毕业设计论文-基于msp430的超声波电机转速测量系统设计

毕业设计论文-基于msp430的超声波电机转速测量系统设计内容摘要：

用微机在单位时间内对脉冲进行计数 ， 再经过软件计算获得转速中北大学 2020 届毕业设计说明书 第 7 页 共 31 页 数据。 即 : n=N/ (mT) （ 式 ） n ——— 转速、单位 :转 / 分钟。 N ——— 采样时间内所计脉冲个数。 T——— 采样时间、单位 :分钟。 m ——— 每旋转一周所产生的脉冲个数 (通常指测速码盘的齿数 )。 如果 m=60， 那么 1 秒钟内脉冲个数 N 就是转速 n， 即 : n=N/ (mT) =N/60 1/60=N （ 式 ） 传感器选型 常用的传感器有霍尔传感器和光电传感器。 霍尔传感器 对于霍尔传感器：就是 将一块永久磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下方安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比。 脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系： n=60/PT。 霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，在垂直于平面方向上施加外磁场 B，在沿平面方向两端加外电场，则使电子在磁场中运动，结果在器件的两个侧面之间产生霍尔电势。 其大小和外磁场及电流大小成比例。 缺点：采用霍尔传感器在信号采样的时候，会出现采样不精确，因为它是靠磁性感应才 采集脉冲的，使用时间长了会出现磁性变小，影响脉冲的采样精度。 光电传感器 （ 1）对于光电传感器： 转速信号由光电传感器拾取 ， 使用时应先在转子上做好光电标记 ， 具体办法可以是 :将转子表面擦干净后用黑漆 (或黑色胶布 ) 全部涂黑 ，再将一块反光材料贴在其上作为光电标记 ， 然后将光电传感器 (光电头 ) 固定在正对光电标记的某一适当距离处。 光电头采用低功耗高亮度 LED ， 光源为高可靠性可见红光 ， 无论黑夜还是白天 ， 或是背景光强有大范围改变都不影响接收效果。 光电头包含有前置电路，输出 0— 5V 的脉冲信号。 接到单片机的相应管脚上，通过内部定时 /计时器 T0、 T1 及相应的程序设计，组成一个数字式转速测量系统。 中北大学 2020 届毕业设计说明书 第 8 页 共 31 页 图 转速测量示意图 优点： 这种方案使用光电转速传感器具有采样精确，采样速度快，范围广的特点。 综上所述，使用光电传感器来作为本设计的最佳选择方案。 （ 2） 光电传感器有很多种，这里采用 H42B6 光电传感器， ，它由高输出的红外光电二极管与高灵敏度光电晶体管组成。 其特点：性能可靠，体积小，结构简单，可用于光电控制，光电计量等电路中，可检测物体有无，运动方向、测转速等方面。 它的一些参数，见表 表 H42B6 参数表 输入 正向电流 IF 40 mA 反向电流 VR 5 V 耗散功率 P 110 mW 输出 集 射电压 Vceo 30 V 射 — 集电压 Veco 2 V 集电极功率 Pc 100 mW 中北大学 2020 届毕业设计说明书 第 9 页 共 31 页 4 硬件电路设计 硬件的功能由总体设计所规定，硬件设计的任务是根据总体设计要求，设计出系统的电路原理图，整个单片机测量转速系统为单片机控制模块、传感器模块、显示模块，各个模块都承担着各自的任务。 MSP430 的基本结构 MSP430 系列单片机是美国 德州仪器 （ TI） 1996 年开始推向市场的一种16 位 超低 功耗、具有 精简指令集 （ RISC）的混合信号处理器（ Mixed Signal Processor）。 称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的 模拟电路 、 数字电路 模块和 微处理器 集成在一个芯片上，以提供 ―单片 ‖解决方案。 该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。 MSP430 的优点 处理能力强 ，运算速度快，超低功耗，片内资源丰富，方便高效的开发环境。 