基于霍爾傳感器的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、題目：基于題目：基于 labview 的霍爾測速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的霍爾測速系統(tǒng)設(shè)計(jì) title: the speed system design based on labview and hall 院系名稱：物理與通信電子學(xué)院 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號： 專 業(yè)：電子信息工程 指導(dǎo)老師： 完成時(shí)間：2011 年 4 月 摘 要 轉(zhuǎn)速是工業(yè)控制里面非常重要的一項(xiàng)參數(shù)。本文設(shè)計(jì)了一種 基于 labview 的霍爾測速系統(tǒng)。系統(tǒng)以 at89s52 為控制核心， 利用霍爾傳感器作為轉(zhuǎn)速檢測元件，將得到的脈沖信號送給單 片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)對信號處理后顯示出實(shí)時(shí)速度，同時(shí)將 轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給 labview

2、編寫的上位機(jī)軟件界面，上 位機(jī)對轉(zhuǎn)速進(jìn)行顯示與保存。 關(guān)鍵詞：labview；串行通信；單片機(jī)；霍爾傳感器。 abstract speed is very important in industrial control inside a parameter. this paper presents a system based on labview hall velocity. at89s52 as the control system to the core, the use of hall sensors as a speed detection device, will be sent

3、to the pulse signal processing single chip, single chip for signal processing and display the real-time speed, while the speed of data sent through the serial port pc written labview software interface, the host computer for display and preservation on speed. key words: labview; serial communication

4、; microcontroller; hall sensor. 目 錄 摘 要.i abstract.ii 1 引言.1 2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求.1 3 總體方案設(shè)計(jì).1 4 方案論證.2 4.1 電機(jī)的選擇.2 4.2 顯示模塊的選擇.2 5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 .2 5.1 傳感器模塊.2 5.1.1 霍爾傳感器介紹 .2 5.1.2 傳感器電路設(shè)計(jì) .3 5.2 單片機(jī)模塊.4 5.2.1 單片機(jī)介紹 .4 5.2.2 單片機(jī)電路設(shè)計(jì) .5 5.3 數(shù)據(jù)顯示模塊.5 5.4 串口通信模塊.6 5.5 電機(jī)的調(diào)速模塊.7 6 霍爾測速的軟件設(shè)計(jì).8 6.1 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì).8 6.1.1 上位機(jī) l

5、abview 整體程序框圖 .8 6.1.2 visa 配置串口.9 6.1.3 串口讀數(shù)據(jù)原理 .9 6.1.4 串口數(shù)據(jù)傳換 .10 6.1.5 串口數(shù)據(jù)接收處理程序圖 .10 6.1.6 轉(zhuǎn)速的顯示程序 .11 6.1.7 excel 文件生成程序.11 6.1.8 串口數(shù)據(jù)保存 .11 6.1.9 上位機(jī)界面 .12 6.2 單片機(jī)程序設(shè)計(jì).13 6 霍爾測速的軟件仿真.14 7 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果與數(shù)據(jù)分析.15 7.1 上位機(jī)labview界面圖與保存的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù) .15 7.2 轉(zhuǎn)速分析.16 8 結(jié)束語.18 參考文獻(xiàn).19 附錄一：電路圖.20 附錄二：labview 整體程序

6、圖 .21 附錄三：單片機(jī)程序程序.22 1 引言 工農(nóng)工業(yè)生產(chǎn)和工程實(shí)踐中經(jīng)常需要對轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量和監(jiān) 控，傳統(tǒng)的測量方法都是在測量和顯示在同一個(gè)地方，不方便 遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、大規(guī)模集成電路等技術(shù)的 飛速發(fā)展，儀器系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)緊密結(jié)合，使得傳統(tǒng)儀 器的概念得以突破，出現(xiàn)了一種全新的儀器概念-虛擬儀器。 虛擬儀器的核心是應(yīng)用計(jì)算機(jī)上的虛擬儀器軟件系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 圖形化軟件開發(fā)環(huán)境 labview 是目前實(shí)現(xiàn)虛擬化儀器軟件設(shè)計(jì) 最流行的工具之一，其廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室 認(rèn)可并接受，被公認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，現(xiàn)已 成為測試測量和控制行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)軟件平臺(tái)

7、1。使用 labview 結(jié) 合傳統(tǒng)儀器系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測和控制，將大大提高工業(yè)控制 的效率和操作的靈活性，而且 labview 采用的是圖形化的界面， 將大大提高儀器的實(shí)用性，所以設(shè)計(jì)一個(gè)基于 labview 的轉(zhuǎn)速 測量系統(tǒng)就非常有必要了。 2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 基于 labview 的霍爾測速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基本要求： （1）霍爾測速范圍 20-300 轉(zhuǎn)/秒 （2）上位機(jī)界面顯示速度值 3 總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)主要包括電機(jī)轉(zhuǎn)速控制模塊，傳感 器模塊、單片機(jī)、顯示模塊、串口模塊和上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)模塊 等部分組成。首先電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并調(diào)節(jié)速度，然后傳感器負(fù)責(zé)將電 機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為脈沖信號；處理

