接触式转速测量仪的设计

接触式转速测量仪的设计作者：李茂灵【摘要】:在控制领域中,经常需要进行各种角度、位移量的测量。当前，世界上正面临着一场新的技术革命，这场革命的重要基础之一就是测量技术。测量技术的发展给人类社会和国民经济的各个部门及各个领域带来了巨大的、广泛的、深刻的变化，带动着传统工业和其他新兴产业的更新和变革，是当今人类社会发展的强大动力..本设计为码盘转速测量系统，用来测量来自外部的不同的转速值。实现转速的实时测量，显示。具体应用AT80C51单片机为核心，旋转编码器实时轴转速测量，同时以八位串行段码式LCD显示模块显示。旋转编码器输出4.25V，8位二进制自然码送入单片机处理经过计算处理，再查表转换为10进制数，送LCD模块显示。本文从转速测量原理入手，详细阐述了转速测量系统的工作过程，以及硬件电路的设计、显示效果。本文吸收了硬件软件化的思想，实现了题目要求的功能。【关键词】：转速测量，旋转编码器，单片机，LCD显示模块【Abstract】:Inthecontrolfield,avarietyofanglesanddisplacementmeasurementsoftenneedtobecarriedout.Atpresent,theworldisfacinganewtechnologicalrevolution;oneofthemostimportantbasesoftherevolutionismeasurement.Thedevelopmentofmeasurementtechnologybringsextensive，tremendousandprofoundchangestohumansocietyandallsectorsofthenationaleconomy,changesthetraditionalindustriesandotheremergingindustries,becomestoday'sstrongestdrivingforcefordevelopmentofhumansociety.Theencoderspeedmeasurementsystemisdesignedtomeasureadifferentspeedfromtheoutsidevalues，toachievereal-timespeedmeasurementanddisplay.SpecificapplicationuseAT80C51microcontrollerasitscore,rotaryencodermeasuresreal-timeshaftspeed,inboth8serialSegmenttypeLCDdisplaymoduledisplay.Rotaryencoderoutputa4.25V,8-bitbinarynaturalcodeintotheMCUprocessedandcomputed,andthenlook-uptableconvertsto10decimalnumber,senttoLCDdisplaymodule.Inthispaper,detailedworkingprocessofspeedmeasurementsystemisstartedwithprincipleofspeedmeasurement,andhardwarecircuitdesignanddisplay.Thispaperhasabsorbedtheideaofhardwareandsoftwaretoachievewiththesubjectrequiredfunctionality.【Keywords】:rotationalspeedmeasurement,rotaryencoder,microcontroller,LCDdisplaymodule硅湖职业技术学院毕业(论文)设计-1-目录第一章绪论.....................................................21.1国内外转速测量技术简介........................................2第二章原理说明及方案选择.......................................42.1转速测量理论的简要介绍.......................................42.2方案选择.....................................................52.3方案原理.....................................................52.4转速测量参数及电路参数分析...................................62.4.1MCS-51的定时器/计数器简介.................................62.4.2定时器模式选择位..........................................7第三章硬件电路的设计...........................................93.1单片机的选择.................................................93.1.180C51的介绍.........................................-10-3.2旋转编码器的选择.........................................-14-3.2.1PALD6615-256-C05E简介...............................-14-3.2.2PALD6615-256-C05E编码器的应用.......................-15-第四章显示部分............................................