非接觸式電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

中 北 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告學(xué) 生 姓 名：王沖學(xué) 號(hào)：學(xué) 院、系：信息與通信工程學(xué)院 電氣工程系專(zhuān) 業(yè)：自動(dòng)化設(shè) 計(jì) 題 目：非接觸式電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師:賈建芳 年 月 日畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告文 獻(xiàn) 綜 述一、 研究背景及意義（1）背景在某些工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域、某些裝備應(yīng)用上, 經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合. 由于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不斷朝著數(shù)字化智能化方向發(fā)展，因此轉(zhuǎn)速的控制成為在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而如何測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的高精度控制成為電機(jī)應(yīng)用的一個(gè)突出問(wèn)題之一。傳統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法是采用直流測(cè)速機(jī), 其原理是由被測(cè)電機(jī)拖動(dòng)測(cè)速發(fā)電機(jī), 再對(duì)測(cè)速發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓進(jìn)行測(cè)量, 在將電壓換算成轉(zhuǎn)速. 采用測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速主要缺點(diǎn)如下: 首先, 測(cè)速發(fā)電機(jī)作為被測(cè)電機(jī)的負(fù)載, 必然對(duì)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生影響, 在一定情況下影響測(cè)量精度; 其次, 測(cè)速發(fā)電機(jī)電壓作為模擬量, 無(wú)法直接與數(shù)字控制系統(tǒng)連接, 必須經(jīng)過(guò)A/ D 轉(zhuǎn)換, 增加系統(tǒng)控制的復(fù)雜程度; 最后, 由于制造工藝的限制, 測(cè)速發(fā)電機(jī)的性能很難有大的提高, 在某些場(chǎng)合測(cè)速發(fā)電機(jī)甚至影響整個(gè)系統(tǒng)的性能.目前常用的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法有測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速法和光電碼盤(pán)測(cè)速法等。他們各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)是應(yīng)用范圍較廣的測(cè)速元件，它的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度、高線(xiàn)性誤差小，但由于它具有電刷和換向接觸裝置，因而可靠性較差，應(yīng)用范圍有限;普通光電編碼器雖然精度較高，但體積大，成本高1-516。 近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透，在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入。針對(duì)這種情況, 本文設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng),，相對(duì)于直流測(cè)速機(jī)更具有測(cè)量精度高、體積小、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)技術(shù)在自動(dòng)控制領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用，如汽車(chē)、航空、電話(huà)、傳真、視頻等。很多行業(yè)涉及到自動(dòng)控制的情況下涉及到單片機(jī)技術(shù)。電子產(chǎn)品的人性化和智能化已經(jīng)非常成熟，單片機(jī)就是一個(gè)微型中央處理器，通過(guò)編程即能完成很多智能化的工作 ，因此它的出現(xiàn)給電子技術(shù)智能化和微型化起到了很大的推動(dòng)作用。隨著人們生活水平的提高，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們開(kāi)始注重身體素質(zhì)的提高。臂如在火車(chē)、汽車(chē)、工廠(chǎng)許多地方都用到電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，當(dāng)然也要精確的知道它的轉(zhuǎn)速，本設(shè)計(jì)就是測(cè)試電機(jī)的轉(zhuǎn)速6-8。（2）意義本設(shè)計(jì)意義在于鞏固和加深在電機(jī)與拖動(dòng)和單片機(jī)原理及接口技術(shù)中所學(xué)到的基本理論知識(shí)和基本技能，本次設(shè)計(jì)在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)完成一個(gè)涉及單片機(jī)的資源應(yīng)用并具有綜合功能的小系統(tǒng)目標(biāo)板的設(shè)計(jì)與編程應(yīng)用，使理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)?；菊莆粘Ｓ秒娮与娐返囊话阍O(shè)計(jì)方法，提高和培養(yǎng)在電子電路方面的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，而且能夠?qū)﹄娮与娐?、電子元器件等方面的知識(shí)進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)，同時(shí)在軟件編程、排版調(diào)試、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高，學(xué)會(huì)運(yùn)用理論來(lái)分析和解決實(shí)際問(wèn)題，提高實(shí)際工作的能力,為今后能夠獨(dú)立進(jìn)行某些單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作打下一定的基礎(chǔ)9 10。