智能化转速测量研究设计毕业论文

专业专注智能化转速测量研究设计毕业论文智能化转速测量研究设计毕业论文目目录录摘要 I ABSTRACT II 前言 1 第 1 章绪论 2 1 1 课题的研究背景 2 1 2 课题研究的目的和意义 2 1 3 转速测量在国外的研究 3 1 4 主要容 4 第 2 章系统功能分析 5 2 1 系统功能概述 5 2 2 系统要求及主要容 5 2 3 系统技术指标 6 第 3 章系统总体设计 7 3 1 转速测量的一般方法 7 3 2 硬件电路设计思路 9 3 3 软件设计思路 9 第 4 章硬件电路设计 11 4 1 单片机模块 11 4 1 1 处理执行元件 11 4 1 2 时钟电路 14 4 1 3 复位电路 15 4 1 4 显示电路 16 4 1 5 HD7279 接口 18 4 1 6 键盘电路 21 4 2 霍尔传感器简介 22 4 2 1 霍尔器件概述 22 专业专注 4 2 2 霍尔传感器的应用 22 4 2 3 AH41 霍尔开关 23 4 3 发送模块 24 第 5 章软件设计 28 5 1 单片机转速程序设计思路及过程 28 5 1 1 单片机程序设计思路 28 5 1 2 单片机转速计算程序 29 5 1 3 二十进制转换程序 30 5 2 程序设计 32 第 6 章系统调试 34 6 1 硬件调试 34 6 2 软件调试 35 6 2 1 调试主要方法和技巧 35 6 2 2 程序调试过程 36 6 3 综合调试 37 6 4 故障分析与解决方案 37 6 5 结论与经验 38 参考文献 40 致谢 41 附录 42 专业专注前言智能化转速测量可以对电机的转速进行测量电机在运行的过程中需要对其平稳性进行监测适时对转速的测量有效地可以反映电机的状况本系统主要由传感器单片机 AT89C51 构成可以对大围转速进行测量测量的转速精度高还可以和 PC 机时时通信实现对电机转速的测量单片机的英文名称是 Micro Controller unit 缩写为 MCU 又称为微控制器它是一种面向控制的大规模集成电路芯片它具有功能强体积小可靠性高应用简单灵活因而使用非常广泛有力地推动各行业的技术发展和更新换代本文首先在第 1 章绪论介绍了此系统的功能技术指标以及主要容等在第 2 章论述了总体设计过程确定了技术指标及器件的选择第 3 章着重描述了系统硬件电路设计硬件设计框图及所使用的各种芯片功能与特性在第 4 章中重点剖析了软件设计的过程最后在第 5 章中具体论述单片机电平转换电路通信的处理及调试专业专注第 1 章绪论 1 1 课题的研究背景目前国外测量电机转速的方法很多按照不同的理论方法先后产生过模拟测速法如离心式转速表用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得同步测速法如机械式或闪光式频闪测速仪以及计数测速法计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器也有采用电磁式利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等电容式对高频振荡进行幅值调制或频率调制等还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体的放射性材料来发生脉冲信号其中应用最广的是光电式光电式测系统具有低惯性低噪声高分辨率和高精度的优点加之激光光源光栅光学码盘 CCD 器件光导纤维等的相继出现和成功应用使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高采样速度快测量围宽和测量精度与被测转速无关等优点具有广阔的应用前景 1 2 课题研究的目的和意义随着超大规模集成电路技术提高尤其是单片机应用技术以其功能强大价格低廉的显著特点使全数字化测量转速系统得以广泛应用由于单片机在测量转速方面具有体积小性能强成本低的特点越来越受到企业用户的青睐转速是工程中应用非常广泛的一个参数其测量方法较多而模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法这种测量方技术已不能适应现代科技发展的要求在测量围和测量精度上已不能满足大多数系统的使用随着大规模及超大规模集成电路技术的发展数字系统测量得到普遍应用特别是单片机对脉冲数字信号的强大处理能力使得全数字量系统越来越普及其转速测量系统也可以用全数字化处理在测量围和测量精度方面都有极大的提高常用的检测方法有机械式光电式霍尔式频闪法高压油管应变法等专业专注本课题主要是针对转速测量系统的硬件和软件系统的设计运用 51 系列单片机设计一种全数字化测速系统从提高测量精度的角度出发分析讨论其产生误差的可能原因同时从实际硬件电路出发分析电路的工作原理根据设计具体情况提出修改方案和解决办法在工程实践中经常会遇到各种需要测量转速的场合例如在发动机电动机卷扬机机床主轴等旋转设备的试验运转和控制中常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速要测速首先要解决是采样问题在使用模技术制作测速表时常用测速发电机的方法即将测速发电机的转轴与待测轴相连测速发电机的电压高低反映了转速的高低为了能精确地测量转速外还要保证测量的实时性要求能测得瞬时转速方法因此转速的测试具有重要的意义这次设计容包含知识全面对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题单片机部分的容显示部分等各个模块的通信和联调全面了解单片机和信号放大的具体容进一步锻炼我们在信号采集处理显示等方面的实际工作能力本课题以单片机为核心设计的全数字化测量转速系统在工业控制和民用电器中都有较高使用价值一方面它可以应用于工业控制中的某一部分如数控车床的电机转速检测和控制水泵流量控制以及需要利用转速检测来进行控制的许多场合如车辆的里程表车速表等另一方面由于该转速测量系统采用全数字结构因而可以很方便的和工业控制机进行连接实行远程管理和控制进一步提高现代化水平并且几乎不需做很大改变就能直接作为单独的产品使用总之转速测量系统的研究是一件非常有意义的课题 