摘 要

在现在工业自动化高度发展的时期，几乎所有的工业设备都离不开旋转设备，形形色色的电机在不同领域发挥着很重要的作用。不同场合对电机控制要求是不同的，但大部分都会涉及到旋转设备的转速测量，从而利用转速来实施对旋转设备的控制。很多工程实践中也经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、机床主轴等旋转设备的实验运转和控制中，常需要分时或连续测量，显示其转速及瞬间速度。为满足工业生产中对电机、中小型马达、机床转轴等旋转设备的转速系统控制和转速采集上的需求，本文设计了一种成本低、功耗低、可靠性高的直流电机测速系统，AT89C51是ATMEL公司的一种高效Flash单片机，它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，所以整个系统以AT80C51单片机为核心，利用霍尔元件测速法测其转速。利用proteus再配合Keil联合仿真，模拟实现直流电机对于速度的测定和做到可以调节直流电机的正转、反转、加速、减速等控制。此系统具有操作简单、使用方便、精度高等优点，有一定的实用价值。
关键词：直流电机；转速测量；单片机

2系统设计

2.1 系统分析

系统主要构成包括：电源系统、输入系统、核心芯片、输出系统。
（1）电源系统：把标准的220V电源转化成稳定的直流+5V电源的任务，包含变压、整流、滤波和稳压四部分。
（2）输入系统：由键盘，霍尔传感器构成。键盘获取按键信息，单片机接收信息并进行运算。
（3）核心芯片：采用AT89C51，主要负责接收来自于键盘和霍尔传感器的信号，处理运算后通过引脚来控制其它芯片，从而达到驱动直流电机的目的，同时单片机将处理完成的信息传输出去。
（4）输出系统：由L298及其控制的直流电机和LCD显示器组成。L298负责接收单片机的信号从而实现直流电机启动、停止、加速、减速、正转、反转的功能；LCD则通过接收单片机输出的信号来显示直流电机转速。

2.2 主要元件
2.2.1 AT89C51芯片

                        图2-1

3电路设计

3.1 宏观架构
整个直流电机测速系统原理方框图如图 2-1 所示，本系统由五部分组成，单片机是系统的核心，外围电路有转速测定电路、 显示电路、电机驱动电路、键盘电路。如图3-1：

图3-1 结构框图
3.2 电机驱动
电机驱动部分由单片机通过 P1.0 口输出 PWM 脉冲， 驱动专用芯片 L298， 实现直流电机正转、 反转、 加速、 减速这些功能。在电动机驱动信号方面， 我们采用了占空比可调的周期矩形信号控制。 脉冲频率对电动机转速有影响， 脉冲频率高， 连续性好。 电机 PWM 驱动模块的电路设计与实现具体电路见图 3-2。

                        图3-2 电机驱动原理图

3.3 键盘控制
键盘模块把输入信号输入到单片机的 P1， P3 口， 经单片机处理从而实现对直流电机的正转、 反转、 加速、 减速的控制。如图3-3、3-4：

    图3-3 键盘输入                 

图3-4 键盘接单片机连线图
3.4 传感器
霍尔传感器通过对齿轮齿的计数， 3010T 把计数的内容传给单片机的 T0 脚，用定时器 T1 每 50ms 产生一个中断来达到计算直流电机速度的目的。其位置如图3-5所示：

               图3-5 传感器与单片机接线图

4 电路系统仿真

4.1 主程序
主程序流程图展现了整个系统工作的过程以及先后次序， 相关联系。 开始程序初始化
后， 单片机接收键盘的信号驱动直流电机。 霍尔传感器测速后， 经单片机处理后由液晶显
示器显示转速的数值和旋转的方向。如图4-1所示：

   ![在这里插入图片描述](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/c2093c2cff8a441bb2621c892091ef48.png)图4-1 主程序流程图

4.2 直流电机测速系统
4.2.1 其直流电机测速系统仿真电路图4-2：

                     图4-2  测速系统仿真电路图

4.2.2 正转
原理： 当引脚 IN1 为高电平， IN2 位低电平， ENA 为高电平时， 流经电机的电流为顺时针， 所以直流电机正转。其仿真接线图和结果如图4-3、4-4 所示：

                 图4-3  电机正转电路

                 图4-4 正转仿真结果

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