淺論基于單片機(jī)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高紅光 宋領(lǐng)赟

【摘要】本文主要運(yùn)用AT89S51單片機(jī)控制的智能化轉(zhuǎn)速測(cè)量，以AT89S51作為控制核心，運(yùn)用AH41作為轉(zhuǎn)速檢測(cè)元件，轉(zhuǎn)速顯示用1602液晶顯示等構(gòu)成硬件電路的設(shè)計(jì)，文中詳細(xì)介紹了單片機(jī)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，它硬件電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，測(cè)量精度高、控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量AT89C51

本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)研究的是基于霍爾傳感器的測(cè)速系統(tǒng)?；魻朅44E傳感器是由日本生產(chǎn)的，主要是運(yùn)用霍爾傳感器檢測(cè)脈沖的數(shù)量，從而通過單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理而求出轉(zhuǎn)速。霍爾必須和磁鋼配對(duì)使用，遇到不同磁極的磁鋼時(shí)，霍爾傳感器將輸出不同的高低電平。

一、基于單片機(jī)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.硬件電路設(shè)計(jì)。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)提高，尤其是單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及功能強(qiáng)大，價(jià)格低廉等顯著特點(diǎn)，是全數(shù)字化測(cè)量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的一個(gè)廣泛應(yīng)用。出于單片機(jī)在轉(zhuǎn)速測(cè)量方面具有體積小、性能強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)，越來越受到企業(yè)用戶的青睞。本研究以89C51單片機(jī)為核心對(duì)測(cè)量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)進(jìn)行了探索和研究，在確保測(cè)量精度的情況下，研發(fā)了一套數(shù)字轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)。在硬件設(shè)計(jì)上根據(jù)總體思路，確定了系統(tǒng)應(yīng)用元器件的構(gòu)成，以89C51單片機(jī)機(jī)通過INT1S輸入傳感器的脈沖，P0口P2口接1602液晶顯示，系統(tǒng)的框圖如下：

各部分模塊功能：①傳感器：用來對(duì)信號(hào)的采樣。②整形放大電路：通過整形放大電路對(duì)通過傳感器傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行整形放大，并傳送到單片機(jī)。③單片機(jī)：對(duì)經(jīng)過整形放大處理的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，變?yōu)閷?shí)際值后傳送到LED中。④LED顯示：用來顯示單片機(jī)傳送的測(cè)量信號(hào)。

2.軟件設(shè)計(jì)思路。軟件需要解決的是定時(shí)器0的計(jì)數(shù)和外部中斷1的設(shè)定、由于測(cè)量的轉(zhuǎn)速范圍大，所以低速和高速都要考慮在內(nèi)。在本設(shè)計(jì)中我們使用的編程環(huán)境是基于KEIL下的C語言編程，由于C語言操作單片機(jī)外圍器件比較容易并且可以直接對(duì)IO口操作，顯示部分主要是對(duì)1602液晶的顯示程序的編寫，通過分析可知，系統(tǒng)要完成的程序有三大部分：主要包括中斷、計(jì)數(shù)、顯示等三部分主要程序。軟件工作流程主要為，從霍爾傳感器通過磁電效應(yīng)獲得一周期脈沖將一個(gè)中斷信號(hào)通過外部中斷1（P3.3）口向單片機(jī)進(jìn)行發(fā)送，定時(shí)器起到內(nèi)部定時(shí)的作用，TH0，TH1的初值設(shè)定為（（65536-50000）/256）和（（65536-50000）%256）），即這是50ms定時(shí)時(shí)的初值。利用軟件計(jì)數(shù)當(dāng)定時(shí)器到時(shí)，計(jì)算中斷的次數(shù)，再利用除法程序計(jì)算轉(zhuǎn)速，最后通過顯示程序顯示在1602液晶顯示器。

二、AH41霍爾傳感器及運(yùn)放電路

1. AH41霍爾測(cè)速模塊

利用霍爾元件對(duì)磁場(chǎng)的感應(yīng)效應(yīng)，在非磁圓片上粘貼一塊磁鋼，霍爾傳感器固定在直流電機(jī)轉(zhuǎn)軸上。電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，霍爾傳感器便輸出一個(gè)脈沖。通過單片機(jī)測(cè)量產(chǎn)生脈沖的頻率基于可以得出車輪的轉(zhuǎn)速?；魻枌?duì)磁鋼有要求。沒有磁鋼時(shí)輸出高電平，有磁鋼時(shí)輸出低電平?；魻杺鞲衅鞯陌惭b方法及檢測(cè)電路與LM324輸入口相連。

本設(shè)計(jì)中用到的是AH41雙極鎖存霍爾開關(guān)電路，AH41霍爾開關(guān)電路最適于響應(yīng)變化斜率陡峭的磁場(chǎng)并在磁通密度較弱的場(chǎng)合使用，適用于單極或多對(duì)磁環(huán)工作，它由反向電壓保護(hù)器、電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、信號(hào)放大器、史密特觸發(fā)器和集電極開路的輸出級(jí)組成。工作溫度范圍為-40～150℃（存儲(chǔ)溫度為150℃），可適用于各種機(jī)及機(jī)電一體化領(lǐng)域。

2.基于LM324放大整形電路

在本設(shè)計(jì)中我們選取的LM324是一種具有真差動(dòng)輸入功能的四運(yùn)算放大器。和普通單電源應(yīng)用場(chǎng)合采用的運(yùn)算放大器進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)LM324具有實(shí)現(xiàn)突出的優(yōu)勢(shì)它。LM324能夠在3.0V至32V的電源下穩(wěn)定工作，其靜態(tài)電流僅為MC1741的20%。負(fù)電源屬于共模輸入的一部分，消除了很多應(yīng)用均采取的外部偏置元件，依托LM324可以構(gòu)建多種應(yīng)用電路，主要包括：維思電橋振蕩器、雙四級(jí)濾波器、阻抗差動(dòng)放大器、后比較器、多路反饋帶通濾波器、函數(shù)發(fā)生器等等。依據(jù)最初設(shè)計(jì)設(shè)想，單片機(jī)在本研究中承擔(dān)的任務(wù)為，完成內(nèi)部計(jì)數(shù)工作，對(duì)速度進(jìn)行計(jì)算并顯示。本研究中的軟件編程工作是通過C語言完成的，在C語言與AT89S51單片機(jī)配合方面，需要進(jìn)行多次的從編譯和調(diào)試，較為復(fù)雜，不在此處贅述。

三、結(jié)論

本研究采取的轉(zhuǎn)速方法實(shí)現(xiàn)了低頻和高頻轉(zhuǎn)速的測(cè)量，實(shí)際測(cè)量精度并未受到轉(zhuǎn)速的影響，應(yīng)用范圍較廣闊，應(yīng)用前景看好。此為我們采用的霍爾價(jià)格較低，經(jīng)濟(jì)性也較為明顯，適合多種現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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