电机转速测量仪设计.doc

PAGE 11 中国计量学院 电机转速测量仪设计 学 生 姓 名： 指 导 老 师： 学 院: 现代科技学院 专 业 班 级： 电气 20 年 03 月06 日 1.绪论 2.1任务 （1）采用霍尔或光电传感器设计一能测量电机转速的测量仪器。 （2）电机转速在100-3000转/分之间。 （3）动态实时显示，显示稳定，显示位数3位。 （4）可采用传感器结合单片机电路实现。 2.2要求 （1）绘制系统框图及电路原理图各一份 a.标明所有集成电路的型号、引脚序号、功能。 b.标明所有集成电路的电源电压。 c.标明所有元器件的数值或取值范围。 （2）叙述整个系统的工作原理。 （3）详细记录实施中所遇到的问题及问题产生的原因，是如何解决的。 （4）设计转速测试方案，记录测量结果，并进行适当的误差分析。 （5）调试合格后写出综合设计报告。 （6）你对本次课程设计有何体会、建议、和意见。 2.3方案的选择与论证 方案一： 霍尔元件测速法 霍尔元件测速法是利用霍尔开关元件测转速的。霍尔开关元件内含稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、施密特触发器和输出电路。输出电平与TTL电平兼容，在电机转轴上装一个圆盘，圆盘上装若干对小磁钢，小磁钢越多，分辨率越高，霍尔开关固定在小磁钢附近，当电机转动时，每当一个小磁钢转过霍尔开关，霍尔开关便输出一个脉冲，计算出单位时间的脉冲数，即可确定旋转体的转速，但由于现有材料的限制，放弃此方案。 方案二：采用反射式光电传感器 在测速一端放置反射式红外传感器，当带有遮挡物的电转轴经过时，利用其对红外线的反射能力，接收端检测到信号。但是电机的空间较小，传感器不能稳定的放置，对测量产生较强的干扰，故放弃此方案。 方案三：采用槽式光电开关 采用槽式红外对射式光电开关，集成度高，体积小，功能齐全，电线引 出式，电源内藏式具备继电器大功率输出，具备交直流通用型，电压范围宽，抗震性能好，速度检测非常稳定，精度较高，成本低，经过实验可发现槽式式红外光电开关能比较灵敏地测出电机转动的圈数。利用测量一秒内转过的圈数可测得电机的转速。 综合考虑选用方案三槽式光电开关。  2系统设计 2.1系统组成 实质上是对脉冲信号的频率的测量。 本课题采是以Coretex Arm M0单片机为核心将处理好的信号经过数据处理转换成所测得的实际十进制信号的系统。系统硬件原理框图如图2-1： ST188传感器数码管显示 发动机 ST188 传感器 数码管显示 发动机 单片机 Coretex Arm M0 LM324比较器 LM324 比较器 电源 系统框图原理如图2-1所示，系统由传感器、信号处理、显示电路和系统软件等部分组成。传感器采用光电开关（ST188），比较器（LM324）负责将转速转化为脉冲信号。 处理器采用Coretex Arm M0 单片机，显示器采用共阳极数码管显示。硬件整体电路图如图2-2 2.2光电开关传感器电路设计与说明 光电开关是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的器件，当它发出的光被目标反射或阻断时，则接收器感应出相应的电信号。它包含调制光源，由光敏元件等组成的光学系统、放大器、开关或模拟量输出装置，其工作原理如图5所示。光电式传感器由独立且相对放置的光发射器和收光器组成。当目标通过光发射器和收光器之间并阻断光线时，传感器输出信号。它是效率最高、最可靠的检测装置。槽形（U形）光电开关是对射式的变形，其优点是无须调整光轴。 2.3比较器电路设计与说明 如上图（俯视图），本设计选第二个运放，在六号管脚处接一2.4v电压即可（因为在遮挡物未遮挡的时候5号管脚输入电压为500mv，此时6管脚电压大于5管脚电压，按照比较器原理，此时7号管脚输出低电平，反之，在有遮挡物经过时，5管脚输入近4v高电平，使5号管脚电平大于6号管脚电平，7号管脚输出高电平，致此7号管脚发生了电平跳变）。 2.4系统工作原理及处理方法 在进行电机转速测量前先将棒状遮挡物固定在电机的转轴上，使遮挡物在随转轴转动时刚好经过光电传感器凹槽处。此时，光电传感器中的光线被遮挡，导致另一侧的光电晶体管截止，于是传感器向比较器同相端输入高电平，使得同相端的电平高于反相端的电平，在比较器输出端输出高电平，与此同时，单片机接收到了由低到高电平的上升沿，并进行