实践报告 小型直流电机转速测量与控制 第1

广东机电职业技术学院实践报告实践题目:小型直流电机转速测量与控制专业：班级:组别:学生姓名:指导教师:上交时间：2011年12月12日目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1设计任务3\o"CurrentDocument"2传感器工作原理3\o"CurrentDocument"2.1传感器概念3\o"CurrentDocument"2.2霍尔器件概念3\o"CurrentDocument"2.3霍尔器件结构4\o"CurrentDocument"2.4霍尔器件安装方式4\o"CurrentDocument"2.5霍尔器件与单片机接口电路5\o"CurrentDocument"3程序设计5\o"CurrentDocument"3.1数据处理53.2电机转速的显示63.3程序编写63.4流程图6\o"CurrentDocument"4软硬件调试及分析64.1选择电机64.2仿真电路及运行界面6\o"CurrentDocument"4.3数据分析74.3.1基础分（30分）74.3.2精度分（60分）74.3.3转速折线图（10分）94.3.4产品照片9\o"CurrentDocument"4.3.5设计人员照片10\o"CurrentDocument"5结论10\o"CurrentDocument"参考资料101设计任务电气控制中常常遇到电机控制问题。给直流电机加载直流电，电机就会转动。改变电压的正负可以改变电机的转动方向，电压为正时电机正转，电压为负时电机反转；改变电压的高低可以改变电机的转速，电压高则转动速度快，电压低则转动速度慢。转速是工程上的一个常用参数。转速通常以每秒种或每分钟的转数来表示，因此单位为r/s或r/min。有时也用角速度表示，这时的单位相应为rad/s。设计出测量电动机转速、转动圈数，并显示的仪器。2传感器工作原理单片机能够处理二进制数字信号，而电机的转速是物理量，非电量信号，需要中间电路把转速转换成单片机可以处理的信号。2.1传感器概念传感器是把外界信号转换成电信号的器件，是检测和控制系统中最关键的部分，在当代科学技术中，传感器占据了及其重要的地位。目前，集成技术在传感器技术中的成功应用，使传感器小型化、长寿命和低成本，是现代传感器的发展方向之一。2.2霍尔器件概念霍尔器件是一种磁传感器，是半导体材料制成的一种薄片，它是一种磁敏感器件，当它处于磁场中时，会产生电动势。在垂直磁场平面方向上施加外磁场、在沿平面上加外电场，则使电子在磁场中运动，结果在器件的的两个侧面之间产生霍尔电势，霍尔电势的大小和外磁场以及电流大小成正比。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHz），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达Mm级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达一55°C〜150°C。

图2霍尔元件工作原理按照霍尔器件的功能可将它们分为：霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。2.3霍尔器件结构b内部结构图2霍尔元件结构b内部结构图2霍尔元件结构本实习传感器部分采用磁钢和44E型霍尔开关器件，引脚1接电源（电压4.5V〜24V），引脚2接地线，引脚3接为数字信号输出端接单片机。2.4霍尔器件安装方式将磁铁用一定手段放置在电机转动轴上（钻孔或502胶水），调整霍尔元件位置，使满足磁铁与霍尔元件最近距离在5mm左右。这样当电机转动时，转动轴带动磁铁转动，产生变化的磁场；在变化磁场作用下，霍尔元件产生变化的电动势；与磁铁距离远时霍尔元件的数据引脚为高电平变化。当接近时引脚由高电平变为低电平，为下降沿，利用外部中断0，下降沿中断请求，可以实现数据加1。

图3霍尔元件安装方式用示波器观察霍尔元件输出引脚波形如图。图4霍尔元件波形观察2.5霍尔器件与单片机接口电路图5转速计硬件电路3程序设计3.1数据处理数据处理部分采用单片机。电机转动时产生变化的磁场，霍尔元件与磁铁在一定的距离范围内其数据引脚为高电平（有效距离大约5mm），超过一定的距离时其数据引脚为低电平，单位时间（比如1秒）内脉冲的个数，视为转速。

3.2电机转速的显示3.3程序编写3.4流程图图6流程图图6流程图4软硬件调试及分析4.1选择电机4.2仿真电路及运行界面仿真运行，如图7。4.3数据分析4.3.1基础分（30分）1）启动转速计，检查运行时间2）微微转动电机轴，是否能够显示圈数3）检查是否能够显示设定转速，初始值为1200RPM4）调整设定转速（RPM）：调整到2400，调整到3000，调整到1800（调整时间每次不超过10秒）。5）启动电机，检查转速显示是否正常6）每隔1秒，向串口发送1次数据，波特率4800。序号功能单位最大数值分数得分1显示运行时间秒60:0052显示圈数圈9999953显示设定转速RPM999954按键设定转速RPM999955显示测量转速RPM9999106每秒1次串口通信BPS960010总分4.3.2精度分（60分）1）重新启动转速计，以设定转速1200运行2）运行到60秒时，按键调整到24003）运行到120秒时，按键调整到30004）运行到180秒时，按键调整到18005）运行到240秒时，关闭转速计。6）拷贝串口设备数据，粘贴到EXCEL，观察转速折线图。转速分项解释单位标准分值得分1200调节时间从开始变化到稳态值误差±5%范围内需要的时间秒401秒302秒203秒104秒55超调量最大偏离量与稳态值的百分比百分比±201百分比±152百分比±103百分比±54百分比±25稳态偏差系统达到稳定时偏差与稳定值的百分比百分比±101百分比±82百分比±43百分比±24百分比±152400调节时间从开始变化到稳态值误差±5%范围内需要的时间秒401秒302秒203秒104秒55超调量最大偏离量与稳态值的百分比百分比±201百分比±152百分比±103百分比±54百分比±25稳态偏差系统达到稳定时偏差与稳定值的百分比百分比±101百分比±82百分比±43百分比±24百分比±153000调节时间从开始变化到稳态值误差±5%范围内需要的时间秒401秒302秒203秒104秒55超调量最大偏离量与稳态值的百分比百分比±201百分比±152百分比±103百分比±54百分比±25稳态偏差系统达到稳定时偏差与稳定值的百分比百分比±101百分比±82百分比±43百分比±24百分比±151800调节时间从开始变化到稳态值误差±5%范围内需要的时间秒401秒302秒203秒104秒55超调量最大偏离量与稳态值的百分比百分比±201百分比±152百分比±103百分比±54百分比±25稳态偏差系统达到稳定时偏差与稳定值的百分比百分比±101百分比±82百分比±43百分比±24百分比±15第8页共10页84.3.4产品照片（3）4.3.5设计人员照片（1）5结论通过综合设计，可以学习控制系统的前向通道测量、后向通道显示、CPU数据处理，进而为电机控制以及其他单片机应用系统打下基础。利用Proteus仿真环境开发电动机转速计，调试方便，可以直接观