电赛模拟训练日志总结一（直流电机测速装置项目）

直流装置测速装置（O题）

【高职组】
一、任务
在不检测电动机转轴旋转运动的前提下，按照下列要求设计并制作相应 的直流电动机测速装置。
二、要求
1．基本要求 以电动机电枢供电回路串接采样电阻的方式实现对小型直流有刷电动机 的转速测量。
（1）测量范围：600～5000rpm （2）显示格式：四位十进制 （3）测量误差：不大于 0.5％ （4）测量周期：2 秒 （5）采样电阻对转速的影响：不大于 0.5％
2．发挥部分
以自制传感器检测电动机壳外电磁信号的方式实现对小型直流有刷电动 机的转速测量。 （1）测量范围：600～5000rpm （2）显示格式：四位十进制 （3）测量误差：不大于 0.2％ （4）测量周期：1 秒 （5）其他
三、说明
1．建议被测电动机采用工作电压为 3.0～9.0V、空载转速高于 5000rpm 的直流 有刷电动机。
2．测评时采用调压方式改变被测电动机的空载转速。
3．考核制作装置的测速性能时，采用精度为 0.05％±1 个字的市售光学非接触 式测速计作参照仪，以检测电动机转轴旋转速度的方式进行比对。
4．基本要求中，采样电阻两端应设有明显可见的短接开关。
5．基本要求中，允许测量电路与被测电动机分别供电。
6．发挥部分中，自制的电磁信号传感器形状大小不限，但测转速时不得与被测 电动机有任何电气连接

一、题目解决方案
基本部分实施方案：
在直流电机供电回路中串联采样电阻，通过电流采样的方式，把采集的信号中的直流成分与交流成分分离，获取交流成分，再经过相应放大、耦合、比较电路，将交流信号转变成单片机能识别的电平信号，单片机控制器捕获相应的电平信号经过相应公式转换成电机转速，最终在显示屏上显示。
发挥部分实施方案：
通过自制传感器线圈感应电动机壳外电磁信号，线圈感应产生的信号经过经过相应放大、耦合、比较电路，将信号转变成单片机能识别的电平信号，单片机控制器捕获相应的电平信号经过相应公式转换成电机转速，最终在显示屏上显示。

以上是系统总体框图

二、模块讲解
1.信号采集方式
1）通过采样电阻采集（基本部分）
2）通过磁感应线圈采集 (发挥部分)
2.信号分离
一般的直流信号都伴随着交流信号，我们可以通过某些电容将直流与交流分离（电容隔直通交，电感通直隔交）
3.信号处理
获得的交流信号总会伴随着很多噪声、高频信号，我们需要经过相应电路将没用的信号去掉，其中包括运放、耦合、比较电路。
4.控制显示

三、重点部分
1.基本部分电路

由于采集到的电流信号有直流交流成分，还会产生噪声，高频信号，因此我们必须对电流信号进行一定处理。采样的电枢电流经过C1电容，直流成份被消除且电容起到一定滤波作用，提取的交流成分经过一级放大器，再经过C2电容进入带通滤波器（选频放大器：对某一段频率或单一频率的信号具有突出的放大作用，而对其他频率的信号具有较强抑制作用的放大单元。），信号经过R4后，低频信号直接经过RV1（电阻能传输低频信号）,高频信号则要经过C2(在电容一定的情况下，频率越高，越容易通过。在频率一定的情况下，电容越大，越容易通过。),信号二级放大后进入RC电路（低通滤波器），此时能通过示波器看到一个相对稳定的正弦信号，正弦信号经过比较器（在放大器同向或反相输入端设定一个参考电压，当进入比较器的信号值大于参考电压，输出高电平，反之则输出低电平），比较产生的脉冲信号经过三极管放大电路，输出端能输出一个+5v的脉冲信号。单片机控制端对信号进行捕获，运算，最终将结果显示在显示屏上。

1.发挥部分电路

本部分电路与基本部分基本相似，只是对信号的采集方式不一样。电机在电枢电压驱动下，线圈在磁场中的空间现对位置会发生改变,磁通量会发生改变,自制磁感应线圈（或者电感元件）会产生感应电动势，产生的信号经过差分放大器电路（减法器），差分放大电路对共模输入信号有很强的抑制能力，对差模信号却没有多大的影响，因此差分放大电路一般做集成运算的输入级和中间级，可以抑制由外界条件的变化带给电路的影响，如温度噪声等。你可以去找一些集成电路看一下，第一级基本上都是差分放大。后面电路与前面一样，这里就不多讲啦！！！
2.电源
学生电源，由于运放需要用到正负电源，可以将两个电源反接。
、程序的设计
（1）程序功能描述与设计思路
由于有刷电机每转动一周，其电流将会突变 N 次，根据电机情况不同，其中 N 有可能是6 次或者 8 次，电流频率测速法正是通过测量电机电流的突变频率，换算成电机转速首先进行初始化，用系统滴答定时器计时，若经过1s无脉冲输入，则显示转速为0。若捕获到上升沿，则开启计时定时器（1s或2s），计时结束后，记录脉冲个数N，关闭计时定时器，并继续测量下一个脉冲完结所需时长。可得出N+1个脉冲所需时长，并换算成转速（rpm）。系统还加入按键功能，每次按下按键可切换测量周期。

关键字：定时器，输入捕获

四、测试方案与测试结果
1、测试方案
（1）硬件测试
本次测试只对基本部分电路进行测试，发挥部分就不加以讲解了。
首先焊接电路板上电测试，以下是对应电路图测试点测试的示波器显示波形图。
测试采样点A波形图
测试点一级放大波形图

测试点二级放大波形图

测试点RC电路波形图

测试点LM339比较器波形图

测试点三极管放大波形图

注：由于电机不一样，所测波形有所区别，可以使用多款电机进行测试。

（2）软件仿真测试
此处不多讲，因为我只负责硬件部分。
（3）硬件软件联调
2、测试条件与仪器
测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。
测试仪器：高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表。
3、测试结果及分析
对于不同电机，所测结果差别很大，存在的误差也很大，所以说电机选型很重要。此外运放芯片，电阻电容的选值也很重要。
五、总结
由于第一次参加电赛，经验十分不足，虽然说有一定的理论支撑，但是应用到实际中来是远远不够的。从本次训练知道，动手能力差，焊接功底薄，电路知识理解不透彻，还有一点就是一定一定要放好心态，必须在接下来的训练中加强。