DOI:10.13436/j.mkjx.2011.03.048 第 32 2011 卷第 年 03 03 期 月 煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery Vol.32 No.03 Mar. 2011 基于 Proteus 仿真的转速测量系统设计 邵建林 ， 皖北煤电 百善煤矿 邵期友 安徽 淮北 235154） ， （ 摘 要 ： 介绍增量式编码器的信号特征 、proteus 软件的基本功能 ， 控制中心的编码器转速测量电路 详细分析软件实现的方法 ， 并给出设计的 ， c teus 软件进行仿真得到预期的测量结果 。 关键词 单片机 编码器 转速 ； ； ： 设计以 AT89S52 语言程序 单片机为 利用 Pro- ， 中图分类号 ： TP39 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1003 － 0794（2011）03 － 0220 － 04 Design of Rotational Speed Measurement System Based on Proteus Simulations SHAO Jian-lin， SHAO Qi-you （Wanbei Coal Electricity Group Baishan Colliery, Huaibei 235154， China） Abstract: Describes the incremental encoder signal characteristics, proteus software’s basic functionality, design center for the control of microcontroller AT89S52 encoder speed measurement circuit, detailed analysis of the software approach, and gives the design of the c language program, the use of proteus software measurement of the simulation to achieve the expected results. Key words: MCU； encoder； speed 引言 0 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 、 计准确性与高效性 使该系统极具实用价值 在自动控制领域经常需要测量电机 旋转装置 。 。 图 8 输入参数 输出参数 （2） 通过程序运算得出主轴的固定静载荷 弯矩 扭矩以及其他参数 、 、 力 用应力进行比较得出结果 应重新返回 输入界面修 改参数 图 。 , ， 9）。 结语 以上例子若用手工计算 4 、 支点反 给出最大应力并与许 则 见 如果校核结果不合格 直到 合格为止 , （ ， 复杂繁琐且易出错 ， 采用 本文设计的 程序进行 计算机辅助 设计极 大 的 该设计系统严格按照 提高了工作效率和产品质量 相关计算公式和软件工程开发方法开发 统一的输 它 界面的优越性 入输出界面设计充分体现了 数据文 件调用为一 集数据输入 体 极 提高了设 大地减少了工程设计人员的设计工作量 设计计算与 校核 帮助文档和 帮 助图库 AutoCAD ，Word 此外 GUI 。 ， 。 、 、 , , , 图 9 输出参数 参考文献 包李平 ［1］ ： 齿轮传动设计的 . 实现与 VB Auto LISP 参数化绘制 长 ［J］. 沙大学学报 , 1999, 13 (2): 57-59. 郭春福 利用 . VB ［2］ 实现注射机参数计算系统的开发 机械工程 ［J］. 与自动化 胡家顺 . ［3］ , 2005 (1): 5-6. 用 VB 实现工程设计技术文档的打印输出 化工设备 ［J］. 与管道 张晋西 出版社 ［4］ , 2000, 37 (3): 61-62. . Visual Basic 与 AutoCAD 二次开发 北京 ［M］. , 2002. 李长林 ［5］ . Visual Basic 数据库应 用 系 统 开 发 北 京 ［M］. 清华大学 电 子 工 业 : : 出版社 , 2006. 作者简介 ： 李卫民 （1965- ）, 辽宁朝阳人 , 辽宁工业大学教授 从 , 事 协 同 设 计 与 制 造 技 术 、CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM/ERP 等 技 术 的 教学与科研工作 220 电子信箱 ， 责任编辑 : liwmqh@163.com. 于淑清 收稿日期 ： ：2010－11－15 

