基于LabVIEW的电机转速监测系统的设计

2015-10-26 09:05:02   来源:ck365   

关键字: LabVIEW  电机转速  监测系统

LabVIEW是美国国家仪器司(National Instrument)开发的一种虚拟仪器平台,是一种用图标代码来代替文本式编程语言的开发工具。其通过在表示不同功能节点的图标之间连线来完成上位机的程序,在这一点上,其完全不同于以往基于文本的传统开发语言。LabVIEW功能强大、操作灵活,使用图形化的编程语言,大幅节省了程序的开发周期,且其运行速度不受影响,体现出较高的效率,被广泛应用于自动测量系统、工业过程自动化、实验室仿真等领域。

以往利用LabVIEW设计数据采集监测系统时,通常采用数据采集卡进行前端信号的采集,但是其价格昂贵。文中设计了一种基于LabVIEW和STC12系列单片机的电机转速监测系统,不仅节约了设计成本,且系统操作简便,稳定可靠,满足电机的测速要求。

1 系统的总体方案设计

系统由上位机和下位机组成。下位机采用STC12C5410AD单片机作为主控芯片,绝对式光电编码器的脉冲输出信号通过信号调理电路后送至单片机,单片机通过自带的脉冲捕获模块,接受连续的编码器脉冲信号并计算电机转速;上下位机采用RS-232串行接口进行通信,将转速计算值传送到上位机LabVIEW,通过LabVIEW对转速值进行实时处理、显示和保存。基于LabVIEW的电机转速监测系统总体方案如图1所示。

h.JPG

2 电机的测速原理

2.1 绝对式光电编码器简介

系统采用A-JXW-12A-11-G8-30C绝对式光电编码器,该编码器为11位绝对式轴角编码器,具有零点固定、单值函数、抗干扰能力强等特点。结构上采用防尘、防潮措施、耐冲击、耐振动、体积小、重量轻。能够测量角位移,旋转速度等,并能将所测结果以自然二进制码形式输出。供电电压12 V,集电极开路输出,图2为A-JXW-12A-11-G8-30C绝对式光电编码器实物图。

a.JPG

2.2 转速计算方法

设计采用T法测速,即利用计数器对已知频率为的高频时钟脉冲进行计数,测出电机相邻两个转子位置脉冲信号的时间间隔来计算电机的转速。在T法测速中,测速时间T是通过记录高频时钟脉冲个数m得出,即

T=m/f         (1)

电机转动一周转子位置信号含有的脉冲个数为PN,设计采用编码器的最低位进行计算,因此PN为1 024,则转速计算公式为

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       高频时钟脉冲为单片机的晶振频率2分频所得,即22.1184/2 MHz,当电机转速为500r/min时,理论上高频时钟脉冲计数值m为1296,若记录值m为1 295或1 297,T法计算的电机转速分别为500.4 r/min或499.6 r/min,计算误差为-0.08%≤△e≤0.08%;当电机转速为1 500 r/min,理论上高频时钟脉冲计数值m为432,若记录值m为431或433,T法计算的电机转速分别为1503.5r/min或1496.5r/min,计算误差为-0.23%≤△e≤0.23%。本方法完全满足所试验的开关磁阻电机调速系统的误差范围,且测量方法简单可靠,实用性强。

3 系统硬件电路的设计

3.1 STC12C5410AD单片机简介

STC12C5410AD单片机是一款单时钟/机器周期的微控制器,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统的8051,但速度快8~12倍。其片上集成了10 kB的程序存储器Flash、512 Byte的SBAM,有1个可编程的异步串行UART接口,1个可工作于主从模式的SPI串行接口,共2路16位的定时器/计数器,2路外部中断,8路10位的高速A/D转换器,速度可达100 kHz,集成了4路可编程计数器阵列(Programmable Counter Array,PAC),简称PCA,可用于软件定时器、外部脉冲的捕获、高速输出及脉宽调制输出。

3.2 编码器脉冲信号调理电路

信号调理电路主要包括:光电隔离电路、施密特整形电路和RC滤波电路。光电隔离采用快速光耦A2630芯片,完成电平的转换,同时对编码器信号和单片机电路进行隔离,起到一定的保护作用。最大输入频率为1 MHz,而编码器的最低位输出脉冲频率为26 kHz,因此完全满足实验要求;施密特整形电路采用六反相施密特触发器74HC14,可将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿较陡的矩形脉冲信号;RC滤波电路主要用于消除矩形脉冲上的高频干扰信号。

3.3 串行接口通信电路

系统采用STC12C5410AD单片机作为下位机,PC机作为上位机,二者通过RS-232串口进行通信。单片机输出的TTL电平与PC机串口的RS-232电平不一致,因此需采用MAX232芯片进行电平转换,Tin和Rout输入的是TTL电平,经过转化后Tout和Rin输出为RS-232电平。

系统硬件总体电路如图3所示。

d.JPG

系统软件设计包括下位机单片机的软件设计和上位机LabVIEW的软件设计。

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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/1026/article_13678.html
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