直流电机转速、电流检测及其显示
直流电机参数_范文
直流电机参数_范文直流电机是一种常用的旋转电机，其原理是利用直流电流经过电枢和电枢磁场产生转矩，实现电能转化为机械能。
直流电机常用于家庭电器、工业设备、交通工具、船舶等领域。
直流电机的主要参数包括电压（V）、电流（I）、功率（P）、转速（N），以及负载扭矩（T）等。
1.电压（V）：直流电机的工作电压通常是提前确定的，例如12V或24V等。
电压是直流电机正常运转所必需的电能供应。
2.电流（I）：直流电机的工作电流也是提前确定的，通常电机的额定电流就是在额定负载下所消耗的电流。
电流与电机的功率直接相关，功率越大，所消耗的电流也越大。
3.功率（P）：直流电机的功率与电机的额定电流和额定电压有关，可以通过功率公式P=V*I计算得出，功率表征直流电机产生机械能的能力。
功率越大，电机的输出扭矩也越大。
4. 转速（N）：直流电机的转速是指电机旋转一周所用的时间，通常以每分钟转数（rpm）来表示。
转速与电压和负载有关，一般情况下，电机的额定转速是在额定电压下仅承受额定负载时的转速。
5.负载扭矩（T）：直流电机的负载扭矩是指电机产生的转矩大小，也可以理解为电机旋转产生的力矩。
负载扭矩是通过电机的电枢磁场和电流计算得出的，通常使用牛顿米（Nm）来表示。
在实际应用中，直流电机的参数还包括效率、启动力矩、起动电流、保护等级等。
1.效率（η）：直流电机的效率表示电机在将输入电能转化为机械能时的能量损耗情况。
效率越高，电机的能量利用率越高。
2.启动力矩（Ts）：直流电机启动力矩是指电机在正常运行前所需的扭矩大小。
启动力矩与电机的转速直接相关，需要根据负载的要求选择适当的电机启动力矩。
3.起动电流（Is）：直流电机起动电流是指电机在启动时所需的电流大小。
起动电流通常会比额定电流大，启动电流过大可能会影响电路的稳定性。
4. 保护等级（IP等级）：直流电机在设计和制造时会考虑保护等级，用来保护电机免受外部灰尘、水分等侵害。
保护等级通常以IP（Ingress Protection）标准来表示，IP等级由两个数字组成，第一个数字表示防尘等级，第二个数字表示防水等级。
直流电机电流检测电路的设计
直流电机电流检测电路的设计作者：王振亚来源：《电子技术与软件工程》2017年第04期摘要本设计选用飞思卡尔的32位微控制器MK60DN512（简称K60）为核心控制模块，用IR2104和NMOS搭建H桥电机驱动电路，使用LTC6102直接监视和测量电机电流。
该电路可以准确测量电路电流并将电流转换成电压，可实现电压的放大，调节和测量。
经实验分析，该电路结构简单，易于实现，适合小功率电机驱动电路的电流检测。
【关键词】MK60DN512 H桥电机驱动电路 LTC6102 电流检测随着对直流电机控制精度的提高，直流电机的电流检测成为双闭环控制和检测电机工作状态的重要因素。
目前，比较流行的电流检测方法有功率管检测、并联电流镜检测和串联电阻检测这三种。
功率管检测受温度影响较大，并联电流镜检测电路复杂，响应时间较慢，串联电阻检测的精度高，电路简单。
本设计采用超精准的LTC6102电流检测放大器可把误差降低到毫安级，同时降低了检测电阻，减少了功耗。
1 设计原理本设计采用飞思卡尔的微控制器产生20Khz的PWM的脉冲来控制电机驱动电路驱动电机，调节PWM脉冲的占空比可实现电动机的调速。
回路中串联一个采样电阻，回路中电流和采样电阻两端的电压成正比，用LTC6102把采样电阻两端的电压比较放大，再使用K60的模数转换（ADC）模块把电压信号转换成数字信号进行数据处理。
直流电机在不同转速或负载的情况下电流不同，直流电机采样电流可与转速实现双闭环控制，提高电机的控制精度，可实时监测电机扭矩和功率等信息。
2 电路设计2.1 控制单元本电路采用飞思卡尔k60系列的32位单片机MK60DN512作为核心控制器，K60外设丰富，主频可达100Mhz，使用k60的FTM模块产生20KHZ的PWM脉冲，为提高精度使用K60的16位的ADC模块采集采样电阻放大的电压。
采集的电压再经过计算得到电流。
2.2 电机驱动电路电机驱动电路使用N沟道MOSFET和专用栅极驱动芯片设计，N沟道MOSFET选用IR 公司TO-252 封装的IRLR7843，IRLR7843具有极低的导通电阻RDS=3.3mΩ，耐压值可达30V，电流可达161A，使用四个IRLR7843可构成H桥驱动电路，实现电机正反转。
