我要投搞

标签云

收藏小站

爱尚经典语录、名言、句子、散文、日志、唯美图片

当前位置:2019跑狗图高清彩图 > 置位脉冲 >

AVR单片机在电机转速测量中两种方法

归档日期:07-20       文本归类:置位脉冲      文章编辑:爱尚语录

  AVR单片机在电机转速测量中两种方法_信息与通信_工程科技_专业资料。《工业控制计算机》2008 年 21 卷第 1 期 73 AVR 单片机在电机转速测量中两种方法 Two Me thod s of Me a s uring Rota tion Sp e e d

  《工业控制计算机》2008 年 21 卷第 1 期 73 AVR 单片机在电机转速测量中两种方法 Two Me thod s of Me a s uring Rota tion Sp e e d of Ele c tric ity Eng ine Us ing AVR 张文斌 1 李 斌 2 李幸丹 1 ( 1 军事交通学院装运机械系, 天津 300161; 2 海军蚌埠士官学校军港机械教研室, 安徽 蚌埠 230012) 摘要 为实现电机转速的精确测量, 设计了转速检测电路并分析了各部分的功用。运用 AVR 单片机外部输入计数和输入捕 捉两种功能, 重点阐述测速原理和 C 语言编程。程序使用了容错处理和中断程序, 提高了转速测量的精度和实时性。 关键词: AVR 单片机, C 语言, 转速测量 Abs tra ct In ord e r to g e t hig h me a s uring a c c ura c y of rota tion p e e d ,d e te c ting c irc it is d e s ig ne d a nd e a c h p a rt ' s us a g e is a na - lyze d in this p a p e r.Two fuc ntions of AVR s ing le c hip mic roc omp ute r,tha t is oute r inp ort c ounte r a nd inp ut c a p ture ,e s p e c ia lly e xoa tia te on the ir s p e e d me a s uring the ory a nd C la ng ua g e p rog ra mme .As the p rog ra m is d e a le d with e rror_tole re nc e p ro- c e s s a nd inte rrup t p rog ra mme ,the me a s uring a c c ura c y a nd re a l- time c ha ra c te r a re e nha nc e d . Ke ywords :AVR s ing le c hip mic roc omp ute r,C la ng ua g e ,rota ion s p e e d me a s uring 数据采集是工业测控的一个重要方面, 数据采集系统的优 劣直接影响系统测控结果的好坏。在转速的测量中影响测量精 度的主要原因有两个: 一是采样频率, 采样频率越高采出的数据 就越准确, 而且不会出现误采数据的现象; 二是采样点的多少, 采样点越多速度测量结果越精确, 尤其是对低速测量。在本系统 中本文使用了 8 位 RISC ( 精 简 指 令 集 ) AVR 单 片 机 的 高 端 产 品 Atme g a 128, 使用外部 16M( 兆) 晶振, 实现采样的高速化。采样 点选取 5 个, 对于电机转速的测量能达到足够高的精度。对 Atme g a 128 单 片 机 编 程 使 用 了 C 语 言 , 编 译 软 件 为 Ima g e - Cra ft C, 调试用 AVRStud io。 1 转速检测电路 转速检测流程如图 1 所示, 分为转速传感器信号转换、调压 电 路 、脉 冲 整 形 电 路 和 单 片 机 对 输 入 脉 冲 的 检 测 四 个 部 分 。 单片机对输入脉冲的检测对应本文将介绍的两种电机的测 速方法。一是通过 AVR 单片机 T /C2( 8 位定时计数器 2) 的外部 输入引脚来检测; 一种是通过 T /C3( 16 位定时计数器 3) 的 IC3 引脚的输入捕捉功能来检测。 2 转速检测软件编程 2.1 外部输入测速的软件编程 外 部 输 入 测 速 原 理 如 图 2 所 示 。 测 速 采 用 了 两 极 中 断 , T2 溢出中断程序用于记录外部脉冲, T0 溢出中断程 序 用 于 对 脉 冲 进行时间度量。 图 1 转速测量流程框图 为实现转速传感器信号尽可能的无失真转换, 可选用北京 波谱世纪科技发展有限公司的 S16( 外径 16mm) 优质磁电式齿 轮转速传感器, 它由 12V 供电, 分辨率高, 频响宽, 可靠性高且 内装放大整形电路的, 可将电机齿轮的转动频率( 或速度) 转化 成方波脉冲电信号。 