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控制系統(tǒng)

基于霍爾傳感器的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

星之球激光 來源:工控網(wǎng)2012-08-02 我要評(píng)論(0 )   

0 引言 隨著 單片機(jī) 的不斷推陳出新,特別是高性價(jià)比的單片機(jī)的涌現(xiàn),轉(zhuǎn)速 測(cè)量 控制普遍采用了以單片機(jī)為核心的數(shù)字化、智能化的系統(tǒng)。本文介紹了一種由單片機(jī)C8051F06...

    0 引言

  隨著單片機(jī)的不斷推陳出新,特別是高性價(jià)比的單片機(jī)的涌現(xiàn),轉(zhuǎn)速測(cè)量控制普遍采用了以單片機(jī)為核心的數(shù)字化、智能化的系統(tǒng)。本文介紹了一種由單片機(jī)C8051F060作為主控制器,使用霍爾傳感器進(jìn)行測(cè)最的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)。

  l轉(zhuǎn)速測(cè)量及控制的基本原理

  1.1轉(zhuǎn)速測(cè)量原理

  轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法很多,根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法主要有M法(測(cè)頻法)、T法(測(cè)周期法)和MPT法(頻率周期法),該系統(tǒng)采用了M法(測(cè)頻法)。由于轉(zhuǎn)速是以單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)數(shù)來衡量,在變換過程中多數(shù)是有規(guī)律的重復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)霍爾效應(yīng)原理,將一塊永久磁鋼固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)盤邊沿,轉(zhuǎn)盤隨測(cè)軸旋轉(zhuǎn),磁鋼也將跟著同步旋轉(zhuǎn),在轉(zhuǎn)盤下方安裝一個(gè)霍爾器件,轉(zhuǎn)盤隨軸旋轉(zhuǎn)時(shí),受磁鋼所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響,霍爾器件輸出脈沖信號(hào),其頻率和轉(zhuǎn)速成正比。脈沖信號(hào)的周期與電機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下關(guān)系:

  

  式中:n為電機(jī)轉(zhuǎn)速;P為電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù);T為輸出方波信號(hào)周期。根據(jù)式(1)即可計(jì)算出直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

  霍爾器件是由半導(dǎo)體材料制成的一種薄片,在垂直于平面方向上施加外磁場(chǎng)B,在沿平面方向兩端加外電場(chǎng),則使電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),結(jié)果在器件的兩個(gè)側(cè)面之間產(chǎn)生霍爾電勢(shì)。其大小和外磁場(chǎng)及電流大小成比例?;魻?span style="word-break: break-all" class="hrefStyle">開關(guān)傳感器由于其體積小,無觸點(diǎn),動(dòng)態(tài)特性好,使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),故在測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)物體旋轉(zhuǎn)速度領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在這里選用美國(guó)史普拉格公司(SPRAGUE)生產(chǎn)的3000系列霍爾開關(guān)傳感器3013,它是一種硅單片集成電路,器件的內(nèi)部含有穩(wěn)壓電路、霍爾電勢(shì)發(fā)生器、放大器、史密特觸發(fā)器和集電極開路輸出電路,具有工作電壓范圍寬、可靠性高、外電路簡(jiǎn)單、輸出電平可與各種數(shù)字電路兼容等特點(diǎn)。

  1.2轉(zhuǎn)速控制原理

  直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與施加于電機(jī)兩端的電壓大小有關(guān),可以采用C8051F060片內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換器#p#分頁標(biāo)題#e#DAC0的輸出控制直流電機(jī)的電壓從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在這里采用簡(jiǎn)單的比例調(diào)節(jié)器算法(簡(jiǎn)單的加一、減一法)。比例調(diào)節(jié)器(P)的輸出系統(tǒng)式為:

  

  式中:Y為調(diào)節(jié)器的輸出;e(t)為調(diào)節(jié)器的輸入,一般為偏差值;Kp為比例系數(shù)

  從上式可以看出,調(diào)節(jié)器的輸出Y與輸入偏差值e(t)成正比。因此,只要偏差e(t)一出現(xiàn)就產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用,具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn),這是一種最基本的調(diào)節(jié)規(guī)律。比例調(diào)節(jié)作用的大小除了與偏差e(t)有關(guān)外,主要取決于比例系數(shù)Kp,比例調(diào)節(jié)系數(shù)愈大,調(diào)節(jié)作用越強(qiáng),動(dòng)態(tài)特性也越大。反之,比例系數(shù)越小,調(diào)節(jié)作用越弱。對(duì)于大多數(shù)的慣性環(huán)節(jié),Kp太大時(shí)將會(huì)引起自激振蕩。比例調(diào)節(jié)的主要缺點(diǎn)是存在靜差,對(duì)于擾動(dòng)的慣性環(huán)節(jié),Kp太大時(shí)將會(huì)引起自激振蕩。對(duì)于擾動(dòng)較大,慣性也比較大的系統(tǒng),若采用單純的比例調(diào)節(jié)器就難于兼顧動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性,需采用調(diào)節(jié)規(guī)律比較復(fù)雜的PI(比例積分調(diào)節(jié)器)或PID(比例、積分、微分調(diào)節(jié)器)算法。

  2系統(tǒng)的硬件軟件設(shè)計(jì)

  2.1硬件設(shè)計(jì)

  本系統(tǒng)采用單片機(jī)C8051F060作為主控制器,使用霍爾傳感器測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速,通過7079最終在LED顯示測(cè)試結(jié)果,硬件組成如圖1所示。此外,還可以根據(jù)需要調(diào)整控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

   


 

 

  控制器C8051F060主要完成轉(zhuǎn)速脈沖的采集、16為定時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)定時(shí)、運(yùn)算比較,片內(nèi)集成的12位DAC0控制轉(zhuǎn)速,并且通過7279顯示接口芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示等多項(xiàng)功能。

  系統(tǒng)采用外部晶振,系統(tǒng)時(shí)鐘SYSCLK等于18432000,T0定時(shí)1 ms,初始化時(shí)TH0=(-SY-SCLK/1 000)》8;TL0=-SYSCLK/1 000。等待1 s到,輸出轉(zhuǎn)速脈沖個(gè)數(shù)N,計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速值。將1 s內(nèi)的轉(zhuǎn)速值換算成1 min內(nèi)的電機(jī)轉(zhuǎn)速值,并在LED上輸出測(cè)量結(jié)果。#p#分頁標(biāo)題#e#

  2.2軟件設(shè)計(jì)

  本系統(tǒng)采用C8051F060中的IWT0中斷對(duì)轉(zhuǎn)速脈沖計(jì)數(shù)。定時(shí)器T1,工作于外部事件計(jì)數(shù)方式,對(duì)轉(zhuǎn)速脈沖計(jì)數(shù);T0工作于定時(shí)器方式,均工作于方式1。每到1 s讀一次計(jì)數(shù)值,此值即為脈沖信號(hào)的頻率,根據(jù)式(1)可計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與施加工于電機(jī)兩端的電壓大小有關(guān),故將實(shí)際測(cè)得的轉(zhuǎn)速值與預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速值比較,若大于預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速值則減小DAC0的值調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速,直到轉(zhuǎn)速值等于預(yù)設(shè)定的值,這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。

 

 

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