基于光电传感器的直流电机转速测量系统设计-课设报告
北京信息科技大学测控综合实践课程设计报告题目：基于光电传感器的直流电机转速测量系统设计学院：仪器科学与光电工程学院专业：测控技术与仪器学生姓名：摘要摘要基于单片机的转速测量方法较多，本次设计主要针对于光电传感器测量直流电机转速的原理进行简单介绍，并说明它是如何对电机转速进行测量的。
通过实验得到结果并进行了数据分析。
本次设计应用了STC89C52RC单片机，采用光电传感器测量电机转速的方法，其中硬件系统包括脉冲信号的产生模块、脉冲信号的处理模块和转速的显示模块三个模块，采用C语言编程，结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。
关键词：直流电机；单片机；PWM调节；光电传感器Abstract目录摘要 (I)第一章概述 (1)1.1 课设目标 (1)1.2 内容 (1)第二章系统设计原理 (2)2.1 STC89C52单片机介绍 (2)2.2 STC89C52定时计数器 (4)2.3 STC89C52中断控制 (6)2.4 光电传感器 (6)2.5 数码管介绍 (7)第三章硬件系统设计 (10)3.1测速信号采集及其处理 (10)3.2 单片机处理电路设计 (11)3.3 显示电路 (12)3.4 PWM驱动电路 (13)第四章软件设计 (14)4.1语言选用 (14)4.2程序设计流程图 (14)4.3原程序代码 (15)第五章数据分析 (19)总结 (20)附件 (21)参考文献 (23)第一章概述在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。
目前国内外测量电机转速的方法有很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。
计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。
直流电机转速控制实验报告
计算机控制技术综合性设计实验实验课程：直流电机转速控制实验设计报告学生姓名：学生姓名：学生姓名：学生姓名：指导教师：牛国臣实验时间：年月日直流电机转速控制实验设计报告一、实验目的：1.掌握电机的工作原理。
2.掌握直流电机驱动控制技术。
3.掌握增量式编码器位置反馈原理。
4.熟悉单片机硬件电路设计及编程。
5.实现直流电机的转速控制。
二、实验内容：已知某一直流永磁有刷伺服电机参数如下：设计直流电机转速控制系统。
要求：表1 直流伺服电机参数1.分析并建立电机的数学模型，分别得出在连续控制系统和离散控制系统中对应的传递函数；2.基于MATLAB软件对直流电机进行仿真，并通过PID控制器的参数整定对直流电机进行闭环控制，3.设计直流电机控制硬件电路，主要包括主控模块、电机驱动模块、编码器反馈模块、通信模块、电源模块、显示模块等。
4.对各模块进行单元调试，设计数字PID控制器，并基于A VR单片机编制程序，进行系统联调。
5.最终完成直流电机控制硬件平台的设计、搭建及软件调试，要求有速度设置、显示功能，速度控制误差在1%以内，具有与上位机通讯的接口，能通过上位机方便进行参数设置、速度控制等操作。
三、 实验步骤：1、建立电机的数学模型，得出控制统的传递函数；由直流电机得来的三个方程：n k dt di Li R s u E m m ++=)( i k T M m =f L m T dtdw J T T ++= 、 进行拉式变换得：)()()()(s n k s LSI s I R s U E m m ++=)(s I k T M m =f L m T s JS T T +Ω+=)(带入数据在进行z 变换得: 521039.19252.01394.0459.1)(-⨯+-+=z z z z G 2、.基于MATLAB 软件对直流电机进行仿真（1）连续系统阶跃响应程序为：>> num=[1]num =1>> den=[0.0000000542,0.00061,0.0468]den =0.0000 0.0006 0.0468>> G=tf(num,den)Transfer function:1----------------------------------5.42e-008 s^2 + 0.00061 s + 0.0468>> step(G)>> Gz=c2d(G,0.01,'zoh')Transfer function:11.43 z + 0.06868-----------------z^2 - 0.4618 zSampling time: 0.01>> step(Gz)阶跃响应曲线如图1所示：图1 阶跃响应曲线（2）离散系统的单位阶跃响应程序如下：>> num=[52.756.913];>> den=[1 -0.8009 0.0005123];>> sys=[num,den,0.001];>> dstep(num,den,100)离散系统的阶跃响应曲线如图2所示（T=1ms）：图2 离散系统的阶跃响应曲线（3）PID参数整定1）设D(z)=错误！未找到引用源。
