直流电机速度测量装置的研究及设计毕业论文

 2021-04-19 10:04

摘 要

在工业生产生活中,经常会遇到各种需要测量转速的场合,例如在发电机、电动机、机床主轴等旋转设备的实验运转和控制中,常需要分时或连续测量,显示其转速或瞬时速度。本文介绍了基于霍尔传感器,采用单片机ATC89C52控制的直流电机转速测量控制系统的工作原理及软硬件设计方法。因此在设计中,采用了以ATC89C52单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分,配以各种显示、驱动模块,实现对电机转速的测量及显示。除此以外,我们还在设计中通过H型驱动电路完成了电机的正反转控制,并且采用PWM调速方式实现对电动机的调速。设计的整个控制系统,在硬件结构上采用了大量的集成电路模块,大大的简化了硬件电路,提高了系统的工作稳定性和可靠性,是整个系统的性能得到提升。

关键词:霍尔传感器;电机测速装置;ATC89C52单片机

THE RESEARCH AND DESING OF DC MOTOR SPEED MEASURING DEVICE

ABSTRACT

In the course of industrial production in the life often need too measure speed encounter various occasions.For example in the generators,motors,machine toll spindle rotating equipment of the experimental operating and control,often need points or continuous measurement and display the speed or the instantaneous velocity.Based on Hall sensor,using ATC89C52 MCU control of the DC motor speed measurement and control system principle of work and design method of software and hardware is introduced in this paper.So in the design,using ATC89C52 MCU as the core part of the control circuit of the whole control system,with all that,driver module,to achieve the measurement of motor speed and display.In addition,we also design the H type driving circuit to complete the motor positive inversion control,and using PWM control mode to achieve the speed of the motor.On the design of the whole control system,the hardware structure USES a large number of integrated circuit module,greatly simplify the hardware circuit and improve the stability and reliability of the system,and improves the performance of the whole system.

Key word:Hall sensor;Motor speed measurement device;ATC89C52microcontroller

目 录

1 绪论 1

1.1基于霍尔传感器的直流电机测速装置的现状 1

1.2 课题的研究背景和意义及研究内容 1

2 总体设计方案 3

2.1系统原理框图设计 3

2.2总体设计方案的论证 3

2.2.1系统结构方案论证 3

2.2.2转速测量方案论证 4

2.2.3电机驱动方案论证 5

2.2.4键盘显示方案论证 5

2.2.5转速显示方案论证 5

2.2.6PWM软件实现方案论证 6

3 硬件电路设计 7

3.1整个电路原理图 7

3.2控制电路的设计 7

3.3霍尔元件测速部分设计 9

3.4电机驱动电路设计 10

3.5显示电路设计 10

4 本系统软件部分设计 12

4.1总程序框图设计 12

4.2按键控制程序控制 13

4.3数码管显示程序设计 14

4.4PWM信号的单片机程序设计 15

5 本系统的实现与调试 16

5.1硬件电路的制作 16

5.2硬件电路的调试 16

5.3软件电路的调试 17

5.4调试效果图 18

总结 20

致谢 21

参考文献 22

附录A:硬件总图 23

附录B:仿真图 24

附录C:程序清单 25

附录D:元件清单 33

1 绪论

1.1基于霍尔传感器的直流电机测速装置的现状

霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器,我国从70年代开始研究霍尔器件,经过经过40余年的研究和开发,目前已经能够生产各种性能的霍尔元件,它具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小和耐高温等特点,在电机控制系统中占有非常重要的地位[18]

测速装置在电机控制系统中占有非常重要的地位。在电机电气系统中存在着较为恶劣的电磁环境,在这种环境下,基于霍尔传感器的测速装置具有较强的抵抗各种干扰脉冲的能力,同时输出信号的稳定不会受脉冲干扰的影响,而且基于霍尔元件的脉冲发生器具有成本低、构造容易、性能好的特点。

基于霍尔传感器的直流电机速度测量装置由单片机控制,能够做出使电机加速、减速的运动,并能控制电机的正反转,同时可以精准的测得电机的转速等多种功能。因此,基于霍尔传感器的直流电机速度测量装置的设计在人们目前的生活中得到了广泛的应用,比如机动车的行驶测速,工厂内自动电机的开与停,汽车行驶速度的显示,温室机器人的精密控制技术等技术领域,同时该装置也可应用于复杂恶劣的航空航天工作环境,因此具有良好的军用及民用应用前景[14]

1.2 课题的研究背景和意义及研究内容

基于霍尔传感器的直流电机速度测量装置可以看成一个简单的“计数器”,从发展趋势上看,基于霍尔传感器的直流电机速度测量装置的设计及研究方向是提出质量更精确的测速方案,并且需要考虑到在复杂的工作环境中工作也能保持性能的稳定[12]。我们可以知道该设计将来会广泛应用到人们的生产生活中去,因此越来越多的高校也都很重视这一课题的研究。基于霍尔传感器的直流电机速度测量装置设计要设计自动化专业的许多课程,包括模拟电路、数字电路、自动控制原理、单片机、直流电机调速技术等等,在研究过程中需要应用很多所学的专业知识,因此,选择基于霍尔传感器的直流电机速度测量装置作为研究课题具有现实意义。

基于霍尔传感器的直流电机速度测量装置这一设计,是通过检测电机的转速来监控电机的运行状况的。因此,我们需要解决两个基本问题:一是在电机转动过程中要利用霍尔传感器感知电机的转速;二是需要采取适当的算法进行电机转速的控制。该设计内容包括了机械设计、单片机原理、自动控制技术、电子电路技术、传感器技术等多个学科的知识,本文的设计采用ATC89C52单片机为控制核心,利用霍尔传感器检测电机的转速,通过单片机进行信号处理并在数码管上显示转速,并且可以控制电机转速的快慢,整个系统的电路结构简单,可靠性较高。

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