8、器采用 at89s52 單片機(jī)，負(fù)責(zé) 將脈沖計(jì)數(shù)，并計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)送到上位機(jī)和數(shù)碼管顯示 出來；顯示器將單片機(jī)所傳送的轉(zhuǎn)速顯示出來；上位機(jī)軟件負(fù) 責(zé)將串口傳輸來的轉(zhuǎn)速顯示到 pc 機(jī)上，并保存數(shù)據(jù)。系統(tǒng)框圖 如圖 1 所示： 單片機(jī) 串口模塊 顯示模塊 電機(jī)傳感器 上位機(jī) 圖 1 系統(tǒng)框圖 4 方案論證 4.1 電機(jī)的選擇 方案一：使用直流電機(jī)。直流電機(jī)用程序更好控制，電路 也會(huì)相對簡單。調(diào)速性能好，調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。起 動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動(dòng)、制動(dòng)2。 方案二：采用步進(jìn)電機(jī)。直流電機(jī)在上電的時(shí)候很難控制 其速度，容易出現(xiàn)電機(jī)不能快速停止的情況。用步進(jìn)電機(jī)再加 上程序控制基本

9、上可克服上述困難。 由于本設(shè)計(jì)主要是對電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量，為了方便控制轉(zhuǎn)速， 而且直流電機(jī)的價(jià)格也比較低廉，所以本設(shè)計(jì)使用直流電機(jī)。 4.2 顯示模塊的選擇 方案一：采用液晶顯示，液晶顯示器（lcd）3為平面超薄 的顯示設(shè)備，它由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成，放置于光 源或者反射面前方。液晶顯示器功耗很低，適用于使用電池的 電子設(shè)備。它的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)線、面 配合背部燈管構(gòu)成畫面。液晶顯示內(nèi)容豐富，可顯示大量文字， 圖形等，顯示質(zhì)量高。體積小、重量輕、功耗低，但所需要的 接口線多，并且價(jià)格昂貴。 方案二：采用數(shù)碼管（led）顯示，它能在低電壓、小電流 條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，能與 cm

10、os,itl 電路兼容。它發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極 短，高頻特性好，單色性好。亮度高。體積小重量輕，抗沖擊 性能好。壽命長，并且成本低，對于顯示數(shù)字最適合。 由于本設(shè)計(jì)只需要對轉(zhuǎn)速進(jìn)行顯示，只需要顯示數(shù)字，相 對液晶來說數(shù)碼管的控制也比較簡單，價(jià)格也低廉，所以選用 數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 5.1 傳感器模塊 5.1.1 霍爾傳感器介紹 霍爾傳感器4是對磁敏感的傳感元件，由磁鋼、霍耳元件 等組成。測量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速傳感器選用 cs3144 的霍爾傳感器，其 響應(yīng)頻率為 250khz，額定電壓為 4.5-24（v）、檢測距離為 10（mm）。其在大電流磁場或磁鋼磁場的作用下，能測量高頻、 工頻、直流

11、等各種波形電流。該傳感器具有測量精度高、電壓 范圍寬、功耗小、輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在高速計(jì)數(shù)、 測頻率、測轉(zhuǎn)速等領(lǐng)域。輸出電壓 4.524v，直流電源要有足 夠的濾波電容，測量極性為 s 極。安 裝時(shí)將一非磁性圓盤固定在電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)軸上，將磁鋼粘貼在圓盤邊緣，磁 鋼采用永久磁鐵，其磁力較強(qiáng)，霍爾 元件固定在距圓盤 1-10mm 處。當(dāng)磁鋼與霍爾元件相對位置發(fā)生 變化時(shí)，通過霍爾元件感磁面的磁場強(qiáng)度就會(huì)發(fā)生變化。圓盤 轉(zhuǎn)動(dòng)，磁鋼靠近霍爾元件，穿過霍爾元件的磁場較強(qiáng)，霍爾元 件輸出低電平；當(dāng)磁場減弱時(shí)，輸出高電平，從而使得在圓盤 轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，霍爾元件輸出連續(xù)脈沖信號。這種傳感器不怕灰 塵、油