调压电路功用是得到满足单片机端口所能承载的电平, 为 此选用精密的工业级电阻 R1、R2 组成调压电路, 将峰值 12V 的 电脉冲调节为峰值 5V 的电脉冲。 脉冲整形电路为施密特触发电路( s c hmid t trig g e r c irc uit) 74LS14, 它是双稳态多谐振荡器的一种。 它 将 调 压 电 路 输 出 的 非脉冲型号变换为适于数字电路工作的脉冲, 以及将波形畸变 了的脉冲整形, 同时经过两次电平翻转获得更高品质的方波。 图 2 外部输入测速测量原理图 启动测速后, 首先设置标志和初值。将 E_Fla g 、T0_OVER 初 值 设 置 为 0, TCNT2 初 始 值 为 0XFA, 表 示 需 要 考 察 6 个 脉 冲后就溢出中断了, 设置 TCCR2 为 0x07, 这样的设置标时计数 方 式 外 部 脉 冲 上 升 沿 , 且 T2 外 部 计 数 已 使 能 ; 程 序 接 着 进 行 了 容 错 处 理 , 当 TCNT2 等 于 0XFA 时 , 表 示 第 一 个 脉 冲 还 没 有 过 去, 程序等待, 这样跳出等待也就是第二个脉冲到来之时, 程序 将对以下 5 个脉冲计 数 ( T2) 计 时 ( T0) 。 对 于 这 5 个 脉 冲 , 首 先 将 TCNT0 清零, 让 后 同 时 启 动 T0 计 数 和 使 能 T0 溢 出 中 断 与 T2 溢出中断。这样 T2 外部输入端口 检 查 外 部 5 个 脉 冲 , T0 作 为基准时钟不停地计数溢出, 测到外部 5 个脉冲后, T2 外 部 计 数 溢 出 中 断 , 在 T2 的 中 断 服 务 程 序 中 , 将 转 速 计 算 出 来 , 停 止 T0、T2, 并关闭 T0、T2 溢出中断使能。测 速 完 成 后 将 测 速 标 志 E_Fla g 置 1, 这样便完成了转速测量。转速计算 : 5 个 脉 冲 的 时 间 : 1 /( n /60) /Z= ( T0_OVER* 256+TCNT0) /( 16* 106) , 算 得 n = ( 4.8 * 109) /Z /( T0_OVER* 256 +TCNT0) , 其 中 , n: 电 机 转 74 AVR 单片机在电机转速测量中两种方法 速, Z: 电机齿数。 其 中 , E_Fla g 用 于 标 志 一 次 测 速 地 开 始 和 结 束 , 0 测 速 开 始, 1 测速结束; T0_OVER 用于累计内部计数 器 T0 溢 出 中 断 的 次 数 , 加 一 次 表 示 ( 256 /16) μs ; TCNT2 为 T2 定 时 计 数 寄 存 器 ; TCCR2 为 T2 控 制 寄 存 器 ; TCNT0 为 T0 定 时 计 数 寄 存 器 ; TC- CR0 为 T0 控制寄存器; TIMSK 为定时计数器中断使能寄存器。 2.2 输入捕捉功能测速的软件编程 输入捕捉功能测速原理如图 3。测速采用了输入捕捉中断, IC3 溢出中断程序用于记录外部脉冲, TO 溢出中 断 程 序 用 于 对 脉冲进行时间度量。 入捕捉寄存器 ICR3 的 数 值 , 此 后 来 一 个 脉 冲 记 录 一 次 , 由 上 面 的 计 算 , 记 录 5 个 脉 冲 后 , 即 当 Gi=6 时 , 保 存 当 前 输 入 捕 捉 寄 存器 ICR3 的数值为 tGe ,计算得 5 个脉冲, 内部计数 G_Cyc le = tGe - tGb , 从 而 得 到 电 机 转 速 Ge ne ra tor_Sp e e d =6000000 / G_Cyc le 。 完 成 一 次 电 机 转 速 测 量 , 并 软 件 清 除 ETIMSK 的 TICIE3 位。 其 中 , Gi 为 累 计 外 部 脉 冲 数 , 第 1 个 忽 略 , 算 后 5 个 ; TC- NT3H 为 T3 定 时 计 数 器 高 8 位 ; TCNT3L: T3 定 时 计 数 器 低 8 位 ; ICR3H 为 T3 输 入 捕 捉 寄 存 器 高 8 位 ; ICR3L 为 T3 输 入 捕 捉 寄 存 器 低 8 位 ; TCCR3B: T3 控 制 寄 存 器 ; ETIMSK 为 定 时 计 数器中断使能扩展寄存器。 3 结束语 本文选用的两种电机转速检测方案, 硬件电路简单, 同时利 用 AVR 单片机 C 语言编程, 简单易懂, 能够有效的测量电 机 转 速。由于本系统只有 5 个采样点, 系统能够实现很高精度的测量。 图 3 输入捕捉功能测速原理 初始化时设置 TCCR3B 为 0X42, 输 入 捕 捉 触 发 沿 选 择 为 上升沿, 8 分频; 启动测速后, 首 先 把 测 速 标 志 G_Fla g 、将 16 位 定计数时寄存器 TCNT3 和输入捕捉寄存器 IC3 初始 值 为 0, 置 位 TIMSK 的 TICIE3 位来使能 T3 的输入捕捉中断。