一种基于单片机的电机转速检测仪设计【文献综述】.docx

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1、毕业设计（论文）文献综述题 目 ： 一 种 基 于 单 片 机 的 电 机 转 速 检 测 仪 设 计专 业 ： 电 子 信 息 工 程一 、前 言电动机的检测技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、 永磁材料技术、电动控制技术、微机应用技术等。正是这些技术的不断发展使电 机检测技术在近 20 多年来发生了非常大的变化，其中电动机的检测系统已经由 模拟控制逐渐向以单片机为主的微处理器检测转变，形成数字和模拟混合的检测 系统和纯数字的检测系统，并向全数字化测量方向快速发展着。长期以来，用单 片机检测电机转速因为其灵活，简便，小巧等诸多优点广泛地应用于数控机床、 工业机器人等工厂自动

2、化的设备中。随着现代化生产规模的不断扩大，各个行业 对测速的方法需求愈益增加，并且对其性能也提出了更高的需求。故而研究并制 造高性能、高可靠性的电机转速检测系统具有非常重要的意义。二 、主 题从本世纪开始，国内外的电机检测系统正朝着高精度、高智能化，小型化等 方面发展。基于单片机为核心的电机转速检测系统目前已经广泛地应用于数控机 床、工业机器人等工厂的自动化设备中，但是总体的水平确还有待提高，和日本， 德国，美国等先进的国家相比，有着较大的差距。当前，我国在这方面的总体技 术水平处于 20 世纪 90 年代中后期。在很多的运动系统的测量中，都需要对电机的转速来进行测量，速度的测量 的精度直接影

3、响着系统的运行的情况，它是关系着检测效果的一个非常重要的因 素。而在电机的转速测量中，影响测量精度的主要因素有两个：一是采样点的数 量，采样点越多，速度测量的结果就会越精确，尤其是对于低转速的测量。二是 采样的频率：采样的频率越高，采样的数据就会越准确，而且可以有效地避免误 采数据的现象。要使电机转速的测量的结果准确，首先需要确定一个非常精确的时钟频率， 在准确的时段内，准确地测得旋转的圈数就可以准确地算出它的转速。由于单片机的主振频率非常高，提供的时钟相当地精确，再加上它内含计数器，用它来测量电机的转速是非常合适的。18 测量电机的转速的第一步就是要将电机的转速表示为单片机可以识别的脉冲信号

4、，从而进行脉冲的计数。霍尔器件作为一种转速测量系统的传感器，具有 结构牢固，体积小、寿命长、重量轻、安装方便等优点。当电机转动时，带动传 感器会产生对应频率的脉冲信号，经过信号处理之后输出到计数器或其他的脉冲 计数装置，进行转速的测量。在实际的使用中，一般需要一个铁质的测速齿轮， 齿厚大于 2mm即可，将之固定在待测转速的轴上。17当前，电机转速测量的方法有两种：频率法和周期法。这两种测速方法都是 对脉冲进行测量，但是测速的范围都受到了一定的限制。频率法：在规定的检测时间内，测量计数脉冲的个数。虽然检测时间一定， 但检侧的起止时间具有随机性，当被测转速较高或电机转动一圈后发出的转速脉 冲信号个

5、数较多时，才有较高的测量精度，并且测量准确度随转速的降低而减小。 该方法适合于高速测量。周期法: 即 m量信号发出脉冲个数所需的时间。该方法在被 m转速较低( 相邻 两个转速脉冲信号间隔时间较大) 时，才有较高的测量精度，其测量准确度随着 转速的降低而增大。适于低速测量。一当前，常用的检测方法有：数字式测量方法和电磁式转速传感器检测方法。 转速数字式测量方法：转速数字式测量方法是利用转速的传感器的输出脉冲频率与转速成正比的原理，使电磁式转速的传感器与设备的同轴连接. 根据脉冲 信号发生器发出的脉冲速度和序列，测量转速并判别其转动方向。电磁式转速传感器检测方法：传感器将电机的转速信号转变为电脉冲

6、信号再 经过处理后进行脉冲计数。晶体振荡的电路主要是给单片机提供时钟。信号经过 外部中断 0 输人到单片机，进行脉冲计数，定时/计数器 TO用来定时，然后进行 相关的计算，输出数据实现转速的显示。利用单片机芯片，传感器，LED数码显像管等，采用上述方法即可高效简便 的完成测量。其中用于电机转速检测的传感器主要有光电式和磁电式两种：以光电式为 例。测速轮转动，通过光栅传感器，经光电转换元器件会产生一个脉冲信号，再 通过整形电路以方波的信号的形式输人到单片机，处理后显示出来，实现转速的 测量。为了满足误差要求，测量时间应该尽可能地短，测精度应该尽可能的高。 综合两种测速方法的各自的优点，在周期法测