12、污，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。cs3144 的功能框圖和磁電轉(zhuǎn) 換特性如圖 2 和如圖 3 所示。 1,vcc 3, vout 2, gnd 功能方框圖功能方框圖 reg 磁電轉(zhuǎn)換特性磁電轉(zhuǎn)換特性 圖 2 功能方框圖 圖 3 磁電轉(zhuǎn)換特性圖 5.1.2 傳感器電路設(shè)計(jì) 電機(jī)轉(zhuǎn)盤上安裝兩個(gè)強(qiáng)磁鐵，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)磁鐵靠近霍 爾傳感器的時(shí)候，霍爾傳感器5產(chǎn)生脈沖，脈沖接至單片機(jī)的 外部中斷 0 管腳。每來一次脈沖就進(jìn)行一次計(jì)數(shù)。如圖 4 所示 為霍爾元件電路圖。 1 1 2 2 3 3 s1 3144 1k r 20 gnd vc c vc c out 圖 4 霍爾元件電路圖 5.2 單片機(jī)模塊 5.2.

13、1 單片機(jī)介紹 本系統(tǒng)的系統(tǒng)板主要由 mcs51 系列單片機(jī) at89s52 組成。 at89s52 是一個(gè)低功耗，高性能 cmos 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes isp 的可反復(fù)擦寫 1000 次的 flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器 件采用 atmel 公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容 mcs-51 指令系統(tǒng)及 80c51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中 央處理器和 isp flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 at89s52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方 案。at89s52 具有如下特點(diǎn)：40 個(gè)引腳，8k bytes flash 片內(nèi) 程序

14、存儲(chǔ)器，256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram） ，32 個(gè) 外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5 個(gè)中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套 中斷，2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2 個(gè)全雙工串行通信口， 看門狗電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，at89s52 設(shè)計(jì)和配置了 振蕩頻率可為 0hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下， cpu 暫停工作，而 ram 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼 續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 ram 的數(shù)據(jù)，停止芯片其 它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位6。同時(shí)該芯片還具有 pdip、tqfp 和 plcc 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 at89s52

15、的引腳如圖 5 所示。 圖 5 at89s52 的引腳 5.2.2 單片機(jī)電路設(shè)計(jì) at89s52 是片內(nèi)有 eprom 的單片機(jī)。因此，用這種芯片構(gòu) 成的最小系統(tǒng)簡單、可靠。用 at89s52 單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系 統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路以及擴(kuò)展的簡單 i/o 口即可，如圖 6 所示。由于受集成度、片內(nèi)功能的限制， 最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)為： 有可供用戶使用的較多的 i/o 口線。由于不需要擴(kuò)展外部 存儲(chǔ)器，ea 應(yīng)接高電平，p0、p1、p2、p3 均作為用戶 i/o 口使 用。內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限。 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。如 at89s52 的

16、應(yīng)用軟件須依靠 半導(dǎo)體廠家用半導(dǎo)體掩膜技術(shù)置入，故 at89s52 應(yīng)用系統(tǒng)一般 用作大批量生產(chǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)7。另外，p0、p2 口的應(yīng)用與開發(fā) 環(huán)境差別較大。 p1.0/t2 1 p1.1/t2ex 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 r st 9 p3.0/r xd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/w r 16 p3.7/r d 17 xtal2 18 xtal1 19 vss 20 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/

17、a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 p2.7/a15 28 psen 29 ale 30 ea/vpp 31 p0.7/ad7 32 p0.6/ad6 33 p0.5/ad5 34 p0.4/ad4 35 p0.3/ad3 36 p0.2/ad2 37 p0.1/ad1 38 p0.0/ad0 39 vc c 40 u9 p80c 31sb pn 30pf c 37 30pf c 36 12 y4 xtal gnd vc c gnd 1 2 3 4 5 6 7 8 p17 1 2 3 4 5 6 7 8 p20 1 2

18、3 4 5 6 7 8 p22 1 2 3 4 5 6 7 8 9 p15 10k r 12 10uf c 38 vc c gnd s4 1 2 3 4 5 6 7 8 p21 vc c r est 圖 6 單片機(jī)最小系統(tǒng) 5.3 數(shù)據(jù)顯示模塊 如圖 7 為數(shù)碼管的引腳接線圖，實(shí)驗(yàn)板上以 p0 口作輸出口， 接一個(gè)四位一體的八段共陰數(shù)碼管。表 1 為驅(qū)動(dòng) led 數(shù)碼管的 段代碼表為低電平有效，1-代表對應(yīng)的筆段不亮，0-代表對應(yīng) 的筆段亮。若需要在最右邊（s0）顯示“5” ，只要將從表中查 得的段代碼 64h 寫入 p0 口，然后通過 i/o 選中想點(diǎn)亮的數(shù)碼管 就行。設(shè)計(jì)中采用動(dòng)態(tài)顯示，所

