基于編碼器電機(jī)測量轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)角課程設(shè)計(jì)(共13頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱： 專業(yè)課課程設(shè)計(jì)II 課設(shè)題目： 簡易測量電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角裝置 專業(yè)班級： 電子信息工程1001 姓 名： 郭陽 學(xué) 號： 課設(shè)時(shí)間： 2013.12 批閱時(shí)間： 指導(dǎo)教師： 桂珺 成 績： 專心-專注-專業(yè)任務(wù)書題目：簡易測量電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角裝置參數(shù)：處理器89C52顯示設(shè)備LCM1602編碼器歐姆龍H38S6-2000-3-2-24電機(jī)GM12F-N20VA08260/298-R要求：利用C語言設(shè)計(jì)，基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)簡易的電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角測量。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)能夠?qū)崟r(shí)的顯示轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角要求有正負(fù)（以初始位置為0度）。當(dāng)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動時(shí)，用手?jǐn)Q動編碼器的

2、軸也可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角測量。日程安排：12月19-12月20，查閱資料，確定課設(shè)題目12月23-12月26，進(jìn)行電機(jī)測轉(zhuǎn)速的編程及仿真工作。12月27-12月31，進(jìn)行電機(jī)測角度的編程及仿真工作。1月2，老師進(jìn)行檢查1月3-1月7日，進(jìn)行最后的補(bǔ)充與修改及寫報(bào)告目錄摘要。3一、 總體方案。41. 方案一。42. 方案二。43. 方案選擇。4二、 編碼器介紹。51. 編碼器原理。52. 編碼器選型。5三、 編碼器測量電機(jī)轉(zhuǎn)速。61. 原理介紹。62. 程序框圖。63. 編程實(shí)現(xiàn)。64. 改錯(cuò)心得。7四、 編碼器測量電機(jī)轉(zhuǎn)角。91.原理介紹。92.程序框圖。93.編程實(shí)現(xiàn)。94.改錯(cuò)心得。10五、 實(shí)驗(yàn)檢

3、測。111. 實(shí)驗(yàn)描述。112. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果。11六、 總結(jié)。11簡易測量電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角裝置摘要本文介紹了基于89C52單片機(jī)的測量電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角的系統(tǒng)，概述了編碼器的工作原理和應(yīng)用，詳細(xì)闡述了測速及測轉(zhuǎn)角的基本原理、實(shí)現(xiàn)的步驟和軟硬件的設(shè)計(jì)，采用C語言編程，用1602液晶屏顯示數(shù)據(jù)，結(jié)果表明該方法具有簡單、精度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：89C52單片機(jī) 測速 測轉(zhuǎn)角 編碼器 電機(jī)一、 整體方案1. 方案一采用紅外光電對管數(shù)據(jù)采集電路，紅外對管根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)開口遮光片的位置，每轉(zhuǎn)一圈輸送幾個(gè)低脈沖實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)角的測量。2. 方案二采用編碼器采集信號，將編碼器的軸與電機(jī)的軸通過聯(lián)軸器固定，電機(jī)帶

4、動編碼器轉(zhuǎn)動，同時(shí)想單片機(jī)發(fā)出信號，經(jīng)過單片機(jī)處理測出轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)角。3. 方案選擇采用編碼器測量系統(tǒng)具有低慣性、低噪聲、高分辨率和高精度的優(yōu)點(diǎn)，光柵的成功應(yīng)用使編碼器在檢測和控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。選擇編碼器做傳感器使得系統(tǒng)擁有測量準(zhǔn)確度高、采樣速度快、測量范圍寬和測量精度與被測速度無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)。所以選擇方案二。二、 編碼器介紹1. 編碼器原理編碼器是將信號或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備。器把或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號。按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種；按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個(gè)電信號轉(zhuǎn)變

5、成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個(gè)位置對應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。現(xiàn)在編碼器的廠家生產(chǎn)的系列都很全，一般都是專用的，如電梯專用型編碼器、機(jī)床專用編碼器、伺服電機(jī)專用型編碼器等，并且編碼器都是智能型的，有各種并行接口可以與其它設(shè)備通訊。編碼器由一個(gè)中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取，獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差，將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。優(yōu)點(diǎn)：體積小，精密，本身分辨度可以很

