论文总字数：21246字

目 录

1、绪论 1

1.1课题的背景 1

1.2研究的应用意义 1

1.3设计的要求 2

2、研究方案设计 2

2.1设计的总体方案 2

2.2系统各模块的方案设计 3

2.2.1测速传感器的选择 3

2.2.2显示模块的选择 3

2.2.3转速测量方案的选择 4

2.3方案设计的确定 5

3、硬件系统设计 5

3.1硬件总体设计 5

3.2霍尔传感器模块 7

3.2.1霍尔传感器的选择与介绍 7

3.2.2霍尔传感器测速原理 7

3.2.3霍尔传感器模块的电路连接 8

3.3单片机模块 9

3.3.1单片机模块的电路连接 9

3.3.2单片机最小系统 10

3.4 LCD显示模块 13

3.4.1 LCD的选择与简介 13

3.4.2 LCD显示模块的电路连接 13

3.5声光报警模块 14

3.5.1 元器件的选择与简介 14

3.5.2 声光报警模块的电路连接 14

3.6按键模块 15

3.7电机控制模块 15

3.8电源供电模块 16

4、软件系统设计 16

4.1使用软件介绍 16

4.2软件总体设计 17

4.3软件各部分设计 18

4.3.1测速部分设计 18

4.3.2按键部分设计 19

4.3.3显示部分设计 19

5、设计成果 20

5.1测量结果分析 20

5.2设计实物展示 21

6、总结 22

参考文献 23

致谢 25

电机转速测量仪设计

王梦然 20121340006

，China

Abstract: As the science and technology are developing rapidly, more and more occasions in modern engineering practice need to carry out the rotational speed measurement. The requirement of the accuracy grows along with this rapid development. In this paper, after doing a lot of research on the design of the rotational speed measurement, we decided to build a speed-measuring device based on the use of micro-controller and hall sensor. This device is expected to detect the rotational speed and print the figure to the LCD screen. The range of the speed can be set by two buttons, in which case the lower limit is of 44% of the higher limit. When the speed is out of range, the buzzer and the diode will give out the alarm signal to inform the users. This paper will begin with a brief introduction on the background of the design followed by the design’s application value. The paper will then lead you to the detailed design of this device including the analysis of both the hardware and software parts. Last but not the least, the paper shall show the prototype and the results of the experiment.

Keywords: Rotational speed measurement; Micro-controller; Hall sensor

1、绪论

1.1课题的背景

科学技术是第一生产力，在当前的社会大背景下，伴随着科学技术的飞速发展，电机的价值被越来越多的发掘出来，并且广泛的应用在与我们生活息息相关的生产实践中的各个环节。在各大工厂中，各种工作机械、起重机、水泵中电机都是其核心；在日常生活中，离开了电机我们就没办法使用空调和电扇，我们的电脑也因为缺乏散热而无法工作。不同种类和性能的电机就像地基一样，支撑起我们日常的生活。随着工业企业的电气化和自动化的程度不断提高，设备的精密度不断加强，人们对电机的要求也在不断地提高，转速作为电机的一个重要参数，在这过程中往往需要被精确测量，大到大型发电机的转子，小到车床的转轴，都需要分时或者连续测量，以让操作人员可以准确知道设备的运行状况，这就需要一些特殊的测速元器件来帮助测量。

随着集成电路的不断演进，虽然芯片的外观变小了，但是功能变得越来越全，内部复杂程度也越来越高。微型计算机的普及也给现代工业的设计提供了新的思路，涌现出了类似于单片机这样具有广泛前景的元器件。时至今日单片机仍然以其在测量转速方面的高可靠性、高性价比、高可操作性和低廉的价格在工业装备中发挥着重要作用。现在的它不仅被广泛应用在工业控制系统、智能化仪器仪表、数据采集和信号处理系统中，数字化测量转速系统也因为单片机而如虎添翼。

本文之所以选择单片机作为此次毕业设计的对象，正是出于降低使用成本、提高测量精度等方面的考虑，而且以单片机为控制核心的电路体积小、元器件少、功能强、可靠性高，程序可塑性高等特点，往往只需要改变一部分程序，就可以增加设计的功能，提高设计的性能，十分方便^【1】。从而大大降低了设计的硬件成本，设计更加灵活多样，这无疑是很好的设计选择，通过此次设计的研究能够进一步了解单片机的原理以及极高的应用价值。

