直流电机转速测控系统

论文总字数：22308字

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 设计的主要目标任务 2

1.4 本章小结 2

第2章 方案论证 2

2.1 方案设计 2

2.2 方案确定 3

2.2.1 确定方案的总设计图 3

2.2.2 整个设计的确定方案 4

2.3 本章小结 4

第3章 硬件设计 4

3.1单片机最小系统设计 4

3.1.1 STC89C52单片机介绍 4

3.1.2 52最小系统电路设计 4

3.2 LCD1602液晶显示电路设计 6

3.2.1 LCD1602液晶介绍 6

3.2.2 单片机与LCD1602液晶接口介绍 7

3.3 按键和电源电路设计 7

3.4 测速电路设计 9

3.4.1红外测速的原理 9

3.4.2 红外测速电路设计 9

3.5 L298N驱动电路设计 9

3.5.1 脉宽调制原理 9

3.5.2 电机调速电路设计 10

3.5.3 L298N驱动电路设计 11

3.6 本章小结 11

第4章 程序设计 11

4.1 语言介绍 11

4.2 开发工具介绍 12

4.3主程序设计 13

4.3.1 总体软件设计流程图 13

4.3.2电机测速子程序设计 13

4.3.3 电机调速子程序设计 14

4.4 系统子程序设计 14

4.4.1 液晶显示子程序设计 14

4.4.2 按键控制子程序设计 15

4.5 本章小结 15

第5章 系统调试 15

5.1 硬件调试 15

5.2 软件调试 16

5.3系统调试结果 16

第6章 结 论 18

参考文献 18

总结与体会 19

致 谢 19

附录一 20

附录二 20

直流电机转速测控系统

王芳

，China

Abstract：With the evolvement of Electronic technology,people began to use single-chip technology for product innovation in many cases,single-chip with the relevant sensor for speed measurement has been used in many industries.Through the measurement of the speed can do feedback control to the electronic system,and it has a strong use value.The system is to use STC89C52 microcontroller as the control core,through the key to adjust the PWM wave parameters to change the timer interrupt parameter values,use L298N high power H bridge circuit to drive DC motor,use infrared photoelectric sensor in the speed module to collect the speed data,and then use the microcontroller timer/event counter.And then use the microcontroller timer/counter by measuring the number of pulses within a period of time,according to the relationship between the number of pulses and time conversion to the speed per minute,and display to the LCD1602 LCD screen.Through the actual measured speed to correct the motor speed,the motor will achieve a stable speed output status.

Keywords:Single chip microcomputer;LCD1602;infrared;timer;speed measurement

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

目前测速调速方面的研究很多且取得了相当不错的成果，现阶段出现过使用模拟测速以及同步法测速。如今，使用秒表或电子计数器等设备进行计数测速的方法仍然是该领域的主流方法。传统的速度测量较多情况下选择利用专业机械或码盘来完成任务，另外我们还可以使用电磁和电容来测速，市面上还存在着使用化学原料发出信号的仪器，但是之后由于如激光等新技术的利用，通过光电传感器检测的方法成为了电机测速最常用、最简便的手段，我们现在用的最多的也是这种手段，这种通过光电传感器测速的方法具有深远的意义，为许多方面的研究奠定了技术基础，此设计中也参考了这种方法。

在平时的生产和生活中，经常有必须进行速度测量的情况，例如测发动机转速时^[1]，根据不同的要求需要的测量方式也不同，然而不管采用怎样的测量方式，必须要正确的采样，目前实现测速使用最多的是发电机，这种方法展现了发动机转动的速度，而需要实时测量才能保证转速的精确性，这种通过发电机进行测速的方法对于很多领域都具有深远的影响。

1.2 国内外研究现状

随着不可再生动力资源的日渐枯竭，直流电机控制的研发困难也在逐步提升。数字直流调速设备，从技术上，它可以利用接受的信号、更改相关参数的值、达到引起脉冲进行工作，利用软硬件相结合的方式控制规定参数范围的直流电机，运用修改参数值或更新软件的方式可以使不同的机器被一台控制器所操纵，其通信功能配合可编程逻辑器件共同完成了工控设备的信息传递的任务，简单的使用方法，外界难以干扰等优势让它在工控领域被广泛使用，而它所具备的调试方式多变，安全系数高，稳定性好以及尺寸较小的优点，极大程度的解决了同类仪器中常见的一些问题，很好的解决了直流调速规格大、调试难等问题，与此同时，它的这些优点也使其在相关领域立于不败之地，受到从业者的一致好评。