第 卷第 期 基于 仿真的转速测量系统设计 邵建林 等 ——— 频率为 ， 电 压幅值为 为 plus、 动时将 1 ms， 1kHz、 路信号延时 即延时 B 滞后 为区分编码器是正转 90° 250 μs） 250 μs （1 kHz 1 Vol.32No.03 模 拟正向转 周期对应 5 V 时 冲进行递增或递减操作 降沿触发外部中断 此时 口的电压 正向运行标志位 如果此时 P0.4 方向标志为清 P0.4 ， 。 P3.2 、 利用接入 在中断服务程序中 反转以确定对对计数脉 口信号的下 判断 则为正向运转 ， 相反 1。 将运行 并对脉冲计数加 则为反向运转 INT0， 如果是高电平 置 ， ， ， P0.5 1， 口为低电平 ， 对脉冲计数减 0， 1。 03 Proteus 32 的转速 传统的测量方法是通过直流测速发电机来 ， 实现 响应时间要求的提 随控制系统对测量精度 高 采 用以单片机 和编码器组 成的测速系 统具有 外 围 电 路简单 角位移测量中得以广泛应用 。 编码器在转速 价格低等优点 显示方便 精度高 ， 。 、 、 、 、 、 ISIS、 Proteus 仿真平台 ， 混合模型仿真器 是一个完整 的嵌入式系 统软硬件设 计 它包括原理图输入系统 带扩展的 高级图形分 、 利用 Proteus 是全开放的 能够完全脱离硬件平台进行设计 ， 软件设 动态器件库 Prospice 析模块和处理器虚拟系统仿真模型等 。 能够同时对硬件软件协同设计与仿真 虚拟开发系统 大大提高了单片机开发的效率 计了转速测量系统电路 实现转速测量显示功能 Proteus 利用 ， ， 、 。 。 。 、 、 ， ， 1 鉴向盘 精度高 编码器信号特征 光电编码器是一种旋转式位置传感器 、 其结构主要包括主码盘 量式光电编码 器因体积 小 而应用广泛 系统和光电变换器 刻有 使 、 鉴向盘与主码盘平行布置 节距 其中增 价 格低等优点 光学 并 两组透明检测窄缝 以 两 个 光 电 变 换 器 输 出 信 号 在 相 位 上 相 差 光源发出光投 光电 ， 相信号 当编码器反转时 90°。 射在主码盘和鉴 向盘上 变换器输出变化的电压 如图 超前 相信号 因光 线的遮挡 作用 ， 当编码器正转时 工作时主码盘与转轴一起转动 相信号 相信号超前 所示 如图 相互错开 1（a） A、B a、b 90° 1/4 ，A B ， ， ， ， 。 ； ， 所示 。 1（b） B A 90° ， 。 90° 信号 信号 A B 信号 信号 A B 编码器正转输出信号 （a） （b） 编码器反转输出信号 图 1 编码器信号 2 硬件电路设计 利用 在 Proteus ISIS ， 命令 Pick devices 需要找出所需元器件 所 示 采 用 ， AT89c52 新建项目 窗口中选择系统元器件 通过左侧栏区的 P 根据 ， ， ， 排列 然后进行布线 。 单 片 机 作 为 控 制 器 2 使 用 位七段数码发光管作为转 ， 。 如图 (7SEG-MPX4-CA-RED)4 速输出 口 可以输出 0~9999 ， 之间的数值 显示器的段选码 8 个引脚接在 引脚上 f、g、dp） LED 单片机的 ， P2 口的 4 引 脚 上 单片机 。 P1 （a、b、c、d、e、 个 引脚接在 电 阻 起 限 流 ， （1、2、3、4） 显 示 器 位 选 码 采用总线方式接线使电路更为简洁 ， 为简化设计 编码器信号 利 用 信 号 源 直 接 输 入 在工具栏内选中信号源工 和 分别连接在 参数设为类型 。 在对象选择窗口选择 “PLUSE” 路信号 作为编码器 口以代替 对象 P0.4 ， 。 LED 作用 P3.4 具 ， P3.2、P0.4 A、B 、 ABCDEFGDP 1234 R8 R0 10 k R1 10 k R2 10 k a b c d e f g R6 10 k 10 k R3 10 k R4 10 k R5 10 k dp R10 D1 1 k LED-GREEN U1(P0.4/AD4) U1(P3.2/INT0) 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 C1 20pF X1 C2 20pF 19 18 C3CRYSTAL 9 10 μF 10 k R9 29 30 31 1 2 3 4 5 6 7 8 RST XTAL2 U1 XTAL1 P0.0/ADD P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD P1.0/T2 P1.1/T2EX P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 PSEN ALE EA 系统硬件结构 AT89C52 a b c d e f g dp 图 2 3 序 序 C 语言进行编程 软件设计 程序采用 外 部 中 断 子 程 序 、 显示子程序 转速的计算亦即单位时间内脉冲个数 内 部 定 时 子 程 序 ， 、 、 。 、 控制程序包括主程 转 换 子 程 工 作 在 方 式 产生 50 ms 下 ， 1 的 定 时 中 断 ， 为提高 定 时 初 值 取 计 算 在 ， 精 度 ， 将 定 时 器 0 （65 536~50 000）， 50 ms 时间内产生脉冲数 。 对于 转换子程序中 ， 16 通过取余 计算把个 位 位有符合整数先取绝 千位 十位 百位 、 、 、 中用于显示 。 口送段选码 P1 ，P2.0、P2.1、P2.2、 待显示字符利用查表选取显示码 ， 取下一字符及移动位码直至最后一 对值计算 数分别送至数组 ， a 显示子程序中 控制位码 P2.3 开位码并延时 位 具体程序如下 ， 。 。 ： #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit sbit sbit sbit SIGA = P0^3;//A SIGB= P0^4;//B DIREC = P0^5;// tt = P0^0; 路信号 路信号 方向指示位 uchar i,k,m; uint pcount,temp,temp1,m1,m2,m3; uchar code table [18] ={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99, 0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86, 0x8e,0xff,0x0c,}; 221 