1.2研究的应用意义

转速是电机的一个重要参数，在工程中的应用也非常广泛。目前有多种方法测量转速，然而模拟量采集和处理的方法在测量范围和测量精度上，已不能满足大多数系统的使用。集成电路的小体积化和元器件的高密度化使得现在的芯片越做越小，但是功能却越来越全，因此微型计算机逐渐普及。利用单片机对信号的强大处理能力，可以将电机转速测数字化分析处理，使得测量范围和测量精度方面大大提高^【2】。

为了能使实验的数据具有更高的精确性、实时性和可比性，本设计要求实验所做的模型能够测得电机的瞬时转速。正如前文所说，单片机无论是在可靠性、传输速度、功耗还是应用、控制、程序编译上都让其成为本次设计的首选。

本设计的主要原件是STC89C51单片机，其主要作用是接收，分析并处理霍尔传感器检测到的磁性号，将其转化成数字信号，最后将电机转速在液晶显示屏上显示出来，为了检测试验的可靠，本设计模型将在转速到达设定的上限值时或低于下限值时发出警报。

本文设计的电机转速测量仪，在工业和生活中都有较高的应用价值。在工业生产中，有许多需要利用电机转速测量仪来检测电机转速的场合，例如数控车床的电机转速检测、发电厂的发电机转速监测等工业实践，还有生活中车辆的里程表、车速表等，都可以应用到本设计。此外，本设计还可以在自动控制系统中作为检电机测速度的元件和工业控制系统进行连接，实行远程监测和控制。因为本设计元器件简单，对环境要求比较宽泛，在很多电机经常工作的野外或露天等环境条件比较差的场合，也可以较为精确的测量出转速，而且本设计的元器件价格适中，组成的模型易于拼装，体积小巧，方便携带所以具有一定的实用前景和研究意义。

1.3设计的要求

本设计希望能够设计一个以单片机为核心、工作稳定的电机转速测量系统，能够实现在电机工作时实时的测量出电机的转速。为了达到上述目的，本设计除了硬件设计以外还包括了与硬件相配套的软件设计。

本设计希望达到以下功能：

1．可将转速测量结果在液晶显示屏幕上实时显示。

2．可通过滑动变阻器调节电机的转速快慢。

3．可通过按键设置电机转速的上限，同时下限值是上限的44%，此下限值可以通过程序来修改。

4．限定电机转速的范围，当转速达到或超过设置的上下临界值时，蜂鸣器报警，发光二极管常亮。

2、研究方案设计

2.1设计的总体方案

单片机作为本次设计的核心元器件，首要任务就是要将电机的转速表示为单片机可以识别的信号，然后单片机通过对信号的处理进行计数^【3】，进而通过计算，测出电机的转速并通过液晶显示屏显示出来。

针对上述任务主流的测量方法分为模拟式测量和数字式测量。模拟式测量主要是将测到的电压量作为原始信号，但是这种方法的测量精度存在较大的偏差；数字式测量则通常采用一些传感器例如光电传感器和霍尔传感器等作为检测元件，得到的是脉冲信号，误差较小，可以提高测量精度。因此本设计采用数字式测量的方法测量电机转速。

本设计利用单片机为控制核心，包括电机、传感器、显示部分等部分构成，主要的设计思路是，利用传感器得到被检测电机转速的脉冲信号，通过单片机处理后，将转数数字经显示模块显示出来。

同时，可以设置转速的上限和下限，如果转速超过了此上限和下限的范围，要求通过声光报警模块进行报警。

图1所示为系统的总体结构图。

图1 系统总体结构图

2.2系统各模块的方案设计

2.2.1测速传感器的选择

方案一： 霍尔传感器

霍尔传感器的核心是霍尔元件，该元件的原理就是霍尔效应，它主要是把被测量的磁信号转换成电信号。一般使用霍尔传感器测量电机转速都要和磁钢配套使用，首先将磁钢固定在被测物体上，让磁钢随被检测物体运动，然后将霍尔传感器固定在适当位置，利用霍尔传感器去检测磁钢运动所产生的磁场。当磁钢通过霍尔传感器时会产生一个低电平信号，单片机可以通过中断来进行计数，从而计算出电机的转速。

方案二： 光电传感器

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