電機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)是工業(yè)和農(nóng)業(yè)以及日常生活中不可缺少的一個(gè)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速檢測(cè)的快速性和精度將直接影響系統(tǒng)的效果和動(dòng)靜態(tài)性能，如何提高測(cè)量精度，如何減輕工作人員的工作負(fù)擔(dān)，如何采取有效措施減少經(jīng)濟(jì)損失，如何保障工農(nóng)業(yè)順利進(jìn)行等問(wèn)題迫在眉睫。因此，電機(jī)測(cè)速系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)就具有了十分重要的意義15！二、 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)外測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法很多，按照不同的理論方法，先后產(chǎn)生過(guò)模擬測(cè)速法（離心式轉(zhuǎn)速表）、同步測(cè)速法（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。由于光電測(cè)量方法靈活多樣，可測(cè)參數(shù)眾多，一般情況下又具有非接觸、高精度、高分辨率、高可靠性和反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，加之激光光源、光柵、光學(xué)碼盤(pán)、CCD器件、光導(dǎo)纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應(yīng)用，使得光電傳感器在檢測(cè)和控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而采用光電編碼器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確度高、采樣速度快、測(cè)量范圍寬和測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景23-25。 以前人們經(jīng)常習(xí)慣于用單片機(jī)、PLC來(lái)開(kāi)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)速系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，F(xiàn)PGA日益成熟，其強(qiáng)大的功能已被人們深刻認(rèn)識(shí)。使用FPGA來(lái)開(kāi)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)速系統(tǒng)具有無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。再加上光電編碼器發(fā)展如此迅速，十分具有誘惑力?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外大多采用光電編碼器作為載體，以FPGA為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。針對(duì)目前出現(xiàn)的測(cè)速系統(tǒng)進(jìn)行改善和提高17-20。三、 本課題相關(guān)理論綜述2（1） 直流有刷電機(jī)有刷電機(jī)是內(nèi)含電刷裝置的將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（電動(dòng)機(jī)）或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能（發(fā)電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。有刷電機(jī)是所有電機(jī)的基礎(chǔ)，它具有啟動(dòng)快、制動(dòng)及時(shí)、可在大范圍內(nèi)平滑地調(diào)速、控制電路相對(duì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。（2） 電子式轉(zhuǎn)速表電子式轉(zhuǎn)速表是一個(gè)比較籠統(tǒng)的概念：以現(xiàn)代電子技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)制造的轉(zhuǎn)速測(cè)量工具。它一般有傳感器和顯示器，有的還有信號(hào)輸出和控制。（3） 轉(zhuǎn)速傳感器轉(zhuǎn)速傳感器從原理（或器件）上來(lái)分，有磁電感應(yīng)式、光電效應(yīng)式、霍爾效應(yīng)式、磁阻效應(yīng)式、介質(zhì)電磁感應(yīng)式等。另外還有間接測(cè)量轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器：如加速度傳感器（通過(guò)積分運(yùn)算，間接導(dǎo)出轉(zhuǎn)速），位移傳感器通過(guò)微分運(yùn)算，間接導(dǎo)出轉(zhuǎn)速），等等。測(cè)速發(fā)電機(jī)和某些磁電傳感器在線(xiàn)性區(qū)域，可以直接通過(guò)交流有效值轉(zhuǎn)換，來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速 ；大多數(shù)都輸出脈沖信號(hào)（近似正弦波或矩形波）。針對(duì)脈沖信號(hào)測(cè)轉(zhuǎn)速的方法有：頻率積分法（也就是F/V轉(zhuǎn)換法，其直接結(jié)果是電壓或電流），和頻率運(yùn)算法（其直接結(jié)果是數(shù)字）四、作者的總體設(shè)計(jì)思路1、分析電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的工作原理及基本組成；2、分析非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法，并進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器的選型；3、進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的硬件選型與電路原理設(shè)計(jì)；4、進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的軟件流程設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)1 鄧建, 林樺. 基于DSP的絕對(duì)式光電編碼器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量.電機(jī)與控制應(yīng)用, 2001,37(1): 50522 陳湘令. 直流調(diào)速系統(tǒng)中數(shù)字測(cè)速的實(shí)現(xiàn). 現(xiàn)代電子技術(shù), 2007，04：61623 趙樹(shù)磊,謝吉華,劉永鋒. 基于霍爾傳感器的電機(jī)測(cè)速裝置.電氣傳動(dòng)自動(dòng)化, 2008，No.(10):53564 高德亮,范振華. 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