6、高，無接觸無磨損;同一品種既可檢測角度位移，又可在機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置幫助下檢測直線位移;多圈光電絕對編碼器可以檢測相當(dāng)長量程的直線位移(如25位多圈)。壽命長，安裝隨意，接口形式豐富，價(jià)格合理。成熟技術(shù)，多年前已在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)：精密但對戶外及惡劣環(huán)境下使用提出較高的保護(hù)要求；量測直線位移需依賴機(jī)械裝置轉(zhuǎn)換，需消除機(jī)械間隙帶來的誤差；檢測軌道運(yùn)行物體難以克服滑差。2. 編碼器選型選型的三個(gè)要素是機(jī)械安裝尺寸，分辨率和電氣接口。我選用了歐姆龍H38S6-2000-3-2-24這款編碼器。外徑38mm,止口20mm,軸徑6mm,電纜側(cè)出，標(biāo)準(zhǔn)配線2米。尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)。選用2000轉(zhuǎn)的高分辨率，完

7、全可以測角度，單片機(jī)也可計(jì)算。集電極開路是常用的一般電路選擇。圖2.2三、 采用編碼器測量電機(jī)轉(zhuǎn)速1 原理介紹利用編碼器的Z軸每當(dāng)轉(zhuǎn)一圈會發(fā)一個(gè)脈沖，將Z軸信號接到外部中斷0引腳，每當(dāng)有下降沿信號則使變量加1。同時(shí)采用定時(shí)器中斷，每隔一秒查看變量增加的個(gè)數(shù)，即可算出每秒轉(zhuǎn)過的圈數(shù)。再把這個(gè)轉(zhuǎn)速送給顯示函數(shù)，用數(shù)碼管顯示出來。2 程序框圖 否是否進(jìn)入外部中斷開始 是y+時(shí)間是否過了1sV=y;y=0;顯示函數(shù) 是 否 圖3.23 編程實(shí)現(xiàn)首先要在初始化函數(shù)里打開定時(shí)器0中斷和外部0中斷，并且給定時(shí)器設(shè)定初始值，由于目標(biāo)為定時(shí)1秒大于65535，可以實(shí)行定時(shí)50ms,然后在定時(shí)器中斷服務(wù)程序里設(shè)一

8、個(gè)變量，每進(jìn)一次中斷變量加一，加到20次，即時(shí)間過1秒后，查看變量y，把y的值賦予給轉(zhuǎn)速v，并且使y=0，意義為每秒重新計(jì)數(shù)。外部中斷0要設(shè)置成下降沿中斷，服務(wù)程序?yàn)閥+，即每轉(zhuǎn)一圈變量加一。void quanshu() interrupt 0 / 外部中斷 0 計(jì)C相脈沖數(shù)y+;void zhuansu() interrupt 1/定時(shí)器0中斷每隔1秒查一次轉(zhuǎn)過的圈數(shù) TR0=0; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; count+; if(count=20) v=y;y=0;count=0; TR0=1; 4 改錯(cuò)及心得進(jìn)行測量時(shí)出現(xiàn)誤

9、差，并且轉(zhuǎn)速值不穩(wěn)定。原因有兩個(gè)：第一個(gè)是使用過多的外部中斷占用了CPU過多的時(shí)間，使一些信號采集不準(zhǔn)確，導(dǎo)致誤差。第二個(gè)是Z軸信號本身的缺陷，只有到一個(gè)固定位置時(shí)才會發(fā)一個(gè)脈沖信號，使得無法實(shí)時(shí)的計(jì)算速度，即如果1s內(nèi)沒轉(zhuǎn)夠1圈，無論速度多快或多慢，系統(tǒng)就認(rèn)為速度是零。經(jīng)過重新思考，決定不用Z軸做采集信號，而是用A軸。這樣做既減少了一個(gè)中斷處理，又避免了誤差，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與實(shí)時(shí)性。根據(jù)這樣的思路更改程序框圖如下：否是否進(jìn)入外部中斷1開始 是y+時(shí)間是否過了0.5sV=y*0.01;y=0;顯示函數(shù) 是 否 圖3.4當(dāng)然程序也要做相應(yīng)的改變。首先把外部中斷0全部關(guān)斷，在外部中斷1中加