7、速的基础之上，在保证测量的精度 的前提下，实现对转速的精确测量。一般情况下，基于光电传感器/霍尔传感器的转速测量系统都能准确的完成 电机转速的测量。但是采用集成霍尔传感器敏感速率信号，具有频率响应快、抗干扰能力强等诸多特点。而光电转速系统的传感器的设计精密、应用方便，使用范围较为广泛。光电转速系统的传感器的优点很多：结构紧凑、运行稳定、不会 对被测量轴形成额外负载等。但在粉尘环境、机床侧面和底部等恶劣环境下，光 电传感器的转速测量方法误差较大，而对于窄缝隙的环境，霍尔传感器就无法完 成转速测量。基于单片机的无线电机转速的测量系统，不但应用于恶劣环境下的 电机转速测量，而且还可以将所测的数据通过

8、无线发送模块传送给控制系统，完 成调速控制的需要。目前一般采用 80C51/89C52 芯片来做控制芯片。基于 80C51 单片机测量电机转速的优点：MCS- 51 系列芯片采用了HMOS工艺， 而 80C51 芯片却采用了CHMOS工艺。CHMOS工艺是COMS和HMOS的结合，80C51 芯片 具有COMS低功耗的特点。例如 8051 芯片的功耗为 630mW, 而 80C51 的功耗只有 120mW，这样低的功耗，用一粒纽扣电池就可以工作。13低功耗对单片机在便携 式、手提式或野外作业的仪器仪表设备上使用十分有利。从 80C51 在功能的增强方面分析，主要在以下几个方面做了增强。首先，为

9、 了进一步地降低功耗，80C51 芯片增加了待机和掉电保护两种工作方式，用来保 证单片机在掉电的时候还能以最低消耗的电流维持运转。此外，在 80C51 系列芯片中，内部程序的存储器除了ROM型和EPROM型外，还 有E2PROM型，例如 89C51 就有 4KB E2PROM。并且随着集成技术的提高，80C51 系列片内程序存储器的容量也越来越大，目前已有 64KB的芯片了。1另外，许多 80C51 芯片还具有程序存储器保密机制，以防止应用程序泄密或被复制。基于 89C52 单片机的测量电机转速的方法: 利用霍尔传感器来采集脉冲信 号，再通过单片机进行运算地处理和分析，将电机的转速实时地显示出

10、来，同时 实现对芯线长度的计算。采用模块程序的设计思路，将程序分解为若干个功能相 对独立的较小的程序模块。这样不仅使得设计简单而且调试方便。采用霍尔传感 器来采集脉冲的信号，通过片外的计数器进行脉冲地计数，硬件电路具有制作简 单、成本低的特点，软件设计程序简单，整个系统稳定性好、测速精度高，能较 好地满足工业生产中对电机转速测量的要求。采用霍尔传感器采集脉冲信号，采 集数据过程精确稳定可靠，其次采用 8253 片外专用计数器进行脉冲计数，脉冲 计数电路设计简单，计数过程稳定可靠。伴随着微电子技术的不断发展，特别是高性价比单片机的涌现，为电机转速 测量打开了非常广阔的空间。转速测量普遍采用了以单

11、片机为核心的数字化、智 能化的检测系统。基于单片机的电机转速检测系统性价比高，小巧灵活，而且易于操作等优点 广泛地应用于各行各业。三 总 结基于单片机的电机的转速检测系统具有功能强、可靠性高、体积小、应用简单灵活等诸多的优点，因而使用非常地广泛，它将有力地推动各行业的技术地发 展和更新换代。采用基于单片机为核心的电机的转速检测系统，能够节约人力资 源和降低系统的成本，从而有效的提高工作的效率，实现复杂的测量，测量灵活 性和适应性好，无零点漂移，测量的精密高，可提供人机界面，多机联网地工作。 使用单片机对电机的转速进行测量不仅精确而且简便，不但使系统的测量准确方 便，而且可以使系统检测的进一步开

12、发更加地容易。因其测速准确、精度高，而 且体积小、性价比高、使用方便，故而具有较高的实用价值和市场前景。今后各 行各业对其的需求将会日渐增加。电机的转速检测系统的发展将会受到越来越多 的用户的关注，随着市场对其需求的不断加大，电机转速检测系统正朝着高智能 化，高精确，高稳定性等方向发展。四 参 考 文 献1 肖斌.高精确度数字式转速测量技术的研究J .华北航天工业学院学报,2002 ,(03 ) 2 何立民.单片机应用技术选编.北京：北京航空航天大学出版社，1997 ，103 Vizimulle r, P .: R F de s ig n g uide -s ys te ms , c ircu

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