1 3 转速测量在国外的研究转速是能源设备与动力机械性能测试中的一个重要的特性参量因为动力机械的许多特性参数是根据它们与转速的函数关系来确定的例如压缩机的排气量轴功率燃机的输出功率等等而且动力机械的振动管道气流脉动各种工作零件的磨损状态等都与转速密切相关转速测量的方法很多测量仪表的型式也多种多样其使用条件和测量精度也各不相同根据转速测量的工作方式可分为两大类接触式转速测量仪表专业专注与非接触式转速测量仪表前者在使用时必须与被测转轴直接接触如离心式转速表磁性转速表与测速发电机等后者在使用时不需要与被测转轴接触如光电式转速表电子数字式转速表闪光测速仪等测量发动机转速的传统方法是使用光电式转速表测量用这种方法测量时既要在发动机转动轴上粘贴光标纸又要求测量人员把转速表与光标纸的距离控制在很近的围测量十分不方便随着科学技术的迅速发展转速测量仪表已步入现代化电子化的行列过去曾经使用过的接触式测量仪表如离心式转速表磁性转速表微型发电机转速表及钟表是定时转速表均已先后受到冷落而利用已知频率的闪光与被测轴转速同步的方法来测速的闪光测速仪虽属非接触式仪表目前仍有应用但也退居次要地位代之而起的是非接触式的电子与数字化的测速仪表这类转速仪表大多具有体积小重量轻读数准确使用方便等优点容易实现电脑荧屏显示和打印输出能够连续的反映转速变化既能测定发动机稳定情况下的平均转速也能够用来在足够小的时间间隔这一特定条件下测定发动机的瞬时转速转速测量的应用系统在工业生产科技教育民用电器等各领域的应用极为广泛往往成为某一产品或控制系统的核心部分其各种参数在不同的应用中有其侧重但转速测量系统作为普遍的应用在国民经济发展中有重要的意义 1 4 主要容 1 详细分析转速的测量理论对转速的周期测量法 T 法频率测量法 M 法以及周期频率 M T 测量法三种具体测量方法的转速计算各自的测量精度和误差进行阐述定性地比较三种方法所针对的转速特征分析高中低转速情况下各自的适用状况 2 根据单片机硬件系统的设计构建软件系统分别对硬件系统的配置予以估计使其能够对转速进行测量同时分析接口电路显示转速 3 对单片机定时计数器进行设置设计和说明定时计数器在 M 法测量中的作用和使用方法讨论测量精度的问题 4 根据系统要求设置各控制字用汇编语言编制程序包括主程序流程专业专注转速计算程序显示中断程序流程同时并写出其具体程序专业专注第 2 章系统功能分析 2 1 系统功能概述系统主要实现功能是 AT89C51 单片机接收霍尔传感器传来的脉冲信号单片机根据外部中断以及部定时器进行记数计算出电机转速送到 LED 显示同时数据传给 PC 机并在 PC 机屏幕上显示出来记录各时段的转速画出 V T 坐标图本系统通信部分是单片机经电平转换电路 HIN232CP 之后通过串口 RS 232 发送数据由 PC 微机接收微机部分用 Visual Basic 软件编写的界面作为 PC 机部分与单片机进行串口之间通信传感器电路转速测量 LED 显示电平转换电路设计等将在以下章节作详细地设计图 2 1 系统硬件电路从实用的角度看评价一个系统实用价值的重要标准就是这个系统对社会生活和科技观念有多大的贡献转速测量系统具有大围高精度等优点测量速度快这种系统将会有良好的应用 2 2 系统要求及主要容将霍尔传感器产生的脉冲信号输出入到单片机的外部中断 0 口单片机工作在部定时器工作方式 0 对周期信号进行部记数调用计算公式算出转速调用显示程序显示在 LED 上同时通过串口向上位机发送转速数据系统包含主要容如下传感器单片机 AT89C51 电平转换电路 LED 显示驱动电路送 PC 机界面专业专注 1 单片机部分主要完成电机转速的测量 2 LED 部分主要是把转速显示出来显示围 60 36000r min 3 发送部分主要是完成电平转换送 RS232 向 PC 发送数据 4 PC 机部分主要完成将数据显示在界面并描绘出 V T 图 2 3 系统技术指标系统主要完成测量和通信两部分功能 1 设计并制作单片机的转速测量的硬件系统 2 用汇编语言完成转速测量的软件系统 3 要求把转速显示在 5 位 LED 上精度为 0 1 4 能向上位机发送数据 5 用 9 针 RS 232 即可 6 在微机部分采用 Visual Basic 编制 RS 232 通信软件 7 通信软件具有数据接受编辑框 8 通信软件要适时对数据的记录用时间曲线表示根据系统要实现的功能以及要求要实现单片机的转速测量主要是各个模块的设计定时器记数功能以及 LED 驱动电平转换及 PC 机之间的通信单片机可通过编程控制外围部件能实现较高的自动化程度以它为系统核心的控制模块可实现主从控制完成预定的任务专业专注第 3 章系统总体设计 3 1 转速测量的一般方法一般转速测量系统有以下几个部分构成转速测量框图如图 3 1 所示图 3 1 转速测量框图 1 转速信号拾取转速信号拾取是整个系统的前端通道目的是将外界的非电参量通过一定方式转换成电量这一环节可以通过敏感元件传感器或测量仪表等来实现方法如下 1 通过敏感元件拾取被测信号敏感元件体积小可以根据用户及环境要求做成各矛头形状的探头它能将被测的物理量变换成电流电压只要选择合适的元件参数如