19、以其亮度只有一個(gè) led 數(shù)碼管 靜態(tài)顯示亮度的八分之一。這里設(shè)計(jì)的系統(tǒng)先用 4 位一體 led 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示小型直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)速高于 4 位所能顯 示的值（9999）時(shí)就會(huì)自動(dòng)向上進(jìn)位顯示8。 表 1 驅(qū)動(dòng) led 數(shù)碼管的段代碼 dpecgbfa十六進(jìn)制 數(shù) 字 p0. 7 p0. 6 p0. 5 p0. 4 p0. 3 p0. 2 p0. 1 p0. 0 共 陰 共 陽 010110111b748 10001010014eb 210101101ad52 3100111019d62 4000111101ee1 5100110119b64 610111011bb44 70001010

20、115ea 810111111bf40 9100111119f60 圖7 數(shù)碼管的引腳接線圖 5.4 串口通信模塊 at89s52 單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通信口，以便于單片 機(jī)和電腦之間進(jìn)行串口通信。為了與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，設(shè)計(jì)了 rs232 串行通信接口，將該接口與 pc 機(jī)的串口連接，可以實(shí)現(xiàn) 單片機(jī)與 pc 機(jī)的串行通信，進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸。進(jìn)行串行通信 要滿足一定的條件，比如電腦的串口是 rs232 電平（-5 至-15v 為 1，+5 至+15v 為 0） ，而單片機(jī)的串口是 ttl 電平（大于 +2.4v 為 1，小于+0.7v 為 0） ，兩者之間必有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路， 圖 9 用

21、 max232 集成電路實(shí)現(xiàn) rs232 電平與 ttl 電平的相互轉(zhuǎn)換。 此串行通信功能模塊完成測量得到的轉(zhuǎn)速值發(fā)送給上位機(jī)。圖 8 為 max232 的引腳圖。 c 1+ 1 vdd 2 c 1- 3 c 2+ 4 c 2- 5 vee 6 t2out 7 r 2in 8 r 2out 9 t2in 10 t1in 11 r 1out 12 r 1in 13 t1out 14 gnd 15 vc c 16 u10 m ax232ac pe 104 c 39 104 c 41 104 c 42 104 c 40 gnd vc c p3.1 p3.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 j6

22、d c onnector 9 圖 8 max232 的引腳圖 圖 9 電平轉(zhuǎn)換 電路圖 5.5 電機(jī)的調(diào)速模塊 lm317 9國國家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。 lm317 的輸出電壓范圍是 1.2v 至 37v，負(fù)載電流最大為 1.5a10非 常簡單，僅需兩個(gè)外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào) 整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。lm317 內(nèi)置有過 載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路?？烧{(diào)整輸出電壓低到 1.2v。保證 1.5a 輸出電流。典型線性調(diào)整率 0.01%。典型負(fù)載 調(diào)整率 0.1%。80db 紋波抑制比。輸出短路保護(hù)、過流、過熱 保護(hù)。調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)

23、三端晶體管封裝。其封裝 形式如圖 10 所示，lm317 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 11 所示，lm317 可 調(diào)電源調(diào)速電路如圖 12 所示。通過調(diào)節(jié)電源電壓來調(diào)節(jié)電機(jī)的 轉(zhuǎn)速。 圖 10 lm317 封裝圖 圖 11 lm317 內(nèi) 部電路圖 d10 b ridge1 uin 1000uf c 45 c ap 220uf c 46 c ap d12 led0 300 r 15 1 2 p24 header 2h in 3 1 out 2 adj u12 lm 317 240 r 14 4.7k r 16 d11 d9 圖 12 lm317 可調(diào)電源調(diào)速電路 6 霍爾測速的軟件設(shè)計(jì) 6.1 上位機(jī)軟

24、件設(shè)計(jì) 6.1.1 上位機(jī) labview 整體程序框圖 上位機(jī)的程序主要包括三部分：excel 文件產(chǎn)生部分，串 口接受部分，數(shù)據(jù)保存部分。程序的框圖如圖 13 所示。 excel 文件產(chǎn)生部分 串口接收部分 顯示 保存數(shù)據(jù)至 excel 圖 13 程序框圖 6.1.2 visa 配置串口 圖 14 串口配置程序圖 如圖 14 所示為串口配置程序圖 1. visa 資源名稱是指定要打開的資源。該控件也可指定會(huì)話句 柄和類。 2. 波特率是傳輸速率。默認(rèn)值為 9600。 3. 數(shù)據(jù)比特是輸入數(shù)據(jù)的位數(shù)。 數(shù)據(jù)比特的值介于 5 和 8 之 間。默認(rèn)值為 8。 4. 奇偶指定要傳輸或接收的每一幀所

