標(biāo)題: 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) [打印本頁]
作者: meng6 時(shí)間: 2018-12-19 20:33
標(biāo)題: 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在工程實(shí)踐中,經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合, 例如在發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗(yàn)、運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中,常需要分時(shí)或連續(xù)測(cè)量和顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。要測(cè)速，首先要解決是采樣問題。在使用模技術(shù)制作測(cè)速表時(shí)，常用測(cè)速發(fā)電機(jī)的方法，即將測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與待測(cè)軸相連，測(cè)速發(fā)電機(jī)的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速的高低。為了能精確地測(cè)量轉(zhuǎn)速外,還要保證測(cè)量的實(shí)時(shí)性,要求能測(cè)得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速方法。因此轉(zhuǎn)速的測(cè)試具有重要的意義。
這次設(shè)計(jì)內(nèi)容包含知識(shí)全面，對(duì)傳感器測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同的方法及原理設(shè)計(jì)有較多介紹，在測(cè)量系統(tǒng)中能學(xué)到關(guān)于測(cè)量轉(zhuǎn)速的傳感器采樣問題，單片機(jī)部分的內(nèi)容，顯示部分等各個(gè)模塊的通信和聯(lián)調(diào)。全面了解單片機(jī)的具體內(nèi)容。進(jìn)一步鍛煉我們?cè)谛盘?hào)采集，處理，顯示這面的實(shí)際工作能力。
2.轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的原理2.1轉(zhuǎn)速測(cè)量方法
轉(zhuǎn)速是指作圓周運(yùn)動(dòng)的物體在單位時(shí)間內(nèi)所轉(zhuǎn)過的圈數(shù),其大小及變化往往意味著機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的正常與否,因此,轉(zhuǎn)速測(cè)量一直是工業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)重要問題。按照不同的理論方法,先后產(chǎn)生過模擬測(cè)速法(如離心式轉(zhuǎn)速表) 、同步測(cè)速法(如機(jī)械式或閃光式頻閃測(cè)速儀) 以及計(jì)數(shù)測(cè)速法。計(jì)數(shù)測(cè)速法又可分為機(jī)械式定時(shí)計(jì)數(shù)法和電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法。
對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量實(shí)際上是對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的周期脈沖信號(hào)的頻率進(jìn)行測(cè)量。在頻率的工程測(cè)量中,電子式定時(shí)計(jì)數(shù)測(cè)量頻率的方法一般有三種：
①測(cè)頻率法:在一定時(shí)間間隔t 內(nèi),計(jì)數(shù)被測(cè)信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)N ,則被測(cè)信號(hào)的頻率fx 可表示為
f x =Nt(1)
②測(cè)周期法:在被測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi),計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖數(shù)m0 ,則被測(cè)信號(hào)頻率fx = fc/ m0 ,其中, fc 為時(shí)鐘脈沖信號(hào)頻率。
③多周期測(cè)頻法:在被測(cè)信號(hào)m1 個(gè)周期內(nèi), 計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖數(shù)m2 ,從而得到被測(cè)信號(hào)頻率fx ,則fx 可以表示為fx =m1 fcm2, m1 由測(cè)量準(zhǔn)確度確定。
電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法測(cè)量頻率時(shí),其測(cè)量準(zhǔn)確度主要由兩項(xiàng)誤差來決定:一項(xiàng)是時(shí)基誤差;另一項(xiàng)是量化±1誤差。當(dāng)時(shí)基誤差小于量化±1 誤差一個(gè)或兩個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí),這時(shí)測(cè)量準(zhǔn)確度主要由量化±1 誤差來確定。對(duì)于測(cè)頻率法,測(cè)量相對(duì)誤差為：
Er1 =測(cè)量誤差值實(shí)際測(cè)量值×100 % =1N×100 % (2)
由此可見,被測(cè)信號(hào)頻率越高, N 越大, Er1就越小,所以測(cè)頻率法適用于高頻信號(hào)(高轉(zhuǎn)速信號(hào)) 的測(cè)量。對(duì)于測(cè)周期法,測(cè)量相對(duì)誤差為：
Er2 =測(cè)量誤差值實(shí)際測(cè)量值×100 % =1m0×100 % (3)
對(duì)于給定的時(shí)鐘脈沖fc , 當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率越低時(shí),m0 越大, Er2就越小,所以測(cè)周期法適用于低頻信號(hào)(低轉(zhuǎn)速信號(hào)) 的測(cè)量。對(duì)于多周期測(cè)頻法,測(cè)量相對(duì)誤差為：
Er3 =測(cè)量誤差值實(shí)際測(cè)量值100%=1m2×100 % (4)
從上式可知,被測(cè)脈沖信號(hào)周期數(shù)m1 越大, m2 就越大,則測(cè)量精度就越高。它適用于高、低頻信號(hào)(高、低轉(zhuǎn)速信號(hào)) 的測(cè)量。但隨著精度和頻率的提高, 采樣周期將大大延長(zhǎng),并且判斷m1 也要延長(zhǎng)采樣周期,不適合實(shí)時(shí)測(cè)量。
根據(jù)以上的討論,考慮到實(shí)際應(yīng)用中需要測(cè)量的轉(zhuǎn)速范圍很寬,上述的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法難以滿足要求,因此,研究高精度的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法,以同時(shí)適用于高、低轉(zhuǎn)速信號(hào)的測(cè)量,不僅具有重要的理論意義,也是實(shí)際生產(chǎn)中的需要。
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基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)[1].doc
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