-16-4.1LED显示器................................................-16-4.2LCD显示器................................................-16-4.2.1LCD的分类及特点.....................................-17-4.2.1笔段式LCD液晶显示器的驱动...........................-17-4.2.2LCD显示模块LCDM（LiquidCrystalDisplayModule）...-17-4.3LCD显示器的驱动接口......................................-18-结论..............................................................22谢辞..........................................................-22-参考文献......................................................-23-附录一系统电路图............................................-24-附录二程序清单..............................................-25-硅湖职业技术学院毕业(论文)设计-2-第一章绪论1.1国内外转速测量技术简介测量角位移的数字编码器，它具有分辨能力强、测量精度高和工作可靠等优点，是测量轴转角位置的一种最常用的位移传感器。光电轴角编码器通常按照光栅码盘团的编码方式进行分类。目前常用的类型为增量式光电轴角编码器和绝对光电轴角编码器。光栅式光电编码器正向着高分辨力的方向发展。如日本尼康公司生产的2HR32400轴角编码器,每转可输出1296万个脉冲(0.1″),可谓日本的最高分辨力。我国在光电轴角编码器的开发方面上也已经取得了长足的进展,1985年航天部一院计量站研制的精密数显转台,分辨力0.01″;1995年中科院长春光机所和中国计量科学研究院联合研制出的角度基准,分辨力0.001″,精度P+V=0.05″(误差修正后);成都光电所研制的JC21精密测角仪的增量式光电轴角编码器分辨力达到了0.02″,测角精度R≤0.04″。随着科学技术的发展，形形色色的转速测量仪不断出现。它们的结构不同，性能各异。至今没有系统的分类方法，在这里只按测量原理和主要元件性质进行分类说明。按照测量原理主要分为测频法、测周法两种基本的方法，以此提高测量精度。由于电子计数器所特有的±1个数的误差的存在，应根据转速脉冲频率的大小恰当选择测量方法。所谓测频法就是测量转速脉冲频率的方法，它用基准时间信号发生电路的脉冲来控制计数门的开闭，在单位时间内对来自转速传感器的脉冲进行计数。所谓测周法就是测量转速脉冲周期的方法。它用传感器的脉冲来控制计数门的开闭，在转速脉冲周期内对基准时间信号发生电路的脉冲进行计数，然后按f=1/T公式换算成转速脉冲的频率。目前按现有产品的主要构成元件分类，可分为晶体管式、集成电路式和单片机式。晶体管式所采用的元件主要是晶体管，有的晶体管式转速测量仪设有记忆电路，其数码管无闪烁现象，显示效果较好，而且测量速度较高。顾名思义集成电路式转速测量仪，所采用的元件是集成电路元件。集成电路具有重量轻、体积小、功耗小等优点，而且集成电路元件内设有显示电路，使得转速测量仪实现小型化。单片机的出现使这种仪表的设计变得更加灵活。硅湖职业技术学院毕业(论文)设计-3-第二章原理说明及方案选择2.1转速测量理论的简要介绍转速测量的应用系统在工业生产、科技教育、民用电器等各领域的应用极为广泛，往往成为某一产品或控制系统的核心部分，其各种参数在不同的应用中有其侧重，但转速测量系统作为普遍的应用在国民经济发展中，有重要的意义。转速测量的方法有很多，根据工作原理可分为计数式、模拟式、同步式。计数式方法是用某种方式读出一定时间内的总转数;模拟式方法是测出由瞬时转速引起的某种物理量的变化;同步式是用利用已知的频率与旋转体的旋转同步来测量转速[4]。一般的转速测试可用机械式转速表、发电机式转速表以及频闪式转速表，但在有些情况下，其测量精度，瞬时稳定度不能满足更高的要求，因此，在测量方法和传感器的选择上显得尤为重要。常用的传感器种类有光电传感器、电磁式传感器、电容式传感器等，而测量方法上有测量转速周期、转速频率等。如表2-1所示表2-1各种测速方法比较[5]形式测量方法适用范围特点备注计数式机械式通过齿轮转动数字轮中、低速简单、价廉光电式来自被测旋转体上的光线使光电管产生电脉冲中、高速数字式电磁式利用磁电转换器将转速变换成电脉冲中、高速数字式模拟式机械式利用离心力与转速成平方成正比的关系中、低速简单发电机式利用电机电流或交流电压与转速成正比关系高速可远距离指示测速发电机电容式利用电容充、放电与转速成正比的关系中、高速同步式机械式转动带槽的圆盘，观察旋转体的同步关系中速闪光式用已知频率闪光测出旋转体同步的频率中、高速硅湖职业技术学院毕业(论文)设计-4-2.2方案选择就转速测量原理而言，大体可分为二大类，一是用单位时间内测得物体的旋转角度来计算速度，例如在单位时间内，累计转速传感器发出的N个脉冲，即为该单位时间的速度。这种以测量频率来实现测量转速的方法，称测频法。即“M”法;另一类是在给定的角位移距离内，通过测量这一角位移的时间来进行测速的方法，称测周法，即“T”法，如给定的角位移AO，传感器便发出一个电脉冲周期，以晶体震荡频率而产生的标准脉冲来度量这一周期时间，再经换算可得转速。这两种测速方法各有优缺点，“M”法一般用于高速测量，在转速较低时，测量误差较大，而且，检测装置对转速分辨能力也变差;