基于单片机的电机测速系统

直流电动机转速测量系统设计

摘 要：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、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、显示其转速及瞬时速度。为了能精确地测量转速，还要保证测量的实时性，要求能测得瞬时转速。本文介绍了一种基于STC89C52单片机的电机测速系统，该系统利用霍尔传感器采集脉冲信号，通过定时计数算法程序，将转速结果实时显示出来。C语言具有开放性和灵活性强的特点，编写起来比较易于上手，不像汇编语言那样局限。所以本次采用的是C语言编程来实现。

关键词；单片机；电机测速系统；霍尔传感器；定时

Direct current motor tachometric survey system design

Abstract：In engineering practice often need to measure speed encounter various occasions. For example, At the engines, motors, machine tool spindles and other rotating equipment’s operation and control of the pilot often need frequent time-sharing or continuous measurements show its speed and instantaneous velocity. In order to accurately measure speed, ensure the real-time measurements and require instantaneous speed can be measured. This paper introduces a microcomputer-based STC89C52 motor speed system, the system uses Hall sensor pulse signal collected through the timer counting algorithm programs, will speed the results of real-time display. C programming language has the openness and flexibility, strong features, and it’s difficult to write easy to fly. It is unlike the assembly language as limitations. So, this is the C programming language used to implement

Keyword：Single-chip，Motor Speed System，Hall sensor，Timing

目录

I

1. 前言 ........................................................... 1 2．总体方案设计 ................................................... 2 2.1方案论证 ...................................................... 2 2.2方案比较 ...................................................... 2 2.3 方案选择 ...................................................... 3 3.硬件部分设计 .................................................... 4 3.1速度检测电路 .................................................. 4 3.1.1 转速测量原理.............................................. 4 3.1.2开关型霍尔传感器介绍 ....................................... 4 3.1.3 传感检测电路 .............................................. 6 3.2单片机最小系统电路 ............................................ 6 3.2.1 主控器STC89C52的介绍 ..................................... 7 3.2.2 时钟电路 .................................................. 9 3.2.3 复位电路 .................................................. 9 3.3 数码显示电路 ................................................. 10 3.4 RS-232串行通信接口电路 ...................................... 11 3.4.1 MAX232介绍 ............................................... 12 3.4.2串行通信接口电路 .......................................... 12 4. 软件设计 ...................................................... 13 4.1主程序设计 ................................................... 13 4.2 T0定时中断程序设计 .......................................... 15 5.设计总结 ....................................................... 17 参考文献 ......................................................... 18 附录 ............................................................. 19 附录1：电机测速系统总电路图 ..................................... 19 附录2：电机测速系统总程序代码 ................................... 20

II

1.前言

随着科技的飞速发展，计算机应用技术日益渗透到社会生产生活的各个领域，而单片机的应用则起到了举足轻重的作用。单片机的不断推陈出新，特别是高性价比的单片机的涌现，转速测量控制普遍采用了以单片机为核心的数字化、智能化的系统。单片机又称单片微控制器，就是把一个计算机系统集成到一个芯片上。它完整地包含了计算机内部的CPU（运算器、控制器）、程序存储器(相当于计算机的硬盘)、数据存储器（相当于计算机的内存）、输入输出端口等。虽然它的运算速度无法和计算机相比，但在一些实际的控制应用场合已经足够使用了。

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、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、显示其转速及瞬时速度。为了能精确地测量转速，还要保证测量的实时性，要求能测得瞬时转速。本文提出一种基于STC89C52单片机实施电机转速测量的方法，利用霍尔传感器采集脉冲信号，通过定时计数算法程序，将转速结果实时显示出来。

在本次设计中也用到了一些常用的数字电子单元元件，如霍尔传感器，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、重量轻、寿命长、安装方便等优点，。在实际的使用中，一般需要一个铁质的测速齿轮，齿厚大于2 mm即可，将之固定在待测转速的轴上。

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2.总体方案设计

2.1方案论证

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、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、显示其转速及瞬时速度。为了能精确地测量转速，还要保证测量的实时性，要求能测得瞬时转速。本次课程设计主要是利用STC89C52单片机和传感器来设计电机电机测速系统。利用传感器采集脉冲信号，通过定时计数算法程序，将转速结果实时显示出来。在本次设计中是利用单片机进行信号处理，信号的采集是使用传感器。对于选择何种传感器来采集信号是对测量的精度是有很大影响的。所以在本次方案比较中主要讨论传感器的选择。

2.2方案比较

光敏二极管 光敏三极管 电机 信 号转换 单片机处理 LED 显 示

图2.1 方案一方框图

方案一包括传感器、处理器和显示3个部分。其方框图如图2.1所示。 在该方案中传感器是由红外发光二极管，和红外光敏三极管构成。测速的过程为：在电机的转轴上安装一个圆盘，并在圆盘的边缘处开一个孔让二极管发出的红外光刚好可以通过。在圆盘的上下方分别安装好发光二极管和光敏三极管，当电机转动时就可以通过圆盘来改变光敏三极管接收的光线，从而产生点位信号的变化，这样就构成了一个收发检测系统，可以检测电机的转速。运用的原理和光电耦合器是相同的。

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电机 霍 尔传 感器 信号转换 单片机处理 LED 显 示

图2.2 方案二方框图

方案二也由传感器、处理器和显示3个部分几部分组成，但所选择的传感器类型不同,其方框图如图2.2所示。

此方案的测速系统主要是由开关型霍尔传感器A3144E以及磁钢构成，由它们来检测电机的转速。工作方式为：将磁钢安装在电机的转轴上，而霍尔传感器则放在转轴的旁边，霍尔传感器连接在电路中，当磁钢随转轴经过霍尔传感器时，由开关型霍尔传感器的工作原理知，此时将输出一个低电平信号；而当磁钢离开霍尔传感器后，又将输出一个高电平。这样通过高低电平的转换，将其送入单片机后就可以测量它的转速。

2.3 方案选择

两个方案的主体电路相同，只是传感的的选择不同。而选择开关型霍尔传感器则具有多种优点：①精度高：在工作温度区内精度优于1%。②过载能力强：当原边电流超负荷，模块达到饱和，可自动保护，即使过载电流是额定值的20倍时，模块也不会损坏。③模块的高灵敏度，使之能够区分在“高分量”上的弱信号，例如：在几百安的直流分量上区分出几毫安的交流分量。④还可以通过使用多块磁钢来倍频，以增加测量的精度。

鉴于以上考虑，最终选定方案二为本次设计方案。

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