在電氣工程實踐中，經(jīng)常會遇到各種需要測量轉速的場合，在對設備轉速和控制中，常需要分時或連續(xù)測量、顯示其轉速及瞬時速度。為了能精確地測量轉速，還要保證測量的實時性，要求能測得瞬時轉速。本文提出一種基于STC單片機實現(xiàn)對電機轉速測量的方法，利用霍爾傳感器采集脈沖信號，通過定時計數(shù)算法程序，將轉速通過數(shù)碼管實時顯示。

1 測速系統(tǒng)概述

圖1　系統(tǒng)方框圖

本系統(tǒng)由傳感器、處理器和顯示3個部分幾部分組成,方框圖如圖1所示。

此系統(tǒng)由開關型霍爾傳感器A3144E根據(jù)檢測電機的旋轉信號并產(chǎn)生脈動波形，由8位微控制器STC 89S52RC對波形進行處理并計算，最終把電機轉速通過四位共陽極LED顯示。

2 硬件部分設計

2.1 速度檢測電路

測量電機轉速要將電機的轉速表示為單片機可以識別的脈沖信號，從而進行脈沖計數(shù)?；魻柶骷鳛橐环N轉速測量系統(tǒng)的傳感器，具有結構牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便等優(yōu)點，當電機轉動時，帶動傳感器，產(chǎn)生對應頻率的脈沖信號，經(jīng)過信號處理后輸出到計數(shù)器或其他的脈沖計數(shù)裝置，進行轉速的測量。傳感器檢測電路如圖2所示。

圖2 傳感器檢測電路

2.2 微控制器最小系統(tǒng)電路

微控制器最小系統(tǒng)電路如圖3所示，由主控制器STC 89S52RC、時鐘電路和復位電路三部分組成。單片機STC 89S52RC作為核心控制器控制著整個系統(tǒng)的工作，而時鐘電路負責產(chǎn)生單片機工作所必需的時鐘信號，復位電路使得單片機能夠正常、有序、穩(wěn)定地工作。

圖3 微控制器最小系統(tǒng)電路

2.3 數(shù)碼管顯示電路

LED又稱為數(shù)碼管，可以顯示0～9和A～F共16個數(shù)字和字母。這種裝入數(shù)碼管中顯示字形的數(shù)據(jù)稱字形碼，又稱段選碼,本系統(tǒng)采用共陽極動態(tài)掃描方式進行電機轉速的實時顯示，LED動態(tài)顯示電路如圖4所示。

圖4 LED顯示電路

2.4 RS-232串行通信接口電路

通過單片機的串行口可以把單片機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳回電腦處理或者接受電腦傳過來的數(shù)據(jù)而進行相應的控制。微控制器有許多標準的通信方法,但在單片式控制系統(tǒng)中,最常用的是RS232串行接口。串行接口電路如圖5所示。

圖5 串行通信接口電路

3 軟件設計

3.1 主程序設計

本系統(tǒng)采用微控制器STC89S52RC中的T0定時器和T1計數(shù)器配合使用對轉速脈沖定時計數(shù)。計數(shù)器T1工作于計數(shù)狀態(tài)對外部脈沖進行計數(shù)；T0工作為定時器方式每次定時10ms。本設計程序編程的思想就是在給定的10ms之內(nèi)，用單片機自帶的計數(shù)器T1對外部脈沖進行計數(shù)。主程序的流程圖如圖6所示。

圖6 主程序流程圖

主程序部分程序如下：

#include<AT89X51.H>

#define uint unsigned int

sbit CNPN0=P0^0;

sbit CNPN1=P0^1;

sbit CNPN2=P0^2;

sbit CNPN3=P0^3;

uint buf_min=0x1,flag;

void delay(uint x)//x=1000表示4ms

{

while(--x);

}

…………………

void main()

{

uint num[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};

uint i,j,temp;

uint sum=0x0,disnum[4]={0};

TMOD=0x51; //TO工作為定時方式，T1工作為計數(shù)方式

TH0=-10236/256;

TL0=-10236%256;

TH1=0;

TL1=0;

EA=1; //啟動外部中斷0

…………………

3.2 T0定時中斷程序設計

T0定時中斷程序主要是完成10ms的定時任務，并且對變量buf_min進行加一處理，其中在對T0進行賦初值時，選擇為10236而不是10000。T0定時器中斷流程圖如圖7所示。

圖7 T0定時中斷流程圖

T0 定時中斷部分程序：

void time0() interrupt 1 //定時10ms

{

EA=0;

ET0=0;

TR0=0;

TH0=-10236/256;

TL0=-10236%256;

buf_min++;

EA=1;

ET0=1;

TR0=1;

}

4 測速系統(tǒng)在實際生產(chǎn)的應用及效果

本系統(tǒng)在工業(yè)用除塵風機，高低壓水泵電機以及TRT余熱發(fā)電中都得到了應用，系統(tǒng)采集信號后計算顯示的多組數(shù)據(jù)和專用手持測速儀測得的多組數(shù)據(jù)進行對比，誤差不超過千分之一。而且在電磁信號較強的環(huán)境中表現(xiàn)出了很強的抗干擾能力，不管是測速實時顯示還是在閉環(huán)控制中為上級控制系統(tǒng)反饋模擬信號都實現(xiàn)得非常理想。

5 結束語

在本系統(tǒng)中，介紹了一種基于微控制器STC系列單片機的電機測速系統(tǒng)，該測速系統(tǒng)采用集成霍爾傳感器采集電機速度信號，具有頻率響應快、抗干擾能力強等特點?；魻杺鞲衅鞯妮敵鲂盘柦?jīng)信號調(diào)理后，通過單片機對連續(xù)脈沖記數(shù)來實現(xiàn)轉速測控，并且充分利用了單片機的內(nèi)部資源，有很高的性價比。并且在測量范圍內(nèi)轉速越高測量精度越高。所以該系統(tǒng)在一般的工業(yè)領域轉速檢測和閉環(huán)控制中均可應用。

編自《電氣技術》，原文標題為“基于STC系列微控制器的電機數(shù)字測速系統(tǒng)設計”，作者為王瑜、王斌。