电机转速测量监控系统的研究

摘要：本设计主要为设计和实现基于单片机和光电式传感器的电机转速测量监控系统。系统能精确地测量电机的转速，并采用数码管显示，从而达到对电机转速实时监控的目的。通过PWM调制将转速信号转换成4～20mA的电流，传送至上位机，用户可通过软件设置电机转速的上下限，超限时报警，确保电机转动监控系统的精确性。

关键字：电机转速；测量监控；单片机；PWM调制

一、实现电机转速测量监控系统的研究的背景和意义

在工程实践中，经常会遇到各种需要测量电机转速的场合。转速是电动机极为重要的一个状态参数。在很多运动系统的测控中，都需要对电机的转速进行测量，速度测量的精度直接影响系统的控制情况，它是关系测控效果的一个重要因素。不论是直流调速系统还是交流调速系统，只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。转速的测量方法较多，而模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法，这种测量技术已经不能适应现代科技发展的要求，在测量范围和测量精度上，已不能满足大多数系统使用^[1]。随着大规模和超大规模集成电路技术的发展，数字系统测量得到普遍应用，特别是单片机对脉冲数字信号的强大处理能力，使得转速测量系统也可以全数字化处理^[2]。在测量范围和精度方面都有极大提高。在电机的转速测量中，影响精度的主要因素有两个：一是采样点的多少，采样点越少，测量速度结果越精确，尤其是对于低转速的测量。二是采样频率，采样频率越高，采样的数据就越准确^[3]

由于电机转速系统是工农业及日常生活中必不可少的一个系统。转速检测的快速性和精度将直接影响系统的效果。以单片机为核心，设计的数字化转速测量系统，使系统能达到更高的性能，具有较强的应用价值。它的研究结果可以用于我们的实际生活中，如工业控制以及需要利用转速测量来进行控制的许多场合。如何提高测量精度，如何减轻工作人员的工作负担，如何有效的减少经济损失，如何保障工农业顺利进行等问题迫在眉睫。因此，电机转速测量监控系统的研究是一件非常有意义的课题！

本课题研究的是电机转速测量监控系统，对了解电机的工作状态，提高电机的工作效率，延长电机的寿命很有帮助。该课题主要是对电机转速测量监控系统进行硬件和软件的设计，同时又从实际的硬件电路出发，分析电路的工作原理，根据设计的具体情况提出修改方案和解决办法。

1. 国内外研究概况

随着机电技术的发展，电机控制技术逐渐向数字化与智能化转变。驱动，控制系统和保护系统还有电力的电子原件都是控制系统的一个整体，与数字脉宽调制技术，微电子技术，特种电机材料技术，现代控制技术等共同发展进步，从步进向直流进步，又从直流发展到了交流。正是这些技术的进步使电机控制技术在近20多年内发生了翻天覆地的变化，其中电动机控制部分已经由以单片机为主的微处理器控制代替模拟控制，并向全数字化控制方向发展^[4]。

目前，国内外测量电机转速的方法有很多，测量仪表的型式也多种多样，其使用条件和测量精度也各不相同。转速测量方法可以分为两类，一类是直接法，即直接观测机械或者电机的机械运动，测量特定时间内机械旋转的圈数，从而测出机械运动的转速；另一类是间接法，即测量由于机械转动导致其他物理量的变化，从这些物理量的变化与转速的关系来得到转速。同时从测速仪是否与转轴接触又可分为接触式，非接触式。本课题是采用非接触式单片机测控，国外交直流系统数字化已经达到实用阶段。