25、使用的奇偶校驗(yàn)。 5. 錯(cuò)誤輸入表明 vi 或函數(shù)運(yùn)行前發(fā)生的錯(cuò)誤。默認(rèn)值為無錯(cuò) 誤。 6. 錯(cuò)誤輸出包含錯(cuò)誤信息。如錯(cuò)誤輸入表明在 vi 或函數(shù)運(yùn)行 前已發(fā)生錯(cuò)誤，錯(cuò)誤輸出將包含相同的錯(cuò)誤信息。否則，表 明 vi 或函數(shù)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤狀態(tài)。右鍵單擊錯(cuò)誤輸出的前面 板顯示控件。 7. visa 資源名稱輸出是由 visa 函數(shù)返回的 visa 資源名稱的副 本 6.1.3 串口讀數(shù)據(jù)原理 圖 15 visa 讀取 如圖 15 所示為 visa 讀取圖標(biāo)11。 1. 誤輸入表明 vi 或函數(shù)運(yùn)行前發(fā)生的錯(cuò)誤。 2. visa 資源名稱指定要打開的資源。該控件也可指定會(huì)話 句柄和類。 3.字節(jié)總數(shù)是

26、要讀取的字節(jié)數(shù)量。 4.visa 資源名稱輸出是由 visa 函數(shù)返回的 visa 資源名稱 的副本。 5.讀取緩沖區(qū)包含從設(shè)備讀取的數(shù)據(jù)。 6.錯(cuò)誤輸出包含錯(cuò)誤信息。 6.1.4 串口數(shù)據(jù)傳換 圖 16 串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 labview 從串口讀取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 u8 字節(jié)后，得到的是所 傳輸字符的 ascii 碼，可以保存到 excel 文檔中，如圖 16 串口 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換圖。 6.1.5 串口數(shù)據(jù)接收處理程序圖 圖 17 串口數(shù)據(jù)接收處理程序圖 6.1.6 轉(zhuǎn)速的顯示程序 將數(shù)據(jù)的第二字節(jié)放大 100 倍加上第三字節(jié)數(shù)據(jù)通過波形 圖進(jìn)行顯示程序圖如圖 18 所示。 圖 18 轉(zhuǎn)速顯示程序圖 6.

27、1.7 excel 文件生成程序 串口接收到得到的數(shù)據(jù)保存到 excel 中，所以我以 pc 機(jī)系 統(tǒng)時(shí)間作為 excel 的文件名并創(chuàng)建和打開 excel，程序圖如圖 19 所示。 圖 19 excel 文件生成程序圖 6.1.8 串口數(shù)據(jù)保存 通過一個(gè)組合程序?qū)⒋诮邮盏降臄?shù)據(jù)存入 excel 表格中， 程序圖如圖 20 所示。 圖 20 串口數(shù)據(jù)保存程序圖 6.1.9 上位機(jī)界面 將上位機(jī)的界面調(diào)整后如圖 21 所示。 圖 21 上位機(jī)界面圖 6.2 單片機(jī)程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)軟件主要為主程序、數(shù)據(jù)處理顯示程序、定時(shí)器中 斷服務(wù)程序、串口通信程序四個(gè)部分。 （1）主程序主要完成初始化功能，包

28、括 led 顯示的初始化， 中斷的初始化，定時(shí)器的初始化，寄存器、標(biāo)志位的初始化等。 （2）數(shù)據(jù)處理顯示模塊程序。此模塊中單片機(jī)對在 4 秒內(nèi) 的計(jì)數(shù)值進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成 r/min 送顯示緩存以便顯示。具體 算法如下:設(shè)單片機(jī)每秒計(jì)數(shù)到 n 個(gè)值，即 n/2 (r/s)(圓盤貼 兩個(gè)磁鋼)。 （3）串口通信程序。串口通信程序主要完成轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)的傳 輸。 （4）定時(shí)器 1 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)。定時(shí)器 1 完成計(jì)時(shí)功能， 定時(shí) 50ms，進(jìn)行定時(shí)中斷計(jì)數(shù)并每隔 1s 更新一次顯示數(shù)據(jù)。 程序流程圖如圖 22 所示： 開始 初始化串口 初始化 time0 更新速度、顯示速度 定時(shí)器裝初值 50ms 計(jì)數(shù)

29、標(biāo)志 second+ 入棧保護(hù) second=20？ 串口發(fā)送數(shù)據(jù)，second 置 0 出?；謴?fù) 返回 y n 圖 22 單片機(jī)程序流程圖 6 霍爾測速的軟件仿真 如圖 23 所示為霍爾測速系統(tǒng)的仿真圖。在外部中斷 0 口輸 入一個(gè)頻率為 2k 的方波信號，通過單片機(jī)計(jì)數(shù)。虛擬串口接受 的數(shù)據(jù)為 31 14 02 34 其中 31 和 34 為單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)幀的 開始和結(jié)尾，中間兩個(gè)字節(jié)為轉(zhuǎn)速其中 14 為高位，02 為低位。 將 14 02 轉(zhuǎn)換為實(shí)際的十進(jìn)制的結(jié)果是 2002。 1a b c d e fg2 3 4 5 6 7 8dp a 1 b c d e f g dp 8 7 6 5

