基于光电式传感器电机转速的测量设计 .doc

【标题】基于光电式传感器电机转速的测量设计 【作者】匡 林 【关键词】转速测量??单片机??光电传感器??锁相环 【指导老师】李 金 田 【专业】电子信息科学与技术 【正文】1.?绪??论1.1?电机测速的发展及测量方法研究概况电机转动速度检测按照不同的理论方法分类，先后产生过模拟测速法（如离心式转速表）、同步测速法（如机械式或闪光式频闪测速仪）以及计数测速法[1]。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法，但现在使用最广泛的是电子式定时计数的数字检测方法。随着科学技术的发展，形形色色的转速测量仪不断出现。它们的结构不同，性能各异，至今没有系统的分类方法。按照测量原理主要分为测频法、测周法两种基本方法[2]。测频法就是测量转速脉冲频率的方法，它用基准时间信号发生电路产生的标准时钟脉冲来控制计数门的开闭，在单位时间内对来自转速传感器的脉冲进行计数[3]。所谓测周法就是测量转速脉冲周期的方法，它用传感器的脉冲来控制计数门的开闭，在转速脉冲周期内对基准时间信号发生电路的脉冲进行计数，然后按f=1/T公式换算成转速脉冲的频率。目前，电机转动速度的数字检测基本方法是利用与电动机同轴连接的光电脉冲发生器的输出脉冲频率与转速成正比的原理，根据脉冲发生器发出的脉冲速度和序列，测量转速和判别其转动方向[4]。根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有：M法（测频率法）、T法（测周期法）和M/T法（频率/周期法），配合光电传感器等可有多种测量方法[5]。在电机的转速测量中，影响测量精度的主要因素有两个：一是采样点的多少，采样点越多，速度测量结果越精确，尤其是对于低转速的测量。二是采样频率，采样频率越高，采样的数据就越准确。1.2?本课题研究背景及主要研究意义转速是旋转物体在单位时间内的转数，是描述各种旋转机械的重要技术参数。转速和频率有相同的量纲，都是单位时间内某一量值（脉冲个数、转数）出现的次数，从理论上转速类同频率值。因此测时计数是转速计量的前提和基本方法。目前，随着传感技术、信息技术、计算机技术的发展，测试技术已向自动化、智能化方向发展。基于此，提出了电机转速的数字化测量。电机转速是电动机极为重要的一个状态参数，其大小及变化往往意味着机器设备运转的正常与否，在很多运动系统的测控中，都需要对电机的转速进行测量，速度测量的精度直接影响系统的控制情况，它是关系测控效果的一个重要因素。电动机转速的及时准确检测，与闭环调速系统的控制精度紧密相关。不论是直流调速系统还是交流调速系统，只有转速的高精度检测，才能得到高精度的控制系统。所以，电动机转速的精确测量对整个智能测控系统至关重要。1.3?本课题的主要研究内容本设计通过光电式传感器检测电机的转速，把电机的转速转化为电信号（频率的变化），通过数字计数器显示，实现电机转速的数字化测量。主要技术指标要求：电机转速测量范围：600～6000r/min；4位数码显示；测量精度不低于±1％。1.4?本课题研究方法本设计采用光电式传感器和单片机相结合的方法实现电机转速的高精度测量，在本系统中，为了能够使测速结果在整个转速范围内的准确性和分辨率达到最佳，并满足快速的动态响应要求，将采取一种在全部速度范围内具有基本相同误差的等精度测量方法[6]。为了解决测量精度和测量范围的矛盾，对整个范围分两部分进行测量。低速段测量范围为600~10000转/分，精度约为0.5×10-6；高速段测量范围为6000~100000转/分，精度约为0.5×10-6。在低速段中，首先经过6次脉冲每转的光电码盘对转数进行6倍频，然后通过由一片CD4046和两片CD4518组成的1000倍锁相倍频电路，再通过单片机进行计数处理，若单片机在接近一秒的时间内计数值为N，则实际转速可用下式表示：n=60N/(6×1000)M?=N/100M??单位为：转/分?????（式1-1）其中M为接近1秒的时间准确值。在高速段中，首先经过6次脉冲每转的光电码盘对转数进行6倍频，然后通过由一片CD4046和两片CD4518组成的100倍锁相倍频电路，再通过单片机进行计数处理，若单片机在接近一秒的时间内计数值为N，则实际转速可用下式表示：n=60N/(6×100)M?=N/10M??单位为：转/分??????（式1-2）其中M为接近1秒的时间准确值。1.5?本章小结????本章主要介绍了电机测速的发展及测量方法研究概况、本课题研究背景及主要研究意义、本课题的主要研究内容和本课题研究方法[7]、[8]、[9]、[10]、[11]。本设计采用光电式传感器和单片机相结合的方法实现电机转速的高精度测量，在本系统中，为了能够使测速结果在整个转速范围内的准确性和分辨率达到最佳，并满足快速的动态响应