转速电流双闭环直流调速系统设计
转速电流双闭环直流调速系统设计一、引言直流调速系统是控制直流电机转速的一种常用方法。
在实际应用中，为了提高系统性能，通常采用双闭环控制结构，即转速环和电流环。
转速环用于控制电机转速，电流环用于控制电机电流。
本文将对转速、电流双闭环直流调速系统进行详细设计。
二、转速环设计转速环的主要功能是通过控制电机的转矩来实现对转速的精确控制。
转速环设计步骤如下：1.系统建模：根据电机的特性曲线和转矩方程，建立电机数学模型。
通常采用转速-电压模型，即Tm=Kt*Ua-Kv*w。
2.设计转速环控制器：选择适当的控制器类型和参数，比如PID控制器。
根据电机数学模型，可以使用根轨迹法、频域法等进行控制器参数设计。
确定控制器增益Kp、Ki和Kd。
3.闭环仿真：使用仿真软件，进行闭环仿真，验证控制器的性能。
4.实际系统调试：将设计好的转速环控制器实施到实际系统中，进行调试和优化。
根据实际情况对控制器参数进行微调。
三、电流环设计电流环的主要功能是控制电机的电流，以确保电机输出的转矩能够满足转速环的要求。
电流环设计步骤如下：1.系统建模：根据电机的特性曲线和电流方程，建立电机数学模型。
通常采用电流-电压模型，即Ia=(Ua-R*Ia-Ke*w)/L。
2.设计电流环控制器：选择适当的控制器类型和参数，比如PID控制器。
根据电机数学模型，可以使用根轨迹法、频域法等进行控制器参数设计。
确定控制器增益Kp、Ki和Kd。
3.闭环仿真：使用仿真软件，进行闭环仿真，验证控制器的性能。
4.实际系统调试：将设计好的电流环控制器实施到实际系统中，进行调试和优化。
根据实际情况对控制器参数进行微调。
四、双闭环控制系统设计在转速环和电流环都设计好的基础上，将两个闭环控制器连接起来，形成双闭环控制系统。
具体步骤如下：1.控制系统结构设计：将电流环置于转速环的前端，形成串级控制结构。
2.系统建模：将转速环和电流环的数学模型进行串联，建立双闭环控制系统的数学模型。
直流电机电流和转速的关系
直流电机电流和转速的关系直流电机是一种将电能转化为机械能的设备。
在直流电机中，电流和转速之间存在着密切的关系。
本文将从理论和实验两方面探讨直流电机电流和转速的关系。
理论上，直流电机的转速与电流之间存在着线性关系。
根据欧姆定律，我们知道电流与电压成正比，而直流电机的转矩与电流成正比。
转速是由转矩和负载之间的关系决定的。
因此，可以得出结论，直流电机的转速与电流成正比。
在实验中，我们可以通过改变电流来观察直流电机的转速变化。
首先，我们需要准备一个直流电源和一个直流电机。
将直流电机与电源连接，调节电源的电压，改变电流大小。
然后，使用转速计测量直流电机的转速。
记录每个电流下的转速数值，并绘制成图表。
在进行实验时，我们发现随着电流的增加，直流电机的转速也随之增加。
这进一步验证了电流与转速之间的线性关系。
当电流增大时，直流电机产生的转矩也增大，从而使转速增加。
这是因为电流的增加导致电机中的磁场增强，进而增加了转矩的大小。
然而，需要注意的是，直流电机的转速与电流之间的关系并非线性关系。
在一定范围内，电流和转速呈线性关系，但当电流达到一定值后，转速将趋于饱和，不再随电流的增加而线性增加。
这是由于直流电机的设计和工作原理所决定的。
除了电流，直流电机的转速还受到其他因素的影响，如电机的负载、电机的设计参数等。
负载的增加会增加电机的转矩需求，从而降低转速。
而电机的设计参数，如电机的磁场强度、绕组结构等，也会对转速产生影响。
总结起来，直流电机的转速与电流之间存在着一定的关系。
在一定范围内，电流与转速呈线性关系。
然而，这种关系受到其他因素的影响，如负载和电机的设计参数。
因此，在实际应用中，我们需要综合考虑这些因素，以获得所需的转速。
直流电机的电流和转速关系是研究和应用直流电机的重要基础，对于电机控制和性能优化具有重要意义。