测量转速的方法有离心式及光电式两大类，目前电机制造工厂生产线上大都采用光电式方法测量。光电式转速测量传感器分为投射式和反射式两类。离心式转速表是利用物体旋转时产生的离心力来测量转速的^[2]。

按照脉冲信号与标准频率信号的相互关系，可将转速测量分为测频法 (M法)、 测周期法 (T法) 和M/T法 (测频率周期法) 等几种方法^[3]。

直流电机调速方法主要有以下几种：第一种方法：初期的直流电机调速系统是以直流电压直接供电，通过改变电机的内阻来改变直流电机的电压降实现直流电机的调速目的；第二种方法：发电机一电动机调速，由电磁放大器，电机扩大器，闸流管等器件构成；第三种方法：基于汞浆变流器的调速系统；第四种方法：自从第一只晶闸管研发成功并且应用到直流电机调速系统中以来，直流电机调速取得了突破性的进展^[4]。

西门子，三菱，东芝，西屋电气等国外大公司已经开发出了一系列数字直流调速系统，具有成熟的应用产品生产线^[5]。自六十年代第一只硅晶闸管诞生，利用硅晶闸管进行调速测速已普遍运用在各行各业。如今，它已经在经济发展领域做出了突出的贡献。我国在相关领域，如PID的研发，较之从前也取得了突破性的进展，也有的只应用模糊控制技术。科技的不断发展也使技术更新换代的速度不断加快，新的器件的出现弥补了晶闸管等的不足，克服了晶闸管的主要缺点。数字化技术的发展也使着脉宽调制（pulse width modulation,简称PWM）取代传统控制技术，成为新一代的直流电机控制调速技术的领军者。

相较于国外而言，我国的数字直流调控技术的发展还不是很成熟，很大程度上依赖于国外的研究成果^[6]。为了改变这一现状国家联合国内各大高校及研究组织对该领域进行了大力研发和探索，并且取得了不俗的成绩。

1.3 设计的主要目标任务

本次设计的系统是以STC89C52单片机为主控芯片，通过键盘调节PWM波参数，改变定时器中断参数值，控制L298N大功率H桥路驱动直流电机达到调速控制转速的目的。利用红外传感器来收集速度，传感器操作速度数据，并将所生成的脉冲信号进行计数，然后，在一段时间内测量脉冲的数量，使用单片机的定时器/计数器数，根据脉冲数和时间的关系转换成每分钟的转速，并显示到LCD1602液晶屏幕上。通过实际测量的转速来修正电机调速，使电机达到稳定的转速输出的状态。

本次设计完成的具体任务如下：

（1）单片机控制模块电路设计；

（2）LCD1602液晶显示模块电路和软件设计；

（3）光电对管测速部分及其程序编写；

（4）按键控制部分和电源模块设计；

（5）L298N电机调速电路及程序设计。

1.4 本章小结

为了本章的专业性，我查阅了很多资料并请教了老师和同学，最终对市面上现有的测速产品有了深刻的认识，给予之后的小结等内容很大的帮助。

第2章 方案论证

2.1 方案设计

方案一：

方案一中收集脉冲信号的器件是字化的发射式传感器，采集用H9110电机驱动芯片，通过定时器产生PWM波实现对直流电机的调速控制；将ARM7作为核心器件，实现获取并处理测速脉冲信号等功能，处理结果通过LCD12864液晶显示装置实时传递，电机调速设置参数时通过4X4矩阵键盘实现的。

方案二：

采用GPS定位传感器模块对移动的位置进行时时定位跟踪，根据一段时间内移动的时间和GPS坐标的关系确定速度值；采用专用的速度调节控制模块HY01模块对电机进行调速；将现场可编程门阵列当做核心模块，通过TFT显示信息，通过5X5矩阵键盘完成电机调速参数的设置。

方案三：

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