30、 4 3 p0 p2 p4 p7 p3 p5 p6 ad0 ad1 ad2 ad3 ad4 ad5 ad6 ad7 2 p2 p1 xtal2 18 xtal1 19 ale 30 ea 31 psen 29 rst 9 p0.0/ad0 39 p0.1/ad1 38 p0.2/ad2 37 p0.3/ad3 36 p0.4/ad4 35 p0.5/ad5 34 p0.6/ad6 33 p0.7/ad7 32 p1.0/t2 1 p1.1/t2ex 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/

31、int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.7/rd 17 p3.6/wr 16 p3.5/t1 15 p2.7/a15 28 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 u1 at89c52 x1 crystal 2 3 4 5 6 7 8 9 1 rp1 respack-8 c1 30p c2 30p r1 500rc3 10u 1 2 3 4 5 6 7 8 20 19 18 17 16 15 14 13 912 1011 u2 led-bar

32、graph-red p2 rxd rts txd cts p1 圖 23 霍爾測速的仿真圖 7 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果與數(shù)據(jù)分析 將所制作好的硬件進(jìn)行調(diào)試，直流電機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)，啟動(dòng)單 片機(jī)，數(shù)碼管顯示出了轉(zhuǎn)速。然后再用 usb 轉(zhuǎn)串口線連接到電 腦上的 usb 上進(jìn)行調(diào)試，觀看上位機(jī)的界面效果和 excel 保存 的的數(shù)據(jù)。 7.1 上位機(jī) labview 界面圖與保存的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù) 通過調(diào)節(jié)電位器調(diào)節(jié)直流電機(jī)的的電壓，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。 調(diào)節(jié)電位器時(shí)上位機(jī)界面中轉(zhuǎn)盤的指針將迅速擺動(dòng)。上位機(jī)的 界面效果如圖 24 所示。此時(shí)的轉(zhuǎn)速為 72 轉(zhuǎn)/秒，串口通信正常。 在轉(zhuǎn)盤指針擺動(dòng)的同時(shí)所接收的轉(zhuǎn)速數(shù)值和接收到

33、轉(zhuǎn)速的時(shí)間 和日期也會(huì)迅速的保存在 excel 表格當(dāng)中。excel 表格中部分 數(shù)據(jù)如表 2 所示。 圖 24 上位機(jī)界面效果圖 表 1 驅(qū)動(dòng) led 數(shù)碼管的段代碼 日期時(shí)間 轉(zhuǎn)速 （r/s） 2011-4- 27 10:53:4851 2011-4- 27 10:53:49180 2011-4- 27 10:53:50143 2011-4- 27 10:53:51148 2011-4- 27 10:53:52152 2011-4- 27 10:53:53151 2011-4- 27 10:53:54151 2011-4- 27 10:53:55151 2011-4- 27 10:53:5

34、6164 2011-4-10:53:57170 27 2011-4- 27 10:53:58126 2011-4- 27 10:53:5996 7.2 轉(zhuǎn)速分析 如圖 25 所示為測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過一次擬合得到的電壓-轉(zhuǎn)速 曲線，曲線為直線，它是將所測的的數(shù)據(jù)通過 matlab12件編程 得到的曲線，經(jīng)過分析曲線的斜率為 24.7 所以電機(jī)的轉(zhuǎn)速于電 壓的關(guān)系表達(dá)式如公式（1）所示： .speed87. 8* 7 . 24v .(1) 公式中 speed 表示電機(jī)的轉(zhuǎn)速，v 表示電機(jī)兩端的電壓。 曲線并沒有過原點(diǎn)，按照轉(zhuǎn)速公式輸入電壓為 0 時(shí)輸出轉(zhuǎn)速并 不為 0.經(jīng)過分析我覺得主要是因?yàn)殡姍C(jī)的內(nèi)

35、阻受溫度影響，而 且電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)并不是完全的無摩擦的，速度不同電機(jī)受到的摩 擦力也不同。matlab 軟件程序如下： t=1.25 2 2.2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.38; y=20 39 44 52 63 78 90 104 116 129 141 154 166 178 191 204 213 222 236 243; co=polyfit(t,y,1); a1=co(1);a2=co(2); y=a1.*t+a2; plot(t,y) hold on ti=0:0.5:12; title(電機(jī)轉(zhuǎn)速-電壓擬合曲