10、一句話y+;，由于轉(zhuǎn)速的定義為每秒轉(zhuǎn)的圈數(shù)，我每0.5秒查看一次y的數(shù)值，轉(zhuǎn)換公式為v=y/(2000*0.5),即v=y*0.001，因?yàn)轱@示方便，這里使v=y*0.01，然后把個(gè)位賦值給小數(shù)點(diǎn)后一位，把十位賦值給個(gè)位就可以正確顯示了，更改后的程序如下：void jiaodu() interrupt 2 /外部中斷 1 計(jì)A相脈沖數(shù)y+;void zhuansu() interrupt 1/定時(shí)器0中斷每隔 0.5 秒查一次A轉(zhuǎn)過的脈沖數(shù) TR0=0; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; count+; if(count=10) v=y

11、*0.01;/轉(zhuǎn)速換算y=0;count=0; TR0=1; 經(jīng)過如此的更改就解決了之前的問題，顯示非常穩(wěn)定，誤差也減小了很多。再給51系列單片機(jī)編程時(shí)應(yīng)盡量的減少中斷的使用，尤其是輸入信號頻率高，要求精度高，硬件設(shè)備質(zhì)量低的情況。最好是根據(jù)有用信號，即用最少的輸入信號得到最多的有用信息，通過編程減少外部設(shè)備，這樣做不僅能夠有效的減少誤差，還可以節(jié)約資源。四、 采用編碼器測量電機(jī)轉(zhuǎn)角1. 原理介紹利用編碼器的A軸和B軸來判斷正反轉(zhuǎn)和角度。這里的正反是以開機(jī)時(shí)電機(jī)的初始位置為標(biāo)準(zhǔn)的。正反轉(zhuǎn)的判別方法：因?yàn)锳和B 相差90度，假設(shè)正轉(zhuǎn)時(shí)A超前B90度，則反轉(zhuǎn)時(shí)B超前A90度，利用這一特點(diǎn)可以判斷正

12、反。把A接到外部中斷1，B接到P00口，當(dāng)進(jìn)入中斷時(shí)，判斷B軸是高電平還是低電平就可以判斷正反了。角度的計(jì)算方法：電機(jī)轉(zhuǎn)一圈是360度，編碼器轉(zhuǎn)一圈發(fā)出2000個(gè)矩形波，有這個(gè)關(guān)系就可以計(jì)算角度，即角度=計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)*360、2000.2. 程序框圖開始 是否進(jìn)入中斷X=|x|*360/2000 否 顯示函數(shù) X-X+P00是否為1 是 否圖4.23. 編程實(shí)現(xiàn)首先在初始化函數(shù)里要打開外部中斷1，并且設(shè)置成下降沿觸發(fā)。但A軸有信號來臨時(shí)，進(jìn)入到外部中斷1服務(wù)程序，先判斷P00口的高低電平，若為高電平，則計(jì)數(shù)變量加一，反之，計(jì)數(shù)變量減一。如果計(jì)數(shù)變量X大于2000或小于-2000，則使X等于0.這樣

13、做減輕了變換角度的計(jì)算量，使系統(tǒng)認(rèn)為編碼器一直在正一周或負(fù)一周之內(nèi)活動。接下來就可以將計(jì)數(shù)變量通過公式轉(zhuǎn)換成角度顯示了。顯示正負(fù)角則可以判斷計(jì)數(shù)變量的正負(fù)來確定。void jiaodu() interrupt 2 /外部中斷 1 計(jì)A相脈沖數(shù)if(d1=1) x+;else x-;if(x2000)|(x(-2000)x=0;uint jiaodujisuan()/角度計(jì)算uint j;if(x0) wela=1;/顯示角度符號位 P0=0xfb; wela=0; dula=1; P0=0x40; dula=0; delay(3); j=fabs(x); j=j*0.18; /角度轉(zhuǎn)換公式 return j;4. 改錯(cuò)及心得開始沒有設(shè)置計(jì)數(shù)變量的上下限，使測量角度大于360度，改正后效果正確。開始角度轉(zhuǎn)換公式為X=X*360/2000,結(jié)果顯示不正確，后來改為X=X*0.18,顯示正確。這段程序很考察細(xì)節(jié)，一個(gè)注意不到的地方有可能使程序出錯(cuò)。五、 試驗(yàn)檢測1. 實(shí)驗(yàn)過程把編碼器與直流電機(jī)用聯(lián)軸器固定在一起，通過改變只直流電壓改變直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，觀察