摘 要

在現在工業自動化高度發展的時期，幾乎所有的工業設備都離不開旋轉設備，形形色色的電機在不同領域發揮著很重要的作用。不同場合對電機控制要求是不同的，但大部分都會涉及到旋轉設備的轉速測量，從而利用轉速來實施對旋轉設備的控制。很多工程實踐中也經常會遇到各種需要測量轉速的場合，例如在發動機、電動機、機床主軸等旋轉設備的實驗運轉和控制中，常需要分時或連續測量，顯示其轉速及瞬間速度。為滿足工業生產中對電機、中小型馬達、機床轉軸等旋轉設備的轉速系統控制和轉速采集上的需求，本文設計了一種成本低、功耗低、可靠性高的直流電機測速系統，AT89C51是ATMEL公司的一種高效Flash單片機，它為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案，所以整個系統以AT80C51單片機為核心，利用霍爾元件測速法測其轉速。利用proteus再配合Keil聯合仿真，模擬實現直流電機對于速度的測定和做到可以調節直流電機的正轉、反轉、加速、減速等控制。此系統具有操作簡單、使用方便、精度高等優點，有一定的實用價值。
關鍵詞：直流電機；轉速測量；單片機

2系統設計

2.1 系統分析

系統主要構成包括：電源系統、輸入系統、核心芯片、輸出系統。
（1）電源系統：把標準的220V電源轉化成穩定的直流+5V電源的任務，包含變壓、整流、濾波和穩壓四部分。
（2）輸入系統：由鍵盤，霍爾傳感器構成。鍵盤獲取按鍵信息，單片機接收信息并進行運算。
（3）核心芯片：采用AT89C51，主要負責接收來自于鍵盤和霍爾傳感器的信號，處理運算后通過引腳來控制其它芯片，從而達到驅動直流電機的目的，同時單片機將處理完成的信息傳輸出去。
（4）輸出系統：由L298及其控制的直流電機和LCD顯示器組成。L298負責接收單片機的信號從而實現直流電機啟動、停止、加速、減速、正轉、反轉的功能；LCD則通過接收單片機輸出的信號來顯示直流電機轉速。

2.2 主要元件
2.2.1 AT89C51芯片

                        圖2-1

3電路設計

3.1 宏觀架構
整個直流電機測速系統原理方框圖如圖 2-1 所示，本系統由五部分組成，單片機是系統的核心，外圍電路有轉速測定電路、 顯示電路、電機驅動電路、鍵盤電路。如圖3-1：

圖3-1 結構框圖
3.2 電機驅動
電機驅動部分由單片機通過 P1.0 口輸出 PWM 脈沖， 驅動專用芯片 L298， 實現直流電機正轉、 反轉、 加速、 減速這些功能。在電動機驅動信號方面， 我們采用了占空比可調的周期矩形信號控制。 脈沖頻率對電動機轉速有影響， 脈沖頻率高， 連續性好。 電機 PWM 驅動模塊的電路設計與實現具體電路見圖 3-2。

                        圖3-2 電機驅動原理圖

3.3 鍵盤控制
鍵盤模塊把輸入信號輸入到單片機的 P1， P3 口， 經單片機處理從而實現對直流電機的正轉、 反轉、 加速、 減速的控制。如圖3-3、3-4：

    圖3-3 鍵盤輸入                 

圖3-4 鍵盤接單片機連線圖
3.4 傳感器
霍爾傳感器通過對齒輪齒的計數， 3010T 把計數的內容傳給單片機的 T0 腳，用定時器 T1 每 50ms 產生一個中斷來達到計算直流電機速度的目的。其位置如圖3-5所示：

               圖3-5 傳感器與單片機接線圖

4 電路系統仿真

4.1 主程序
主程序流程圖展現了整個系統工作的過程以及先后次序， 相關聯系。 開始程序初始化
后， 單片機接收鍵盤的信號驅動直流電機。 霍爾傳感器測速后， 經單片機處理后由液晶顯
示器顯示轉速的數值和旋轉的方向。如圖4-1所示：

   ![在這里插入圖片描述](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/c2093c2cff8a441bb2621c892091ef48.png)圖4-1 主程序流程圖

4.2 直流電機測速系統
4.2.1 其直流電機測速系統仿真電路圖4-2：

                     圖4-2  測速系統仿真電路圖

4.2.2 正轉
原理： 當引腳 IN1 為高電平， IN2 位低電平， ENA 為高電平時， 流經電機的電流為順時針， 所以直流電機正轉。其仿真接線圖和結果如圖4-3、4-4 所示：

                 圖4-3  電機正轉電路

                 圖4-4 正轉仿真結果

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