多通道直流电机转速检测仪设计与应用(附件)【字数：10110】
摘 要直流电机转速是研究直流电机的一项关键技术指标，在各个应用场合都具有研究价值，是绝大多数技术参数的计算来源，所以，精准的测量直流电动机的转速有着十分重要的研究价值和理论意义。在工业测试等领域，转速是关键的控制参数之一。绝大多数旋转仪器需要测量当时的转速，从而起到预防机械设备故障的作用。所以当前工业测试系统应该试着利用数字技术与计算机技术来提高监控系统的稳定性与便利性。本次毕业设计首先认真分析了任务书中的任务内容与任务要求，设计出一套在现实中可行的多通道直流电机转速的测速仪。采用C52单片机作为下位机，对电机转速进行采集，通过以74LS151为芯片的八选一电路数据选择端，选择需要输入单片机的一路，进过485总线传输将数据传输到同样以C52为单片机的上位机中，并将信息（北京时间，电机转速）在显示屏上显示。可以做到每隔20秒在显示屏上循环显示个电机的转速。
目 录
第一章 课题分析与方案选择 1
1.1 课题分析 1
1.1.1 设计主要内容 1
1.1.2 设计技术指标 1
1.2 系统总体方案描述 1
1.3 本章小结 2
第二章 系统工作原理分析 3
2.1 电机测速原理 3
2.2 光电码盘测速法 4
2.3 485总线传输原理 4
2.4 本章小结 5
第三章 硬件电路设计 6
3.1 硬件总体设计 6
3.2 单片机模块设计 7
3.3 光电感应模块设计 8
3.4 显示模块设计 9
3.5 时钟模块设计 10
3.6 485总线连接 11
3.7 八选一电路模块 11
3.8 本章小结 12
第四章 软件设计 13
4.1 软件开发调试环境 13
4.2 软件总体设计 13
4.3 上位机时钟芯片驱动程序设计 15
4.4 下位机外部中断服务子程序设计 16
4.5 上下位机数据帧格式设计 16
4.6 双机通信程序设计 17
4.7 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
本章小结 18
第五章 调试与结果分析 19
5.1 显示模块部分调试与分析 19
5.2 串口通信调试与分析 19
5.3 光电检测模块部分调试与分析 20
5.4 程序仿真 21
5.5 本章小结 22
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
附录A 硬件原理图 26
附录B 硬件实物图 27
附录C 软件程序 28
第一章 课题分析与方案选择
课题分析
1.1.1 设计主要内容
本系统设计一个以单片机为核心的多通道直流电动机测速装置。系统利用光电计数模块，检测电机的在一段时间的旋转圈数，再将下位机单片机串口挂载到485总线上接到上位机单片机，上位机单片机接收到数据后将各个电机转速的数据显示到LCD1602上，系统还需要具有显示时间、设定时间的功能。系统应包括光电测速模块、时钟模块、单片机最小系统模块、按键控制模块、显示模块、485传输模块。熟悉和掌握多通道测速的工作原理。
设计技术指标
（1）采样时间：1s 、10s、20s和1min（或可调）；
（2）测量范围：100转10000转；
（3）直流电动机工作电源：3V/9V/12V；
（4）数据存储器≧2K字节，具有数据掉电保护功能；
（5）时钟精度：±1分/月；
（6）RS485通讯接口；通信波特率：9600； 通信数据格式：自定义。
(7)键盘功能：自定义（包括功能键和数字键）；
(8)显示器： LED数码管或LCD模块；
(9)数据显示：转速、检测时间和产品编号等。
1.2 系统总体方案描述
本设计是基于单片机的多通道直流电动机测速装置，该系统主要有光电测速模块、时钟电路、单片机、键盘、显示电路等组成。以两块单片机作为核心芯片，通过对光电测速模块的检测，对数据进行处理、传送并在LCD上显示输出测速结果。系统设计总体框图如图11所示。
/
图11 系统设计总体框图
八路电机检测电路用到了一款八选一芯片74LS151,该芯片的工作原理如下，首先使能端接低电平有效，然后数据选择端有三个引脚，分别接高低电平，共有八种选择方法，该芯片的八个数据输入端分别接八个光电检测电路，然后数据选择端选择需要输入单片机的一路，该路通过数据输出端接到单片机的外部中断引脚，经过一系列算法，从而测出对应路电机的转速。
各个部分的功能作用：
（1）电机：直流电机转动并带动转轴上的纸板转动；
（2）光电检测电路：电机纸板上有透光的部分，当透光的部分和不透光的部分通过光电计数电路时，会分别产生高电平和低电平输出；
（3）单片机从机最小系统：下位机，检测两个光电检测电路的输出，计数电机单位时间内转动的圈数；
（4）485总线：将下位机检测到的电机转速传给上位机；
（5）单片机主机最小系统：上位机，接收下位机发送的数据，并对按键模块、显示模块、以时钟电路的检测和控制；
（6）LCD显示电路：受主机单片机控制并显示相应数据；
（7）按键电路：设置时间并且能够切换下位机单片机测量电机转速的采样时间；