IC3 引脚捕 捉外部输入的脉冲, 有一个就进入输入捕捉中断函数, 且用 Gi 记 录 进 入 中 断 的 次 数 , 第 一 个 脉 冲 ( Gi=0) 可 能 不 完 整 , 所 以 略 去不记。在第二个脉冲( Gi=1) 时, 用临时参 量 tGb 保 存 当 前 输 参考文献 [1] 魏刚, 黄志辉, 欧阳光.用 C 语言编制精确定时软件实现转速测量 [ J ] .电子技术, 2001( 10) [ 2] 藤井信 生.电 子 实 用 手 册 [ M] .恭 培 鼎 , 崔 东 印 , 译.2 版.北 京 : 科 学 出 版社, 2007 [ 3] ATMEL.ATMEL 数据光盘, 1999 [ 4] 8 - b it Mic roc ontrolle r with 128K Byte s In - Sys te m Prob - g ra mma b le Fla s h(Atme l) [ 收稿日期: 2007.6.11] !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ( 上接第 72 页) 1) 信号转换电路: 本文所采 用 的 传 感 器 为 KEYENCE( 基 恩 士) 公司生产的 LV- S61 反射型激光传感器, 它具有自动灵敏度 跟踪功能, 最大的测量距离可达到 20mm, 在测量时, 可在被测 风扇表面贴上一标签, 使其与周围的反光率不一样, 从而可以把 风扇的转速转变为脉冲信号。 2) 信号整形电路: 采用 74LS04 反向器进行信号整形, 因 74- LS04 具 有 一 个 比 较 稳 定 的 阈 值 电 压 ( 0.5VDD) , 故 利 用 其 做 整 形电路, 不需要接其他元件, 提高信号的抗干扰能力。 3) 拨码开关: 在某些在线测量中, 有时不容易把标签贴到风 扇上, 如 PC 机的电源风扇, 这时可把激光传感器上的测量光束 对准风扇的叶片上, 因叶片和叶片后面背景的反光率不同, 即旋 2) 为 了 尽 可 能 的 使 计 数 器 T0 和 定 时器 T1 同时打开、同时关闭, 本文把 T 的 打 开 和 关 闭 放 在 T0 的 中 断 程 序 里 进 行 。 当 第 一 次 进 入 T0 中 断 时 把 T 打 开 , 最后一次进入 T1 中断时把 T 关闭。 5 结束语 通过使用本文所述测量方法及相应 电路所设计出来的风扇转速测试仪, 实 验 结 果 表 明 , 该 仪 器 在 1 ~50000r /min 范围内绝对误差小于 4 转, 即相对误差 小于 0.008%。实际应用也表明, 此型风 扇转速测试仪具有大量程 、精 度 高 、结 构 转每经过一个叶片时传感器产生一个脉冲。但是不同型号的风 扇的叶片数不一样, 故通过拨码开关可对风扇的叶片数作 1~16 的选择。 4) 计数显示电路: 电路由单片机 89C51, 液晶显示器 HD1602 及上拉排阻组成。 4 软件设计 相同的硬件系统, 软件的好坏对其精度的影响极大。本文程 序用高级语言 C 进行编程, 这对数字量运算较大的编程和调试 简 单 、性 能 稳 定 、抗 干 扰 能 力 强 、便 于 携 带、用途广 , 可实现在线 测 量 等 优 点 。 由 于信号通过反射式激光传感器进行采 集, 传感器部分完全与被测风扇分开, 所 以在生产过程中, 它不仅仅限于对风扇 转速的测量, 而且不需加任何改进即可 对旋转体的转速进行测量。 图 3 软件流程图 很方便。从图 1 可以看出, 用 M /T 法测量时, 要确保计数器 T 和 定时器 T 同时打开、同时关闭, 才能保证测量的精度。软件流程 如图 3 所示。 1) 开 始 初 始 化 时 , 分 别 把 T0、T1 设 为 计 数 方 式 1 和 定 时 方 式 1, 打 开 T0、T1 及 总 中 断 , 赋 予 T0 的 初 值 为 0xFFFF, 这 样 只 要 来一个脉冲 T0 就进 入 中 断 ; T1 的 初 值 为 65536~0xB400, 在 晶 振为 11.0592M 时, 刚好可精确定时 50ms 。 参考文献 [ 1] 何立民.单片机应用系统设计 [ M] .北 京 : 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 , 1993 [ 2] 马忠梅, 等.单片机的 C 语言应用程序设计[ M] .北京: 北京航空航天 大学出版社, 2003 [ 3] 张 大 明 , 等 . 单 片 微 机 控 制 应 用 技 术 [ M] . 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 , 2006 [ 收稿日期: 2007.9.13]

本文链接:http://80musica.com/zhiweimaichong/204.html