方向将会保持不变,因此电机会保持向一定的方向转动。
至于直流发电机,就是把线圈中感应的交流变化的电动势,通过换向器配合电刷的换向,使交流变化的电动势转变为直流电动势。
至于感应电动势的方向该如何做出判断?依据右手螺旋定则,可以容易的判断出感应电动势的方向。
如何判断导体受力的方向呢?根据安培定则(左手定则),能够容易的用左手判断出导体受力的方向。
2.1.4 控制原理
简言之,通过改变输入到无刷电机定子线圈上的交流变化的频率,在绕组线圈周围形成一个围绕电机轴心旋转的磁场,旋转磁场使转子上的永久性磁铁转动起来,电机随之就会转动起来了。电机的性能主要与以下几个因素密切相关:转子上磁铁的个数、磁铁磁通的大小、输入电机的电源大小,而且与它自身的控制能力也有联系。由于给直流无刷电机供电的是直流电,需要电子速度调节器将其变化为交流电,然后电机接收单片机或者其他控制器给出的控制信号,实现调节速度的功能。
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