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编码器电机测速-MT测速.pdf

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：2.76M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    摘要 在控制领域中，经常需要进行各种角度、位移量的测量。当前，世界 上正面临着一场新的技术革命，这场革命的重要基础之一就是测量技术。 测量技术的发展给人类社会和国民经济的各个部门及各个领域带来了巨 大的、广泛的、深刻的变化 ， 带动着传统工业和其他新兴产业的更新和变 革，是当今人类社会发展的强大动力。 本设计为码盘转速测量系统 ，用 来测量来自外部的不同的转速值。实 现转速的实时测量 ， 显示。具体应用 AT89C51 单片机为核心 ， 旋转编码器 实时轴转速测量，同时用 LCD 显示模块显示。 本文从转速测量原理入手 ， 详细阐述了转速测量系统的工作过程 ，以 及硬件电路的设计、显示效果。本文吸收了硬件软件化的思想，实现了题 目要求的功能。 关键词：转速测量，旋转编码器， 单片机， LCD 显示模块
    Abstract In the control field, a v缸iety of angles and displacement measurements often need to be carried out. At present, the world is facing a new technological revolution; one of the most important bases of the revolution is measurement. The development of measurement technology brings extensive, tremendous and profound changes to human society and all sectors of 由e national economy, changes 也e traditional industries and other emerging industries, becomes today’s strongest 命的ing force for development of human society. The encoder speed measurement system is designed to measure a different speed from the outside values, to achieve real-time speed measurement and display. Specific application use AT80C51 microcontroller as its core, rot缸y encoder measures real-time shaft speed, in both 8 serial Segment type LCD display module display. In this paper, detailed working process of speed measurement system is started with principle of speed measurement, and hardware circuit design and display. This paper has absorbed the idea of hardware and software to achieve with the subject requ让ed functionality. Key words: rotational speed measurement, rotary encoder, microcontroller, LCD display module
    目录 目Jj l§i 第 1 章总体设计.... . .. ........... ... ...................................... . . .......... .... .... ..............................2 1. 1 转速测量系统的方法…..... ..….........…..................... . .. ............ ... ...................................2 1. 1. 1 测频法 “ M 法”.........…...................... . .. ............ ... ...................................2 1. 1. 2 测周期法勺法”................................. ............... ................................... 3 1. 1. 3 测步贺测周j去 ＇＇ M/T j去 1. 1. 4 转速测量系统中应用的方法．．．．．．．．．．．．．．．．…......... ... .........................…....... 5 1. 2 转速测量系统的总体框图............................ . . . . ............. .... .... ........................ .. .. .. 5 第 2 章 硬件设计.. . .. ........... ... ...........…......................…. .......... .... …. .............................. 6 2. 1 旋转编码器 . .. ............ .. .. ................................. . .. ......... ... ................................... 6 2. 1. 1 增量式编码器.................….........…..... . .. .......... …... .... …...........................6 2. 1. 2 绝对值编码器.........…....................... . .. ............ ... ...................................6 2. 2 最小系统的设计….. ... ................................... . .. ............ ... ...................................7 2. 2. 1 复位电路........ ... .......…......................... . .. ............... ...................................? 2 . 2 . 2 晶振电路....... ... ................................... . .. ............ ... ...................................7 1 602 简介. . .. ........... ... ...................................... . . ............. ................................... 8 2. 3. 1 1 602 的控制原理.............….......………............. .... .... ....…................. .. .. .. 8 1 602 的基本的读写时序图.............. . .. ............ ... .........................….......9 2. 