（8）时钟电路：产生系统时钟给上位机单片机。
1.3 本章小结
在本章节对此次设计的主要内容进行了初步的介绍，同时也列出了本次毕设所涉及的主要技术指标，随后还对此次设计总体的系统方案进行了描述，涵盖了光电检测电路、键盘电路、LCD显示电路、485总线、时钟电路等一系列电路模块的总体设计，以及它们的功能作用。
目 录
第一章 课题分析与方案选择 1
1.1 课题分析 1
1.1.1 设计主要内容 1
1.1.2 设计技术指标 1
1.2 系统总体方案描述 1
1.3 本章小结 2
第二章 系统工作原理分析 3
2.1 电机测速原理 3
2.2 光电码盘测速法 4
2.3 485总线传输原理 4
2.4 本章小结 5
第三章 硬件电路设计 6
3.1 硬件总体设计 6
3.2 单片机模块设计 7
3.3 光电感应模块设计 8
3.4 显示模块设计 9
3.5 时钟模块设计 10
3.6 485总线连接 11
3.7 八选一电路模块 11
3.8 本章小结 12
第四章 软件设计 13
4.1 软件开发调试环境 13
4.2 软件总体设计 13
4.3 上位机时钟芯片驱动程序设计 15
4.4 下位机外部中断服务子程序设计 16
4.5 上下位机数据帧格式设计 16
4.6 双机通信程序设计 17
4.7 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
本章小结 18
第五章 调试与结果分析 19
5.1 显示模块部分调试与分析 19
5.2 串口通信调试与分析 19
5.3 光电检测模块部分调试与分析 20
5.4 程序仿真 21
5.5 本章小结 22
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
附录A 硬件原理图 26
附录B 硬件实物图 27
附录C 软件程序 28
第一章 课题分析与方案选择
课题分析
1.1.1 设计主要内容
本系统设计一个以单片机为核心的多通道直流电动机测速装置。系统利用光电计数模块，检测电机的在一段时间的旋转圈数，再将下位机单片机串口挂载到485总线上接到上位机单片机，上位机单片机接收到数据后将各个电机转速的数据显示到LCD1602上，系统还需要具有显示时间、设定时间的功能。系统应包括光电测速模块、时钟模块、单片机最小系统模块、按键控制模块、显示模块、485传输模块。熟悉和掌握多通道测速的工作原理。
设计技术指标
（1）采样时间：1s 、10s、20s和1min（或可调）；
（2）测量范围：100转10000转；
（3）直流电动机工作电源：3V/9V/12V；
（4）数据存储器≧2K字节，具有数据掉电保护功能；
（5）时钟精度：±1分/月；
（6）RS485通讯接口；通信波特率：9600； 通信数据格式：自定义。
(7)键盘功能：自定义（包括功能键和数字键）；
(8)显示器： LED数码管或LCD模块；
(9)数据显示：转速、检测时间和产品编号等。
1.2 系统总体方案描述
本设计是基于单片机的多通道直流电动机测速装置，该系统主要有光电测速模块、时钟电路、单片机、键盘、显示电路等组成。以两块单片机作为核心芯片，通过对光电测速模块的检测，对数据进行处理、传送并在LCD上显示输出测速结果。系统设计总体框图如图11所示。
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图11 系统设计总体框图
八路电机检测电路用到了一款八选一芯片74LS151,该芯片的工作原理如下，首先使能端接低电平有效，然后数据选择端有三个引脚，分别接高低电平，共有八种选择方法，该芯片的八个数据输入端分别接八个光电检测电路，然后数据选择端选择需要输入单片机的一路，该路通过数据输出端接到单片机的外部中断引脚，经过一系列算法，从而测出对应路电机的转速。
各个部分的功能作用：
（1）电机：直流电机转动并带动转轴上的纸板转动；
（2）光电检测电路：电机纸板上有透光的部分，当透光的部分和不透光的部分通过光电计数电路时，会分别产生高电平和低电平输出；
（3）单片机从机最小系统：下位机，检测两个光电检测电路的输出，计数电机单位时间内转动的圈数；
（4）485总线：将下位机检测到的电机转速传给上位机；
（5）单片机主机最小系统：上位机，接收下位机发送的数据，并对按键模块、显示模块、以时钟电路的检测和控制；
（6）LCD显示电路：受主机单片机控制并显示相应数据；
（7）按键电路：设置时间并且能够切换下位机单片机测量电机转速的采样时间；
（8）时钟电路：产生系统时钟给上位机单片机。
1.3 本章小结
在本章节对此次设计的主要内容进行了初步的介绍，同时也列出了本次毕设所涉及的主要技术指标，随后还对此次设计总体的系统方案进行了描述，涵盖了光电检测电路、键盘电路、LCD显示电路、485总线、时钟电路等一系列电路模块的总体设计，以及它们的功能作用。
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