基于LabVIEW的電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要 在電機(jī)控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速測(cè)量的精確度、實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性直接影響電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的性能。文中設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW軟件平臺(tái)的電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，選擇絕對(duì)式光電編碼器和單片機(jī)作為前端轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集系統(tǒng)，通過(guò)RS-232串口通信將數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)；利用LabVIEW的數(shù)據(jù)處理和顯示動(dòng)能，對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)地處理、顯示和保存。該設(shè)計(jì)在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果證明，該方法人機(jī)界面良好、測(cè)速范圍寬、精度高、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)。
關(guān)鍵詞 LabVIEW；絕對(duì)式光電編碼器；單片機(jī)

LabVIEW是美國(guó)國(guó)家儀器司(National Instrument)開(kāi)發(fā)的一種虛擬儀器平臺(tái)，是一種用圖標(biāo)代碼來(lái)代替文本式編程語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)工具。其通過(guò)在表示不同功能節(jié)點(diǎn)的圖標(biāo)之間連線來(lái)完成上位機(jī)的程序，在這一點(diǎn)上，其完全不同于以往基于文本的傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。LabVIEW功能強(qiáng)大、操作靈活，使用圖形化的編程語(yǔ)言，大幅節(jié)省了程序的開(kāi)發(fā)周期，且其運(yùn)行速度不受影響，體現(xiàn)出較高的效率，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)、工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化、實(shí)驗(yàn)室仿真等領(lǐng)域。
以往利用LabVIEW設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，通常采用數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行前端信號(hào)的采集，但是其價(jià)格昂貴。文中設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW和STC12系列單片機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅節(jié)約了設(shè)計(jì)成本，且系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，穩(wěn)定可靠，滿足電機(jī)的測(cè)速要求。

1 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)
系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)組成。下位機(jī)采用STC12C5410AD單片機(jī)作為主控芯片，絕對(duì)式光電編碼器的脈沖輸出信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路后送至單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)自帶的脈沖捕獲模塊，接受連續(xù)的編碼器脈沖信號(hào)并計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速；上下位機(jī)采用RS-232串行接口進(jìn)行通信，將轉(zhuǎn)速計(jì)算值傳送到上位機(jī)LabVIEW，通過(guò)LabVIEW對(duì)轉(zhuǎn)速值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、顯示和保存。基于LabVIEW的電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體方案如圖1所示。

2 電機(jī)的測(cè)速原理
2．1 絕對(duì)式光電編碼器簡(jiǎn)介
系統(tǒng)采用A-JXW-12A-11-G8-30C絕對(duì)式光電編碼器，該編碼器為11位絕對(duì)式軸角編碼器，具有零點(diǎn)固定、單值函數(shù)、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)上采用防塵、防潮措施、耐沖擊、耐振動(dòng)、體積小、重量輕。能夠測(cè)量角位移，旋轉(zhuǎn)速度等，并能將所測(cè)結(jié)果以自然二進(jìn)制碼形式輸出。供電電壓12 V，集電極開(kāi)路輸出，圖2為A-JXW-12A-11-G8-30C絕對(duì)式光電編碼器實(shí)物圖。

2．2 轉(zhuǎn)速計(jì)算方法
設(shè)計(jì)采用T法測(cè)速，即利用計(jì)數(shù)器對(duì)已知頻率為的高頻時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，測(cè)出電機(jī)相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)子位置脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在T法測(cè)速中，測(cè)速時(shí)間T是通過(guò)記錄高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)m得出，即
T=m／f (1)
電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一周轉(zhuǎn)子位置信號(hào)含有的脈沖個(gè)數(shù)為PN，設(shè)計(jì)采用編碼器的最低位進(jìn)行計(jì)算，因此PN為1 024，則轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為

高頻時(shí)鐘脈沖為單片機(jī)的晶振頻率2分頻所得，即22．1184／2 MHz，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為500r／min時(shí)，理論上高頻時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)值m為1296，若記錄值m為1 295或1 297，T法計(jì)算的電機(jī)轉(zhuǎn)速分別為500．4 r／min或499．6 r／min，計(jì)算誤差為-0．08％≤△e≤0．08％；當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1 500 r／min，理論上高頻時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)值m為432，若記錄值m為431或433，T法計(jì)算的電機(jī)轉(zhuǎn)速分別為1503．5r／min或1496．5r／min，計(jì)算誤差為-0．23％≤△e≤0．23％。本方法完全滿足所試驗(yàn)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的誤差范圍，且測(cè)量方法簡(jiǎn)單可靠，實(shí)用性強(qiáng)。