Vol.32No.03 uchar a[4]=0; uchar *bp; void tim0(void)interrupt 1 using 1// { TH0= (65536-50000)/256; // 定时中断程序 装载计数初值 TL0= (65536-50000)%256; 计算 temp1=pcount-temp;// T0 时间内脉冲数 temp=pcount; 设标志 out=1；// } 外部中断程序 void int0 (void) interrupt 0 using 0// 信号为高电平 { if (SIGB==1)//B {REC =1;// 计数脉冲加 pcount++;} // 1 反向运行 else { DIREC=0;// pcount--; } // 计数脉冲减 1 正 向 运 行 main () { DIREC=1; pcount=0; TMOD=0x01;// 定时器 方式 0 1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1; ET0=1;// 开中断 IT0=1; EX0=1; TR0=1; do { if (out==1) { m1=temp1; chang ( m1 ); out=0; } bp=&a[0]; display1( bp ); tt=out; } while ( 1 ); 基于 Proteus 仿真的转速测量系统设计 邵建林 等 ， ——— 第 32 卷第 03 期 void delayms(uchar ms)// } 延时子程序 {uchar i; while(ms--) {for(i = 0; i < 20; i++);}} void display1(char idata *ap)// 显示子程序 } 4 { uchar sel,i; P2=0;// 关显示 选最左边 sel=0x08;// LED for (i=0;i<4;i++) { P1=table[*ap];// 送段码 送位选码 延时 P2=sel;// delayms(10);// 指针加 关显示 *ap++;// P2=0;// sel=sel>>1;// 右移一位 取下字符 1 } } void chang (int num )// 转换子程序 { uchar t; int num1; t=0; if (num<0)// 取绝对值 转换成每秒脉冲数 { num=-num;} num1=20*num;// for (t=0;t<4;t++) { a[t]=num1%10;// 取余送数组 除 num1=num1/10;// 10 } } a 222 调试与仿真 在 AT89s52 载 至 项 目 中 选 择 窗 口 在 ， Keil vsion3 环 境 下 单片机作为工作 ， 新 建 Keil 新建 项 目 选 用 文件并加 ， “Option for tonget” CPU， 选 项 cs.c 中 打 开 “Output” 工 作 主 频 设 定 为 ， 编译成功后将产生 进行设置 AT89C52 ， 按照正确的路径加 中的示波器观察 单击 P2.3、 编 针对调试仿真得到的结 proteus ISIS ， Proteus hex 中进行 文件 软件在 ， 也可通过 Keil 、 ， Keil 各工作状态下产生 仿 即每秒 1kHz， 数码管显示 输入信号频率设为 12MHz。 ， “Creat hex file” 设计程序并进行编译 ， 中选中 在 文件 。 cs.hex proteus 设置单片机工作频率为 载 文件 利用 cs.hex 。 Proteus 口模拟编码器输入的波形 P0.4 辑环境下的运行仿真按钮 果 若需修改硬件在 ， 12MHz， 。 的联调针对临界数据 中修改 重新生成 ， Proteus vision3 和 的波形情况分析修改 真可以得到如图 采集脉冲数 3 ， 。 结果 ， 与编码器设定频率完全一致 1000 。 5 结语 利用 ， ， Proteus 并进行针对性修改 大大方便单片机开发 借助其功能强大的实时仿真 根据 仿真结果 及时发现设 计过程中 出现的各 种 软 硬 件 问题 在 实际应用中 可以将编码 器与旋转部 位连 接 以 测 量 角速度 紧 ， 靠旋转面以测定线速度 焊接 元件 成功地用 于提升机 运行速度 测量 写程序等工 作 、 并取得很好的效果 也可在编码器轴上安装弹性半联轴节 已完成制作线路板 ， ， 。 ， 。 、 ， 。 