36、線) 1234567891011 0 50 100 150 200 250 壓 壓 壓 壓 -壓 壓 壓 壓 壓 壓 圖 25 電機(jī)轉(zhuǎn)速與電壓的關(guān)系曲線 8 結(jié)束語 經(jīng)過幾個(gè)月的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了論文。從開始接 到論文題目到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對 我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我大學(xué)期間獨(dú)立完成的最 大項(xiàng)目。通過這次制作畢業(yè)設(shè)計(jì)我感受到自己學(xué)習(xí)的過程和研 究的過程是最可貴的。只有不斷的學(xué)習(xí)才能使自己的研究能力 提高。 在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識。在我對labview軟件一 點(diǎn)都不了解的狀態(tài)下，我開始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)。在圖書館 查看相關(guān)書籍和觀看網(wǎng)上視頻后讓自己

37、對labview編程有基礎(chǔ)的 理論知識。開始的時(shí)候根據(jù)手中的資料編寫簡單的程序來熟悉 labview編程界面和編程思想。在對labview編程有一定的理論 基礎(chǔ)和實(shí)踐基礎(chǔ)后才開始思考自己的設(shè)計(jì)作品應(yīng)該怎么才能實(shí) 現(xiàn)。我將上位機(jī)設(shè)計(jì)分為串口接收和數(shù)據(jù)保存為兩個(gè)模塊。于 是我到網(wǎng)上搜索labview關(guān)于串口編程的和數(shù)據(jù)保存至excel的 實(shí)例，但是所找到的實(shí)例很少并且基本上都有問題，這樣我只 能通過labview書上的知識來自己編寫程序并調(diào)試。我首先編寫 的是串口自收自發(fā)程序，在這個(gè)小程序完成后逐步添加和修改 程序使得串口接收的部分功能完成。接著通過我不斷的學(xué)習(xí)實(shí) 現(xiàn)了數(shù)據(jù)保存的功能。在將上位機(jī)完

38、全調(diào)試好后我開始設(shè)計(jì)硬 件部分，根據(jù)以前的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和查看了一些書籍后我對硬件設(shè) 計(jì)有了初步的設(shè)計(jì)方案。我將初步的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真測試它 的可行性，并請指導(dǎo)老師查看方案是否可行。經(jīng)過劉剛老師的 指導(dǎo)我不斷改善設(shè)計(jì)方案并定了最終方案。在定下方案后就開 始制作硬件，在制作完成后在便對硬件和上位機(jī)整體進(jìn)行調(diào)試。 在不斷的調(diào)試后終于達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。將實(shí)物制作好后我便開 始撰寫論文。在完成初稿后的事情便是不斷的對它修改，在論 文修改階段時(shí)，與老師的交流也多了，自己寫初稿時(shí)很多不確 定的想法也能向老師咨詢了。根據(jù)老師給的意見，我充分考慮 并根據(jù)自身的情況盡量修改。一篇優(yōu)秀的論文不是寫出來的， 而是修改出來的

39、，這需要的是耐心，還要用心。最后經(jīng)過多次 修改，論文質(zhì)量也逐步得到提高，并最終完成。 雖然我的設(shè)計(jì)作品還有很多不足之處。但是這次設(shè)計(jì)項(xiàng)目 的經(jīng)歷也會(huì)使我終身受益， 。這次的經(jīng)歷能讓我知道要耐心，用 心去做每一件事情這樣才能使自己成功。設(shè)計(jì)作品和論文能夠 順利的完成，需要感謝指導(dǎo)老師和許多同學(xué)對我的幫助，在這 里請你們接受我誠摯的謝意！ 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1劉君華.基于 labview 的虛擬儀器設(shè)計(jì)m.北京：電子工 業(yè)出版社，2003 2陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)m.機(jī)械工業(yè)出版社， 2003 年 3胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù) m.清華大學(xué)出版社, 2004.274-279 4 郁有文.

40、傳感器原理及工程應(yīng)用m西安電子科技大學(xué)出 版 2008.116-123 5趙樹磊.基于霍爾傳感器的電機(jī)測速裝置j.江蘇電器， 2009：10，53-56 6陳明熒.8051 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教程m清華大學(xué)出 版社 7梅麗風(fēng)，王艷秋，汪雨澤.單片機(jī)原理及接口技術(shù)m.清 華大學(xué)出版社，2004 年 8林敏，于忠得.74ls164 在單片機(jī) led 顯示電路中的應(yīng)用 j.大連工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（2）：95-96 10聶清模擬電路設(shè)計(jì)m高等教育出版社2007 年 11劉君華.虛擬儀器圖形化編程語言 labview 教程m.西安 電子科技大學(xué)出版社，2003 12 劉明.精通 matlab 7.電

