电动机测速及显示分析

闫　丹1，吴庆广2

(1佳木斯防爆电机研究所，黑龙江佳木斯154005；

2中国石油吉林石化公司乙二醇厂，吉林吉林132021)



电动机测速及显示分析

闫丹1，吴庆广2

(1佳木斯防爆电机研究所，黑龙江佳木斯154005；

2中国石油吉林石化公司乙二醇厂，吉林吉林132021)

摘要通过对单片机复位电路的原理，利用传感器对电动机转速进行测速，发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法，证明了转速的测试具有重要的意义。

关键词电动机；单片机；传感器；测速

0引言

在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合, 例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速首先要解决的是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。

1转速测量系统的原理

1.1转速测量方法

转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数,其大小及变化往往意味着机器设备是否正常运转,因此,转速测量一直是工业领域的一个重要问题。按照不同的理论方法,先后产生过模拟测速法(如离心式转速表)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪) 以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。文中所述采用单片机和光电传感器组成的高精度转速测量系统,其转速测量方法采用的就是电子式定时计数法。

1.2转速测量原理

一般的转速长期测量系统是预先在轴上安装一个有60 齿的测速齿盘,用变磁阻式或电涡流式传感器获得一转60 倍转速脉冲,再用测频的办法实现转速测量。而临时性转速测量系统,多采用光电传感器,从转轴上预先粘贴的一个标志上获得一转一个转速脉冲,随后利用电子倍频器和测频方法实现转速测量。不论长期或临时转速测量,都可以在微处理器的参与下,通过测量转轴上预留的一转一齿的鉴相信号或光电信号的周期,换算出转轴的频率或转速。即通过速度传感器,将转速信号变为电脉冲,利用微机在单位时间内对脉冲进行计数,再经过软件计算获得转速数据。

2电子式定时计数测量频率常用方法

2.1测频率法

在一定时间间隔t内,计数被测信号的重复变化次数N,则被测信号的频率fx可表示为

fx=Nt

(1)

2.2测周期法

在被测信号的一个周期内,计数时钟脉冲数m0,则被测信号频率fx=fc/m0。式中,fc—时钟脉冲信号频率。

2.3多周期测频法

在被测信号m1个周期内,计数时钟脉冲数m2,从而得到被测信号频率fx,则fx可以表示为fx=m1fcm2,m1由测量准确度确定。

3测量转度系统硬件设计

3.1转速信号采集

在设计中采用光电传感器采集信号，这种传感器是把旋转轴的转速变为相应频率的脉冲，然后用测量电路测出频率，由频率值就可知道所侧转速值。这种测量方法具有传感器结构简单、可靠、测量精度高等特点，是目前常用的一种测量转速的方法。从光源发出的光通过测速齿盘上的齿槽照射到光电元件上，使光电元件感光。测速齿盘上有30个齿槽，当测速齿槽旋转一周，光敏元件就能感受与开孔数相等次数的光次数。对于被测电机的转速在0～3600r/min的来说,每转一周产生30个电脉冲信号,因此,传感器输出波形的频率的大小为

0Hz≤f≤1800Hz

(2)

测速齿盘装在发射光源(红外线发光二极管)与接收光源的装置(红外线接收二极管)之间,红外线发光二极管(规格IR3401)负责发出光信号,红外线接收三极管(规格3DU12)负责接收发出的光信号,产生电信号,每转过一个齿,光的明暗变化经历了一个正弦周期,即产生了正弦脉冲电信号。

3.2转速信号处理电路设计

转速信号处理电路包括信号放大电路、整形及三极管整形电路。由于产生的电压信号很小，所以要进行放大处理，一般要放大至少1000倍(≥60dB)，然后在进行信号处理工作。信号放大装置选用运算放大器TL084作为放大电压放大元件，采用两级放大电路，每一级都采用反向比例运算电路，设计的电压放大倍数为3000倍。其中第一级放大倍数为30，第二级放大倍数为100，放大后电压变化范围为0～4.8V。TL084采用12V双电源供电，由于电源的供电电压在一定范围内有副值上的波动，形成了干扰信号。为起到消除干扰，实现滤波作用，故供电电源两端需接10UF的电容接地，电容选择金属化聚丙已烯膜电容。两级运放放大所采用的供电电源均采用此接法。整形电路的主要作用是将正弦波信号转化为方波脉冲信号，正弦波信号电压的最大幅值约为4.8V，最小幅值为0V。整形电路设计的是一种滞回电压比较器，它具有惯性，起到抗干扰的作用。从而向输入端输入的滞回比较器。在整形电路的输入端接一个电容C7(103)，起到的作用是阻止其他信号的干扰，并且将放大的信号进行滤波，解耦。R11和R17防止电路短路，起到保护电路的作用。

3.3复位电路

MCS-51单片机复位电路是指单片机的初始化操作。单片机起运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现，见图1。

复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经过一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，

3.4晶振电路

晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。AT89C51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为30μF。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定、安全地工作。

4结语

基于单片机的转速测量系统，具有硬件电路简单，程序简单和运算速度快，测速范围广，抗干扰性能好的特点。在设计的信号处理电路中经过滤波，能够进一步减少误差，使测速精度得到提高。

参考文献

[1]马全权，李庆辉，强盛.一种高精度实时电机转速测量新方法.齐齐哈尔大学学报，2002.

[2]孙桂荣，班莹，刘鸣.电机转速测量设计实验.实验室科学，2005.

[3]王雪文.张志勇.传感器原理及应用.北京：航空航天大学出版社，2004.

ResearchandAnalysisonSpeedMeasurementandDisplayofMotor

Yan Dan and Wu Qingguang

(1.JiamusiExplosion-ProofElectricMachineInstitute，Jiamusi154005,China;2.EthleneGlycolFactoryofPetroChinaJilinPetrochemicalCompany，Jilin132021,China)

AbstractBased on principle of restoration change circuit of single chip computer, motor speed is measured by sensor. Because voltage level of generator reflects magnitude of speed, real-time measurement of speed should be ensured except for accurate measurement, and transient speed should be measured. It is proved that speed measurement has a great significance.

Key wordsMotor；single chip computer；sensor；speed

收稿日期：2015-8-25

作者简介：闫丹女1978年生；毕业于哈尔滨师范大学汉语言文学专业，现从事电机技术工作.

中图分类号：TM306

文献标识码：B

文章编号：1008-7281(2016)01-0038-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.01.11