直流电机PWM调速
直流电机转速的PWM控制测速王鹏辉姬玉燕摘要本设计采用PWM的控制原理来完成对直流电机的正转、反转以及其加速、减速过程的控制，在此过程中是通过单片机的定时器加上中断的方式产生不同时长的高低电压脉冲信号来完成。
并通过霍尔传感器对直流电机的转速进行测定，最后将实时测定的转速数值1602液晶屏上。
关键词：PWM控制直流电机霍尔传感器 1602液晶显示屏 L298驱动一、设计目的：了解直流电机工作原理，掌握用单片机来控制直流电机系统的硬件设计方法，熟悉直流电机驱动程序的设计与调试，能够熟练应用PWM方法来控制直流电机的正反转和加减速，提高单片机应用系统设计和调试水平。
1.1系统方案提出和论证转速测量的方案选择,一般要考虑传感器的结构、安装以及测速范围与环境条件等方面的适用性;再就是二次仪表的要求,除了显示以外还有控制、通讯和远传方面的要求。
本说明书中给出两种转速测量方案，经过我和伙伴查资料、构思和自己的设计，总体电路我们有两套设计方案，部分重要模块也考虑了其它设计方法，经过分析，从实现难度、熟悉程度、器件用量等方面综合考虑，我们才最终选择了一个方案。
下面就看一下我们对两套设计方案的简要说明。
1.2 方案一：霍尔传感器测量方案霍尔传感器是利用霍尔效应进行工作的？其核心元件是根据霍尔效应原理制成的霍尔元件。
本文介绍一种泵驱动轴的转速采用霍尔转速传感器测量。
霍尔转速传感器的结构原理图如图3.1, 霍尔转速传感器的接线图如图3.2 。
传感器的定子上有2 个互相垂直的绕组A 和B, 在绕组的中心线上粘有霍尔片HA 和HB ,转子为永久磁钢,霍尔元件HA 和HB 的激励电机分别与绕组A 和B 相连,它们的霍尔电极串联后作为传感器的输出。
图3.1 霍尔转速传感器的结构原理图方案霍尔转速传感器的接线图缺点：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。
他励直流电动机机械特性的测定实验报告
他励直流电动机机械特性的测定实验报告实验报告：直流电动机机械特性的测定引言：直流电动机是一种常见的电动机类型，广泛应用于工业生产中。
机械特性是指电动机在不同负载条件下的转速、转矩和功率之间的关系。
通过测定直流电动机的机械特性，可以了解电动机在不同负载下的性能指标，为电动机的选择和应用提供参考。
实验目的：1.测定直流电动机的转速-负载特性曲线；2.测定直流电动机的转速-电机电枢电流特性曲线；3.测定直流电动机的效率。
实验原理：1.转速-负载特性曲线实验原理：通过改变电动机的负载，测量不同负载下的转速和转矩，并计算功率，得到转速-负载特性曲线。
2.转速-电机电枢电流特性曲线实验原理：通过改变电动机的电枢电流，测量不同电流下的转速和转矩，并计算功率，得到转速-电机电枢电流特性曲线。
3.效率测定原理：根据直流电动机的输入功率（电源电压×电机电枢电流）和输出功率（机械功率），计算出直流电动机的效率。
实验步骤：1.测定转速-负载特性曲线：（1）将电动机空载转动，通过转速计测量电动机的空载转速；（2）依次添加不同的负载，分别测量旋钮开度、载荷质量、电机输出转矩；（3）根据测得的数据，计算负载对应的转速和功率；（4）绘制转速-负载特性曲线。
2.测定转速-电机电枢电流特性曲线：（1）设置电动机的负载为一定值，将旋钮开度调至合适位置；（2）改变电动机电枢电流的大小，使用电流表测量电枢电流；（3）测量电动机的转速和转矩；（4）根据测得的数据，计算电枢电流对应的转速和功率；（5）绘制转速-电机电枢电流特性曲线。
3.测定效率：（1）选择一个转速和负载，测量相应的电机电枢电流、输入功率和输出功率；（2）根据测得的数据，计算出效率。
实验结果和数据处理：1.转速-负载特性曲线：[插入转速-负载特性曲线图]2.转速-电机电枢电流特性曲线：[插入转速-电机电枢电流特性曲线图]3.效率测定：根据测得的数据计算得到效率为XX%。
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2013-9-16
指导教师：林家泉
成 员：周贤民、穆欣
2013-9-16
指导教师：林家泉
成 员：周贤民、穆欣ings
在PCB设计时我们把单片机的一些引脚预留了出来，可以在软件编程时有不同 的选择，不同的编程方式，通过跳冒来选择使用单片机的不同硬件资源，同时 为其他扩展功能预留接口
2013-9-16
指导教师：林家泉