41、子工業(yè)出版社m.2006 14gaey wendt e,klaus k w.a new type of hydraulic actuator using electrorheological fluidsj.internationalj moder physics b,1999(14):2 176. 15gary w.johnson，richard jennings. graphical programming,2011. 附錄一：電路圖附錄一：電路圖 p1.0/t2 1 p1.1/t2ex 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 r st 9

42、p3.0/r xd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/w r 16 p3.7/r d 17 xtal2 18 xtal1 19 vss 20 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 p2.7/a15 28 psen 29 ale 30 ea/vpp 31 p0.7/ad7 32 p0.6/ad6 33 p0.5/ad5 34 p0.4/ad4 35 p0.3/ad3 36

43、 p0.2/ad2 37 p0.1/ad1 38 p0.0/ad0 39 vc c 40 u1 p80c 31sb pn 30pf c 3 30pf c 1 12 y1 xtal gnd vc c gnd 1 2 3 4 5 6 7 8 p2 1 2 3 4 5 6 7 8 p3 header 8 1 2 3 4 5 6 7 8 p5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 p1 10k r 1 10uf c 2 vc c gnd s1 1 2 3 4 5 6 7 8 p4 vc c r est c 1+ 1 vdd 2 c 1- 3 c 2+ 4 c 2- 5 vee 6 t2out 7 r 2

44、in 8 r 2out 9 t2in 10 t1in 11 r 1out 12 r 1in 13 t1out 14 gnd 15 vc c 16 u2 m ax232ac pe 104 c 4 104 c 6 104 c 7 104 c 5 gnd vc c p3.1 p3.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 j1 d c onnector 9 e 1 d 2 dp 3 c 4 g 5 1 6 b 7 2 8 3 9 f 10 a 11 4 12 ds1 out 1 1 2 2 3 3 s2 3144 vc c gnd vc c 1k r 2 out 1000uf c 10 c ap 22

45、0uf c 11 c ap d5 led0 300 r 6 1 2 p7 header 2h d6 b ridge1 uin in 1 2 out 3 gnd u4 lm 7805 p3.0 p3.1 ab cde f gdp1 234 a b c d e f g dp 1 2 3 4 1000uf c 8 c ap 220uf c 9 c ap d4 led0 300 r 5 1 2 p6 header 2h in 3 1 out 2 adj u3 lm 317 d2 b ridge1 uin 240 r 3 4.7k r 4 d3 d1 附錄二：labview 整體程序圖 附錄三：單片機(jī)程

46、序程序 #include unsigned int send4=0 x31,0 x32,0 x33,0 x34; /待發(fā) 送的測量數(shù)據(jù) unsigned char code temp=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,/數(shù) 碼管代碼 0 x66,0 x6d,0 x7d ,0 x07, 0 x7f,0 x6f; int a,second,number,speed; int ge,shi,bai,qian; void uart_init() sm0=0; sm1=1; /設(shè)置為模式 1 ti=0; /復(fù)位串口中斷標(biāo)志位 th1=0 xfd; /設(shè)置波特率 tl1=0xfd; tmod

47、=0 x21; /設(shè)置定時(shí)器為工作模式 2 ea=1; /開總中斷 et1=0; /關(guān)定時(shí)器 t1 中斷 tr1=1; /啟動(dòng)定時(shí)器 /* */ void time0_init() tmod=0 x21; /設(shè)置定時(shí)器 0 工作模式 th0=(65536-46080)/256; tl0=(65536-46080)%256; et0=1;/開 t0 中斷 it0=1;/ 設(shè)置負(fù)邊沿觸發(fā) ex0=1; / 開外部中斷 tr0=1;/啟動(dòng)定時(shí)器 t0 number=0; /延時(shí)程序 void delay(int x) int i,j; for(j=0;jx;j+) for(i=0;i10;i+);

48、/* */ /uart 發(fā)送程序查詢方式發(fā)送數(shù)據(jù) void uart_send() for(a=0;a4;a+) ti=0; sbuf=senda; while(!ti); ti=0; delay(10) ; /*/ /顯示程序 void display() qian=speed/1000; bai=speed%1000/100; shi=speed%100/10; ge=speed%10; p2=0 xef; p1=tempqian; delay(10); p2=0 xdf; p1=tempbai; delay(10); p2=0 xbf; p1=tempshi; delay(10); p2=0 x7f; p1=tempge; delay(10); /* */ void main() uart_init(); time0_init(); speed=0; while(1) send1=speed/100;/更新轉(zhuǎn)速 send2=speed%100; display(); void inter0() interrupt 0 number+; /中斷計(jì)數(shù) void timer0() interrupt