电机转速测量系统设计

作者：毛敏

来源：《山东工业技术》2017年第10期

        摘 要：以测量电机转速为目的，使用电涡流传感器、ATC5l单片机设计出电机转速测量系统，首先说明了设计思想，随后进行了软、硬件设计。实验表明该测量系统的测试误差小，精度高。

        关键词：电涡流传感器；ATC51；转速测量

        DOI：10.160/j.cnki.37-1222/t.2017.10.168

        1 引言

        随着现科技的不断进步，各个领域对测速系统的应用越来越多，同时也对测速精度的要求越来越高。从测速仪器是否与转轴接触又可分为接触式，非接触式，目前常用的是非接触测量，采用传感器为检测元件，读取到的信号通过微处理器来进行计算、显示。

        2 系统设计

        在系统中，ATC5l作为控制器负责读取电涡流传感器输出的脉冲信号，通过外部中断对脉冲信号计数，每1s读取一次外部中断计数值，此值为脉冲信号的频率，最后通过电机转速计算公式得到转速，并由LCD显示，如果电机的转速超出限定值，蜂鸣器报警。系统框图如图1所示。

        2.1 硬件设计

        2.1.1 测量原理

        电涡流位移传感器属于非接触测量器件，当金属物体接近电涡流传感器的感应面时，金属表面吸取电涡流传感器中的高频振荡能量，使振荡器的输出幅度衰减或频率变化，输出脉冲信号，单片机根据脉冲信号的数目可以计算出与被检测物体的转速。测量原理如图2所示。

        2.1.2 仿真电路

        根据系统设计进行电路仿真，仿真电路图如图3所示。

        2.1.3 硬件电路

        （1）电涡流传感器。电涡流传感器的基本工作原理是电涡流效应，当金属导体置于高频磁场中，会在金属表面产生感应电流。电涡流传感器就是利用电涡流效应来检测金属物体的位移、振动、转速等机械量的，具有非接触测量、线性范围宽、灵敏度高、抗干扰能力强、无介质影响、稳定可靠、易于处理等优点，经常应用在旋转机械状态的测量中。

        （2）微处理器。微处理器ATC51对电涡流传感器输出的脉冲信号进行计数，利用定时闸门完成转速频率的测量，通过计算得到电机的转速，电机转速计算公式：

        其中n为电机转速，f为电机脉冲信号频率，z为转轴旋转一圈产生的脉冲数。

        （3）硬件电路。硬件电路如图4所示。

        2.2 软件设计

        2.2.1 工作过程

        对各中断初值进行初始化，电涡流输出脉冲信号到来后，启动外部中断，每来一个脉冲信号启动一次中断，记录中断次数；并在启动外部中断的同时启动T0定时器，每1秒T0定时中断一次，读取在1秒中记录的中断次数，即电机输出的脉冲信号频率，将频率值代入公式计算电机的转速，LCD显示转速值，若转速高于1000则报警。

        2.2.2 流程图

        如图5所示。

        2.2.3 程序

        main（）

        {

        TCONDF=0x11；

        P20=1；

        TMODF=0x01；

        P20=0；

        IE=0x83；

        TWH0=TH_M1；

        init_WEB（）；

        TWL0=TL_M1；

        while（count==0）{ }

        WPS=0；

        if（zs>=1000）

        {

        P20=1；

        }

        disp_led（）；

        }

        void counter（void） interrupt 0

        { count++；

        if（count%6==0）

        { zs++；}

        }

        void DelayTime（void） interrupt 1

        {TWH0=TH_M1；

        TWL0=TL_M1；

        if（++count==20）

        { fwb=1； }

        }

        void disp_led（） //LED显示

        { int i；

        while（1）

        { display_count（）；

        write_contrs（0x80）；

        for （i=0；i

        {

        write_lable（display[i]）；

        }

        }

        }

        void display_count（）

        {display[12]=（icount/1000+'0'）；

        display[13]=（icount/100%10+'0'）；

        display[14]=（icount/10%10+'0'）；

        display[15]=（icount%10+'0'）；

        }

        void init_WEB（void）

        { write_contrs（0x01）；

        yc1ms（15）；

        write_contrs（0x38）；

        write_contrs（0x0f）；

        write_contrs（0x06）；

        }

        void write_contrs（char inst）

        { RES=0；

        REW=0；

        ent=1；

        LCDP=inst；

        ent=0；checkbestf（）；

        }

        void write_lable（int shuju）

        { RES=1；REW=0；

        ent=1；

        LCDP=display；

        ent=0；check_BF（）；

        }

        void checkbestf（void）

        { char y，q=0x80；

        while（x&0x80）

        {

        RES=0；REW=1；

        ent=1；

        q=LCDP；

        ent=0；

        for（y=0；y

        }

        }

        void yc1ms（int m）

        { int i，j；

        for（i=1；i

        for（j=1；j

        3 结论

        本文利用电涡流传感器和C51相结合设计了电机转速测量系统，该测量系统能进行实时非接触测量，并具有线性范围宽、灵敏度高、精度高的特点。

        参考文献：

        [1]梁森，王侃负.自动检测与转换技术[M].北京：机械工业出版社，2011.

        [2]王元庆.新型传感器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2002.

        [3]曲波.工业常用传感器选型指南[M].北京：清华大学出版社，2002.

        [4]张福学.传感器应用及其电路精选[M].北京：电子工业出版社，2000.

        [5]阮智利，黄杭美.自动检测与转换技术[M].北京：机械工业出版社，1990.

        [6]谢维成，杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计[M].北京：清华大学出版社，2009.

        [7]张义和，王敏男.基于例说51单片机[M].北京：人民邮电出版社，2008.

        [8]严天峰.单片机应用系统设计与仿真调试[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

        [9]李建忠.单片机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002.

        [10]谭浩强.C程序设计（第2版）[M].北京：清华大学出版社，1999.

        作者简介：毛敏（1976-），女，硕士研究生，研究方向：电子信息。