一款基于AT89S52數(shù)字測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)
0 引言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/234721.htm本方案所設(shè)計(jì)的基于霍爾元件的脈沖發(fā)生器要求成本低,構(gòu)造簡(jiǎn)單,性能好。在電氣控制系統(tǒng)中存在著較為惡劣的電磁環(huán)境,因此要求產(chǎn)品本身要具有較強(qiáng)的抗干擾能力。系統(tǒng)主要由AT89S52 單片機(jī)處理系統(tǒng)、電機(jī)、傳感器檢測(cè)單元、信號(hào)處理單元和顯示系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。
1 總體方案設(shè)計(jì)
對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量實(shí)際上是對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的周期脈沖信號(hào)的頻率進(jìn)行測(cè)量。霍爾元件測(cè)速法是利用霍爾開(kāi)關(guān)元件測(cè)轉(zhuǎn)速的。
霍爾開(kāi)關(guān)元件內(nèi)含穩(wěn)壓電路、霍爾電勢(shì)發(fā)生器、放大器、施密特觸發(fā)器和輸出電路。輸出電平與TTL 電平兼容,在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上裝一個(gè)圓盤(pán),圓盤(pán)上裝若干對(duì)小磁鋼,小磁鋼越多,分辨率越高,霍爾開(kāi)關(guān)固定在小磁鋼附近,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),每當(dāng)一個(gè)小磁鋼轉(zhuǎn)過(guò)霍爾開(kāi)關(guān),霍爾開(kāi)關(guān)便輸出一個(gè)脈沖,計(jì)算出單位時(shí)間的脈沖數(shù),即可確定旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。其系統(tǒng)框圖如圖1 所示。
2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)包括霍爾傳感器、隔離整形電路、主CPU、顯示電路、報(bào)警電路及電源等部分。其測(cè)量過(guò)程是測(cè)量轉(zhuǎn)速的霍爾傳感器和電機(jī)機(jī)軸同軸連接,機(jī)軸每轉(zhuǎn)一周,產(chǎn)生一定量的脈沖個(gè)數(shù),由霍爾器件電路輸出,經(jīng)隔離整形后送入單片機(jī)進(jìn)行處理,單片機(jī)收到信號(hào)將該值數(shù)據(jù)處理后,在LCD 液晶顯示器上顯示出來(lái)。
一旦超速,CPU 通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。
2.1 傳感器的選擇
測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的第一步就是要將電機(jī)的轉(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)。利用霍爾器件檢測(cè)脈沖信號(hào)因其具有結(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)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),帶動(dòng)傳感器運(yùn)動(dòng),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。
2.2 微處理器的選擇
為了減少體積與功耗,采用較常使用且較經(jīng)濟(jì)的AT89S52單片機(jī):AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS 的8 位微控制器,具有8K 在系統(tǒng)可編程存儲(chǔ)器。其最小系統(tǒng)包括單片機(jī)AT89S52接口電路、晶振電路、復(fù)位電路。如圖2 所示。
2.3 計(jì)數(shù)器與定時(shí)器
使用片內(nèi)的計(jì)數(shù)器的優(yōu)點(diǎn)在于降低單片機(jī)系統(tǒng)的成本。每到一個(gè)脈沖將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)T1 的計(jì)數(shù),在T0 產(chǎn)生的100ms 中斷完成后,T1 的中斷溢出次數(shù)就是所需要計(jì)的脈沖數(shù)。系統(tǒng)計(jì)數(shù)部分采用片內(nèi)的計(jì)數(shù)器。定時(shí)器部分可由片內(nèi)始終信號(hào)產(chǎn)生。
2.4 信號(hào)處理電路
用霍爾傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速,其檢測(cè)到的信號(hào)為一個(gè)個(gè)的脈沖,所以不需要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,信號(hào)經(jīng)傳感器后,濾去雜波即可直接接入單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)處理。由于是數(shù)字脈沖信號(hào),所以濾波的時(shí)候采用兩次反向操作,即可達(dá)到隔離整形的目的。硬件搭接如圖3 所示。其中74LS14 為六位反相器。
2.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框圖
實(shí)際測(cè)量時(shí),要把霍爾傳感器固定在直流測(cè)速電機(jī)的底板上,與霍爾探頭相對(duì)的電機(jī)的軸上固定著一片磁鋼塊,電機(jī)每轉(zhuǎn)一周,霍爾傳感器便發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào),如圖4 所示。
3 檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量需要經(jīng)過(guò)的4 個(gè)基本步驟:1 是控制方式;2 是確定計(jì)數(shù)方式;3 是信號(hào)輸入方式;4 是計(jì)數(shù)值的讀取。其測(cè)量過(guò)程是測(cè)量轉(zhuǎn)速的霍爾傳感器和電機(jī)機(jī)軸同軸連接,機(jī)軸每轉(zhuǎn)一周,產(chǎn)生一定量的脈沖個(gè)數(shù),由霍爾器件電路輸出。經(jīng)過(guò)隔離整形電路后,成為轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖??刂朴?jì)數(shù)時(shí)間,即可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值對(duì)應(yīng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速值。主CPU 將該值數(shù)據(jù)處理后,在LCD 液晶顯示器上顯示出來(lái)。
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