3. 2 第 3 章软件设计. . .. . .. ............ .. .. ....…........….................. . .. ......... ... ................................. 11 3. 1 主程序初始化........... ... ...................................... . . .......... .... .... ............................ 11 3 . 2 序流程.........…….............. ................................... ............ ... ................................. 11 3 . 3 中断程序流程图 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．口 第 4 章结果仿真…. .. ........... ... ...................................... . . ............. ................................. 14 结论..............................………………………………………………………………………………........… 15 辞谢................................ .......... ... ...................................... . . ........... .. ................................. 16 主要参考文献............ .................... .. ............................ . . ............... .... .... ........................ .. ..口 附录................................ .......... ... ...................................... . .. .......... .. .................................四 2. 3
    目lj ~ 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。 这次设计内容包含知识全面，对编码器测量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时的采样问题，单 片机部分的内容，显示部分等各个模块的通信和联调。全面了解单片机和 信号采集的具体内容。进一步锻炼我们在信号采集，处理，显示方面的实 际工作能力。
    第 1 章总体设计 1 . 1 转速测量系统 的方法 1. 1. 1 测频法“ M 法” 在一定测量时间 T 内，测量脉冲发生器（替代输入脉冲〉 产生的脉冲 数 m，来测量转速，如图 3…1 "M”法测量转速脉冲所示 ， 设在时间 T 内 ， 转轴转过的弧度数为凡，则转速 n 可由下式表示 ： 60X n=-…· 2πT (3- 1) 转轴转过的弧度数汇可用下式所示 m, x (3- 2) r:_ ml ＿＿.，，.八＼『 T 二＼ 图 3-1 将（ 3-2 ）式代入（ 3一1 ）式得 转速 n 的表达式为： “M”法测量转速脉冲 6 （｝η， n二~ TP (3一3)
    P－为转轴转一周脉冲发生器产生的脉冲数； r转速单位 ： （转／分〉； T一定 时时间单位 ： （秒）。 在该方法中 ，测量精度是由于定时时间 T 和脉冲不能保证严格同步 ， 以及在 T 内能否正好测量外部脉冲的完整的周期，可能产生的 1 个脉冲的 量化误差。因此，为 了提高测量精度 ， T 要有足够长的时间。定时时间可 根据测量对象情况预先设置。设置的时间过长，可以提高精度，但在转速 较快的情况下，所计的脉冲数增大（码盘孔数己定情况下〉，限制了转速 测量的量程。而设置的时间过短，测量’精度会受到一定 的影响。 1. 1. 2 测周期法“T 法” 转速可以用两脉冲产生 的间隔宽度 Tp 来决定。用以采集数据的码盘 ， 可以是单孔或多孔，对于单孔码盘测量两次脉冲间的时间，就可测出转述 数据， Tp 也可以用时钟脉冲数来表示。对于多孔码盘 ， 其测量的时间只是 每转的 1/N , N 为码盘孔数。如图 3-2 “T ”法脉宽测量所示。 Tp 通过定时 器测得。定时器对时基脉冲（频率为 fJ 进行计数定时，在 Tp 内计数值若为 ID2，则计算公式为 ： 60 n二 一一一－ PTP 60f n ＝ 一＿＿＿＿.£. PrrLi 即 ： (3- 4) (3一5) f c－为硬件产生的基准时钟脉冲频率 ： 单位（ Hz) ; r转速单位 ： （转／分）； m2－时基脉冲。 i -- 2 m Ill 1 l l l l : 1 -- L - P 」 T 图 3-2 “T”法脉宽测量 由 “T ”法脉宽测量可知 “ T ＂法测量精度的误差主要有两个方面 ， 一是两脉冲的上升沿触发时间不一致而产生的；二是计数和定时起始和关
    闭不一致而产生的。因此要求脉冲的上升沿（或下降沿）陡峭和计数和定 时严格同步。测周法在低转速时精度较高 ， 但随着转速的增加，精度变差 ， 有小于一个脉冲的误差存在。 1. 1. 3 测频测周法“ M/T 法” 所谓测频测周法，即是综合了“ T”法和“M”法分别对高、低转速具 有的不同精度，利用各自的优点而产生的方法，精度位于两者之间，如图 3…3 “Mlγ 法定时／计数测量所示。 “MIT ＂ 法采用三个定时／计数器，同时对输入脉冲、高频脉冲（由振 荡器产生〉、及预设的定时时间进行定时和计数， ffi1 反映转角，陀反映测 速的准确时间，通过计算可得转速值 n。该法在高速及低速时都具有相对 较高的精度。测速时间 Td 由脉冲发生器脉冲来同步，即 Td 等于 ffi1 个脉冲 周期。由图可见 ， 从 a 点开始 ，计数器对 ffi1 和 ffi2 计数 ， 到达 b 点，预定 的测速时间时，单片机发出停止计数的指令，因为 T。不一定正好等于整数 个脉冲发生器脉冲周期 ， 所以，计数器仍对高频脉冲继续计数，到达 c 点 时，脉冲发生器脉冲的上升沿使计数器停止 ， 这样 ， ffi2 就代表了 m 个脉冲 周期的时间 。 “MIT ”法综合了“T”和“M”两种方法，转速计算如下： 设高频脉冲的频率为 fc，脉冲发生器每转发出 P 个脉冲，由式（ 3吃） 和（ 3-5 ）可得 MIT 法转速计算公式为 ： n= 60λnli 一 Pmi (3- 6) r转速值。单位 ： （转／分） ； L－晶体震荡频率 ： 单位（ Hz); m「输入脉冲数 ， 反映转角； mz－时基脉冲数。
    m 噜 ｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜ ｜川｜ ｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜ 图 3- 3 “M/T”法定时／计数测量 1. 1. 4 转速测量系统中应用的方法 通过上面的分析可知， M 法适合于高速测量，当转速越低，产生的 误差会越大 。 T 法适合于低速测量 ， 转速增高，误差增大。 MIT 这种转速 测量方法的相对误差与转速 n 无关 ，只与 晶体振荡产生的脉冲有关， 故可 适合各种转速下的测量。保证其测量精度的途径是增大定时时间 T，或提 高时基脉冲的频率已。因此， 在实际操作时往往采用一种称变 MIT 的测量 方法， 即所谓变 MIT 法， 在 MIT 法的基础上， 让测量时间 Tc 始终等于转速 输入脉冲信号的周期之和。并根据第一次的所测转速及时调整预测时间 Tc， 兼顾高低转速时的测量精度。 1. 2 转速测量系统的总体框图 复位电路 时钟电路 传感器电路 AT89C51 单片机 显示 图 2-1 转速测量系统的总体框图
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