引脚图： 图 引脚图 中北大学 2020 届毕业设计说明书 第 10 页 共 31 页 表 引脚说明 引脚名称 编号 . I/O 描 述 AVCC 64 模 拟 正 电 源 端 向 SVS， brownout， oscillator， FLL+， parator_A， port 1， and LCD resistive divider 电路供电 上 电不必早于 DVCC. AVSS 62 内部连接于 DVSS DVCC 1 数字正电源端 提供所有部件电源 由 AVCC供电的除外 DVSS 63 数字地 所有部件的接地 通过 AVCC/ NC 7 10 11 空脚 ， 比较方式 : Out0 输出 52 I/O 通用数字 I/O/定时器 _A. 捕获方式 CCI0B 输入 /MCLK输出 意 在这个引脚上 TA0只能输入 ， 捕获方式 : CCI1A 输入 ， 比较方式 Out1 输出 49 I/O 通用数字 I/O 48 I/O 通用数字 I/O /定时器 A输入时钟 / ACLK输出 : CCI2A 输入 ， 比较方式 : Out2 输出 44 I/O 通用数字 I/O 31 I/O 通用数字 I/O/比较器 A输出 /LCD 段 19输出脚 中北大学 2020 届毕业设计说明书 第 11 页 共 31 页 引脚名称 编号 I/O 描 述 I/O 通用数字 I/O/LCD 段 9出脚 I/O 通用数字 I/O/LCD 段 8脚 I/O 通用数字 I/O/LCD 段 7出脚 COM0 36 O LCD公共输出端 COM0. R03 40 I LCD 模拟电平第四极输入脚 (最低电平 V5) (最低电平 V3或 V4) 中北大学 2020 届毕业设计说明书 第 12 页 共 31 页 (最低电平 V2) (最低电平 V1) 59 I/O 通用数字 I/O脚 60 I/O 通用数字 I/O脚 61 I/O 通用数字 I/O脚 2 I/O 通用数字 I/O脚 3 I/O 通用数字 I/O脚 4 I/O 通用数字 I/O脚 5 I/O 通用数字 I/O脚 6 I/O 通用数字 I/O脚 RST/NMI 58 I 复位输入脚或非屏蔽终端输入端 TCK 57 I 测试时钟 . TCK 是芯片编程和测试的时钟输入脚 TDI 55 I 测试数据输入 . TDI用作数据输入 . 芯片的保护熔丝与 TDI相连 . TDO/TDI 54 I/O 测试数据输出 . TDO/TDI做为数据输出或编程数据输入端 TMS 56 I 测试模式选择 . TMS在芯片编程和测试时是输入脚 XIN 8 I 晶体振荡器 XT1输入脚 . 可以连接标准晶体或晶体振荡器 . XOUT/TCLK 9 I/O 晶体振荡器 XT1输入脚 .或测试时钟输入脚 电源部分设计 MSP430F149 的电源 有模拟和数字电源，采用一点接，数字地和模拟地也一样 采用 一点接地。 电压接 ，接地端接地。 如图 中北大学 2020 届毕业设计说明书 第 13 页 共 31 页 图 电源接线 图 传感器部分 在设计中采用光电传感器采集信号， 光电转速传感器是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的电子器件，当它发出的光被目标反射或阻断时，则接收器感应出相应的电信号。 它首先把被测量的变化转换成光 信号 的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。 从光源发出的光通过测速齿盘上的齿槽照射到光电元件上，使光电元件感光。 假如测速齿盘上有 30个齿槽，当测速齿槽旋转一周，光敏元件就能感受与开孔数相等次数的光次数。 对于被测 电机的转速在90—1700r/min的来说，每转一周产生 30个电脉冲信号，因此，传感器输出波形的频率的大小为： 45Hz≤ f≤ 850Hz 测速齿盘装在发射光源 (红外线发光二极管 )与接收光源的装置 (红外线接收二极管 )之间如图 ，红外线发光二极管负责发出光信号，红外线接收三极管负责接收发出的光信号，产生电信号。 每转过一个齿，光的明暗变化经历了一个正弦周期，即产生了正弦脉冲电信号。 图 传感器原理图 中北大学 2020 届毕业设计说明书 第 14 页 共 31 页 光电传感器是应用非常广泛的一种器件，有各种各样的形式，如透射式、反射式等，基本的原理就是当发射管光照射到接收管时，接收管导通，反之关断。 以透射式为例如图 ，当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时，开关管关断，否则打开。 为此，可以制作一个遮光叶片如图 ，安装在转轴上，当扇叶经过时，产生脉冲信号。 当叶片数较多时，旋转一周可以获得多个脉冲信号。 图 光电传感器的原理图 图 遮光叶片 被。