第 32 2011 卷第 年 03 03 期 月 煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery Vol.32 No.03 Mar. 2011 新方煤矿二水平排水系统的设计 邱 彪 1， ， 山东 青岛 山东科技大学 (1. 设计了以 S7-300 PLC 李世光 1， 高正中 1， 韩志工 2， 张 旭 1 266510； 2. 新方矿业有限公司 山东 潍坊 ， 261200） 为主要控制器的模块化泵房排水控制系统 采用了触摸屏 精度高 使模拟量 ， 文字等方式直观地显示系统状态 数字量数据采集稳定性好 、 、 ， 具有良好的人机界面 同时实现了远程控制 ， 可方便地与其他现场总线通讯 并实现网络化 。 、 、 模拟量模块 数字 组态王监控软件以 利 促进企业信息化建 。 ， 。 ， 摘 要 ： 量模块独立供电 报表数据 图像 用 自带的 设和发展 PLC 、 、 。 关键词 中图分类号 ： PROFIBUS-DP， 触摸屏 组态王 ； ： TD74； TP39 ； PROFIBUS-DP 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1003 － 0794（2011）03 － 0223 － 03 Design of Mine Drainage System Based on S7-300 PLC QIU Biao1， LI Shi-guang1， GAO Zheng-zhong1， HAN Zhi-gong2， ZHANG Xu1 （1. Shandong University, Qingdao 266510, China； 2. Xinfang Mining Co., Ltd., Weifang 261200, China） Abstract： With S7 -300 PLC as the main controller, has designed a modular pump house drainage control system. The analog and digital acquisitions have a good stability and high precision duo to independent power supply. By using touch screen and kingview monitoring software, this system realizes remote control and has a friendly human-machine interface, which shows the system status with direct ways of pictures, data tables and characters. Meanwhile, the system can communicate with other PROFIBUS conveniently by using the PROFIBUS -DP of PLC, thus realize network and speed up informational construction and development of enterprises. 0 Key words： touch screen; kingview; PROFIBUS-DP 引言 新方煤矿属于多水平煤矿 、 ， ， ， ， ， 提高安全系数 为提高生产效率 。 提高对突 发事件的应 对能力 传统的人工控制方式 水 弊端颇多 现节能减 排 二水平泵房系统进行了自动化改造 平泵房为双管路排水 水泵 上 监控与地下 监控双保险 平 ， 水平 他水平接入 各水平泵房控制为 即人工停送高压电启动泵排 实 首 先对 新方煤矿二水 台 地 基本达到 了自动 化 水 考虑到其他 以备 其 、5 改造后实现了多种方式控制 本水 平控制系统 的设计均有 冗余量 大大提高了工作效率与安全系数 。 台防爆电机 组成总控制系统 泵房配有 台真空泵 、2 5 ， ， ， ， ， 、 。 。 ， 。 1 系统组成及原理 本控制系统 主要功能是 控制 台泵启 停 进 行 排 5 （ ， ， ， ）。 ，2 PLC I/O、 数字量 、CPU、 、 集 成在一个 控制柜内 S7-300 PLC 模拟量输入 台真空泵抽真空 水 西门子 电源 成 实现现场实时监控 远程监控及网络发布等 业以太网传输数据 房自动监控系统的核心 设备控制 控制柜的核心 。 量检测稳定性好 一台备用 一台使用 为系统主控制器 选用 机架 由 ， 、 通讯等模块构 柜 上装有西门 子触摸屏 通过光缆连接组态王主机实现 的工 TCP/IP 控制柜是泵 完成整个系统的数据采集 、 是 模拟量独立供电使得模拟 同时采用基于 信息传输及远程通信功能 实时性好 效率高 其中 PLC ， ， ， ， 。 。 、 , 、 数字量 采集数据准确 所 示 、 。 控制系统组 成如图 虚线外模拟量检测为温度传感器 、 流量 计等 虚 线 内 为 柜 内 系 电流互 电压 数字 量检测 压力传感器 液位计 1 ， 、 统 ， 感器 、 、 ， 、 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 参考文献 ： 曹立军 吕强 . ， ［1］ 单片机原理与应用 ［M］. 成都 ： 电子科技大学出版 社 ，2005. ［2］ 马忠梅 ， 北京 版 . ： 作者简介 籍顺心 张凯 等 . ， ， 单片机的 C 语言应用程序设计 ［M］. 4 北京航空航天大学出版社 邵建林 ： （1962- ）， 工程师 ， ，1985 年毕业 ，2007. 安徽怀远人 图 3 仿真结果输出图 223 于淮南矿院自动化专业 ， 现皖北煤电集团百善煤矿从事机电管理工 作 ， 电话 ：0557-3983410， 电子信箱 ：sqiyou@163.com. 责任编辑 ： 于淑清 收稿日期 ：2010－11－17