成 员：周贤民、穆欣
7
参数显示 Parameters Display
显示模块我们选用的是LCD1602,共两行每行可显示16个ASCII字符，上面一行 用于显示电流，下面一行用于显示转速。该显示器件内部集成了ASCII码表，单 片机只需向其显示寄存器发送预显示字符的ASCII码，就会在显示屏上输出对应 的字符，使用方便，缺点就是占用CPU的硬件资源较多，还有显示刷新速度较 低。
2013-9-16
指导教师：林家泉
成 员：周贤民、穆欣
2
题目分析
经分析可知本系统需由单片机系统模块、 速度检测模块、电流检测模块、参数显示 模块、以及电源模块组成。
2013-9-16
指导教师：林家泉
成 员：周贤民、穆欣
3
模块分析 速度检测 电流检测
CPU
参数显示 系统设置
2013-9-16
指导教师：林家泉
9
系统总原理图
2013-9-16
指导教师：林家泉
成 员：周贤民、穆欣
10
PCB设计
2013-9-16
指导教师：林家泉
成 员：周贤民、穆欣
11
效果演示
2013-9-16
指导教师：林家泉
成 员：周贤民、穆欣
12
谢谢各位老师！
2013-9-16
指导教师：林家泉
成 员：周贤民、穆欣
13
基于STC89C52单片机
指导教师：林家泉 学 生：周贤民、穆欣
2013-9-16
指导教师：林家泉
成 员：周贤民、穆欣
1
题目介绍
简介：直流电动机的控制需要检测实时转 速、电流等信息。本题目要求设计一个单 片机采样显示系统，包括电流传感器、速 度传感器的选型应用，检测电路的设计， 单片机的程序设计，电路板的制作等内容。 目的：通过题目使学生对直流电机的工作 原理能加深理解，对单片机的应用，电路 板的制作，电路的设计等提供应用锻炼机 会。
2013-9-16
指导教师：林家泉
成 员：周贤民、穆欣
5
速度检测 Speed Detecting
速度检测，有多种方法可以实现，比如测速发电机，光电编码器，光电对管， 电枢电流高次谐波频率法等等，我们采取了使用光电对管的方法来获取转子的 转速，这种方法实现起来简单，成本也低，测速也比较准确。其原理是：通过 在电机转轴上安装一个质轻的钢圆盘，圆盘的径向上等间距开有栅缝，圆盘放 在光电对管槽的中央，当光电对管一端的红外信号通过光栅透过到达对面的检 测区时，对面检测到了有信号过来，就会输出一个脉冲信号。单片机通过测量 这个脉冲信号的频率就可以近似算出转子的瞬时转速。
2013-9-16
指导教师：林家泉
成 员：周贤民、穆欣
6
电流检测Current Detecting
电流检测，电流的检测方法可以使用精密电阻串在被测回路里，将电流转换成 电压通过AD获取电阻两端的电压来间接求的电流，但是这种方法如果电流过大 的话会由于电阻发热造成电阻值发生漂移，测得的电流就不准确了，同时串了 个电阻(虽然不大)，会对被测电路产生影响。于是在林老师的指导下选择了基于 霍尔效应的霍尔电流传感器，这种电流传感器具有体积小、能将被测电流完全 隔离开等优点。具体型号我们选用的是Allegro公司生产的ACS712ELCTR-05BT，这是一款量程为-5A~+5A的线性霍尔电流传感器，输入被测电流输出一个与 被测电流成线性关系的电压值，具有185mv/A的输出灵敏度，80KHz带宽。
成 员：周贤民、穆欣
4
系统处理器 Central Processor
对于系统的处理器，由于本题目要求实现的功能比较单一，对处理器的要求比 较低，采用一般的51单片机就可实现。经过网上一番搜寻和比较，我们选择了 由南通国芯微电子有限公司生产的STC89C52单片机，该款单片机有如下特性 (Features)： 增强8051型，可运行在12T或6T状态下 工作电压：3.3V~5.5V 工作频率范围：0~40MHz,相当于普通8051的0~80MHz,实际工作频率可达 48MHz 片上有8K的程序存储空间和512字节的运行RAM 通用IO口P0/P1/P2/P3/P4口 可ISP编程/IAP编程，通过串口直接下载用户程序 有EEPROM功能 看门狗 内部集成MAX810专用复位电路，外部晶体在20M下时可省去外部复位电路 共3个16位定时计数器，其中定时器0开可以当成2个8位的定时器用 四路外部中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断唤醒 通用异步串行口(UART)可用定时器软件实现多个UART 工作范围：-40~+85摄氏度（工业级） 多种封装形式