基于STC 系列微控制器的電機(jī)數(shù)字測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 瑜 王 斌

（包鋼集團(tuán)電氣公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

在電氣工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合，在對(duì)設(shè)備轉(zhuǎn)速和控制中，常需要分時(shí)或連續(xù)測(cè)量、顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)速度。為了能精確地測(cè)量轉(zhuǎn)速，還要保證測(cè)量的實(shí)時(shí)性，要求能測(cè)得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。本文提出一種基于STC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法，利用霍爾傳感器采集脈沖信號(hào)，通過(guò)定時(shí)計(jì)數(shù)算法程序，將轉(zhuǎn)速通過(guò)數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示。

1 測(cè)速系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)由傳感器、處理器和顯示3個(gè)部分幾部分組成，方框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)方框圖

此系統(tǒng)由開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器 A3144E根據(jù)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)信號(hào)并產(chǎn)生脈動(dòng)波形，由8位微控制器STC 89S52RC對(duì)波形進(jìn)行處理并計(jì)算，最終把電機(jī)轉(zhuǎn)速通過(guò)四位共陽(yáng)極LED顯示。

2 硬件部分設(shè)計(jì)

2.1 速度檢測(cè)電路

測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速要將電動(dòng)機(jī)地轉(zhuǎn)速表示為單片機(jī)可以識(shí)別的脈沖信號(hào)，從而進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)?；魻柶骷鳛橐环N轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的傳感器，具有結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)傳感器，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后輸出到計(jì)數(shù)器或其他的脈沖計(jì)數(shù)裝置，進(jìn)行轉(zhuǎn)速的測(cè)量。傳感器檢測(cè)電路如圖 2所示。

圖2 傳感器檢測(cè)電路

2.2 微控制器最小系統(tǒng)電路

微控制器最小系統(tǒng)電路如圖3所示，由主控制器STC 89S52RC、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路三部分組成。單片機(jī) STC 89S52RC作為核心控制器控制著整個(gè)系統(tǒng)的工作，而時(shí)鐘電路負(fù)責(zé)產(chǎn)生單片機(jī)工作所必需的時(shí)鐘信號(hào)，復(fù)位電路使得單片機(jī)能夠正常、有序、穩(wěn)定地工作。

圖3 微控制器最小系統(tǒng)電路

2.3 數(shù)碼管顯示電路

LED又稱為數(shù)碼管，可以顯示0－9和A－F共16個(gè)數(shù)字和字母。這種裝入數(shù)碼管中顯示字形的數(shù)據(jù)稱字形碼，又稱段選碼,本系統(tǒng)采用共陽(yáng)極動(dòng)態(tài)掃描方式進(jìn)行電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)顯示，LED動(dòng)態(tài)顯示電路如圖4所示。

圖4 LED顯示電路

2.4 RS-232串行通信接口電路

通過(guò)單片機(jī)的串行口可以把單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳回計(jì)算機(jī)處理或者接受計(jì)算機(jī)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)而進(jìn)行相應(yīng)的控制。微控制器有許多標(biāo)準(zhǔn)的通信方法,但在單片式控制系統(tǒng)中，最常用的是RS232串行接口。串行接口電路如圖5所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

圖5 串行通信接口電路

本系統(tǒng)采用微控制器STC89S52RC中的T0定時(shí)器和T1計(jì)數(shù)器配合使用對(duì)轉(zhuǎn)速脈沖定時(shí)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器 T1工作于計(jì)數(shù)狀態(tài)對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；T0工作為定時(shí)器方式每次定時(shí) 10ms。本設(shè)計(jì)程序編程的思想就是在給定的 10ms之內(nèi)，用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器 T1對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。主程序的流程圖如圖6所示。

圖6 主程序流程圖

主程序部分程序如下：

3.2 T0定時(shí)中斷程序設(shè)計(jì)

T0定時(shí)中斷程序主要是完成 10ms的定時(shí)任務(wù)，并且對(duì)變量buf_m in進(jìn)行加一處理，其中在對(duì)T0進(jìn)行賦初值時(shí)，選擇為10236而不是10000。T0定時(shí)器中斷流程圖如圖7所示。

圖7 T0定時(shí)中斷流程圖

4 測(cè)速系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)的應(yīng)用及效果

本系統(tǒng)在工業(yè)用除塵風(fēng)機(jī)，高低壓水泵電動(dòng)機(jī)以及TRT余熱發(fā)電中都得到了應(yīng)用，系統(tǒng)采集信號(hào)后計(jì)算顯示的多組數(shù)據(jù)和專用手持測(cè)速儀測(cè)得的多組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，誤差不超過(guò)千分之一。而且在電磁信號(hào)較強(qiáng)的環(huán)境中表現(xiàn)出了很強(qiáng)的抗干擾能力，不管是測(cè)速實(shí)時(shí)顯示還是在閉環(huán)控制中為上級(jí)控制系統(tǒng)反饋模擬信號(hào)都實(shí)現(xiàn)得非常理想。

5 結(jié)論

在本系統(tǒng)中，介紹了一種基于微控制器STC系列單片機(jī)的電機(jī)測(cè)速系統(tǒng)，該測(cè)速系統(tǒng)采用集成霍爾傳感器采集電動(dòng)機(jī)速度信號(hào)，具有頻率響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)?；魻杺鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理后，通過(guò)單片機(jī)對(duì)連續(xù)脈沖記數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)控，并且充分利用了單片機(jī)的內(nèi)部資源，有很高的性價(jià)比。并且在測(cè)量范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速越高測(cè)量精度越高。所以該系統(tǒng)在一般的工業(yè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)速檢測(cè)和閉環(huán)控制中均可應(yīng)用。

[1]潘永雄.新編單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2002.

[2]史嘉權(quán).微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002.

[3]張建華.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[4]趙建領(lǐng).單片機(jī)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社,2009.

[5]常健生.檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2003.

[6]張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社, 2003.

[7]郭志勇. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目教程(C語(yǔ)言版) [M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2011.

[8]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)·數(shù)字部分[M].北京:高等教育出版社,2000.