基于单片机转速测量仪的实现

基于单片机转速测量仪的实现

作者：童剑帮

来源：《数字化用户》2013年第18期

【摘 要】本系统以STC89C51单片机最小系统和PWM电机控制系统做为核心控制器，实现电机转速的测量。该系统具有测量准确度高、采样速度不受转速制约等优点，可用于多种轮机转速的测量，具有广阔的应用前景。 【关键词】单片机 液晶显 一、转速测量的意义

现代生活，电机以及各种轮转在生活中无处不在，因此，一种低功耗并准确的测转速仪器具有很广的实用价值。 二、转速测试的原理

测转速的方法通常分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。数字式通常采用光电编码器、霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号[1]。本系统采用的后者，采用单片机和光电传感器（TCRT5000）组成的高精度转速测量系统。整个硬件系统是用+9V电池供电，经过LM7805转换成+5V电压，供单片机和PWM电机驱动模块使用。

光电传感器具有精度高、反应快、非接触等优点，它首先感应电机转盘上的黑白面的变化，收集光信号，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号（高低电平）。电信号输入进单片机，通过外部中断和程序计算，输出电机速度，在液晶显示器上显示。反过来，单片机通过一个H桥式驱动电路来控制电机的转动，如图1即为设计整体原理图。 设计整体原理图

传感器测得时钟信号的脉冲数为m，测量时间为t秒，转数为r，速度为v。 r=m/2；

v=r/t（转/每秒）；

通过对硬件设备的多次调试发现，测量值与理论值误差在0.7%左右。 三、单片机测转速系统的组成

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转速测量装置可以分为单片机最小系统模块、转速采集模块、桥式电路模块、显示器模块。

（一）单片机最小系统

本仪器的最小系统主要有独立按键、单片机、LED灯、晶振、复位开关等组成，能够很好控制电机的正转、反转、加速、减速等功能。对应的LED灯也会提示电机的正转、反转、加速、减速等。 （二）转速采集模块

转速的采集模块主要由TCRT5000红外反射式光电传感器和LM324（电压比较器芯片）电路组成。TCRT5000（右图所示）传感器的工作原理与一般的红外传感器一样，一传一感.TCRT5000具有一个红外发射管和一个红外接收管.当发射管的红外信号经反射被接收管接收后，接收管的电阻会发生变化，在电路上以高低电平的变化形式体现出来。这时，，经过LM324电路整形后得到处理后的输出结果.高低电平的变化起取于接收管所接收电机转盘上的黑白信号强度。集模块把采集到的转速信号送到单片机中，经过程序计算就会得出电机速度。 （三）PWM电机驱动模块

PWM控制与H桥式电路结合是目前普遍使用的电机控制方法，这种控制电路具有效率高、功耗低、电路设计简单等优点。本文硬件设计也是采用这种电机控制方法。PWM控制就是周期T固定不变，根据输入信号大小，改变脉冲的占空比，即改变加在负载上的平均电压值，从而控制电机的转速，所以称为脉宽调制。[2]

硬件电路是一个H型桥式电路，输入端的高低电平可以决定晶体管的导通和截止，二极管的单项导电性可以保护电机不会被过大的电流烧坏。在电动机驱动信号方面， P10输入高电平信号，P11输入低电平，电机正转；通过P10输入低电平信号，P11输入高电平，电机反转；P10、P11同时为高电平或低电平时，电机不转。通过对信号占空比的调整来对电机转速进行调节。电机不转的时间段内，电源停止供电，这样也实现了整个系统的低功耗。 （四）显示模块

显示模块主要是一块LCD液晶显示器，LCD液晶显示器为点阵字符型液晶显示。其内部有字符发生器和显示数据存储器，该模块具有与MCU接口，8位串行数据总线接口。通过单片机控制其显示电机的转速、正转、反转等信息。 四、设计总结

（一）器的选择，光电器的核心是电压比较器，电压比较器的运用也比较广泛，其种类也很多。

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（二）时钟信号脉冲频率较高时，需要选择晶振频率较高的晶振。 （三）电机的调试是一个复杂过程，要有耐心。

本设计制作完成了题目基本要求和发挥部分，而且部分功能远超出发挥部分的要求。目前，很多领域都用到转速测量装置，如再加以结构优化，市场前景一定非常广阔。 参考文献：

[1]王会青，基于单片机的转速测试系统.[J]，科技信息.

[2]Dupraz J P. Luescher R.Montillet G F A hybrid drive merging a [3]servo-control led motor and a spring mechanism 2006（02）示器 电机 光电传感器 PWM