一種新型直流電機測速方案研究與分析

李志良　黃華飛　程鳴鳳

摘? 要：傳統直流電機速度測量采用光電開關結合測速碼盤進行測量，測量精度依賴于碼盤柵格數，整體實用性不強。該文提出一種新型直流電機測速方案，利用采樣電阻采集電機換向時電流信號，經放大器放大以及調理整形電路，最終通過處理器進行處理、完成計數顯示，通過實驗數據分析，數據誤差較小，具有較強的應用范圍。

關鍵詞：測速碼盤? 采樣電阻? 整型電路? 計數顯示

中圖分類號：TN791 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（a）-0051-02

1? 電機轉速測量原理框圖及原理分析

電機轉速測量電路主要由以下幾個部分組成：（1）stm32控制器。主要完成整形后信號的處理、輸出顯示以及按鍵調節輸入。（2）采樣電阻。完成電機換向時電路中電流的采集。（3）信號放大電路。將采樣后的小信號進行放大。（4）信號整形電路。將放大后的信號整形為標準的方波信號供控制器進行處理。（5）轉速顯示。利用LCD1602完成轉速輸出顯示。

2? 采樣電阻選擇與論證

為了保證電機轉速測量的穩定性、可靠性以及測量結果具有較高的精度，采樣電阻選擇在不影響電機正常運轉的情況下進行如下選擇與論證。

方案一：選擇1R的阻值的采樣電阻，1R的阻值的采樣電阻的優點在于，電流經過采樣電阻時的電壓信號大，方便測量，但是由于阻值大對電機的轉速有影響比較大。

方案二：選擇0.05R的阻值的采樣電阻，其優點在于對電機的轉速的影響小，但是電流經過采樣電阻時的電壓信號小。

綜合上面兩種情況采用0.05R的阻值進行采樣，能夠有效避免影響電機的轉速，在實際設計電路中采用方案二。

3? 理論分析與計算

3.1 采樣電阻測直流電機轉速原理

在直流電機換向時，電樞中電流將會產生脈動變化，任意直流電機轉動一周，其電樞中電流脈動是一固定值。對于有k個換向片和p對極的直流電機，如果不存在幾個電刷同時經過換向片片間絕緣槽的情況，則有f=2pkn/60。

實驗論證過程中使用775電機，其中2pk=10;根據上面的公式推出f和n的關系為：（F×60）/10=n。

3.2 信號放大整形電路設計

采用電阻采樣得到的信號比較弱，需經放大電路進行放大，便于STM32檢測處理。在本系統中采用LM358集成運放搭建一個同相放大器對信號進行預處理，將放大后的信號加入到施密特電路整形，得到頻率與轉速成正比的脈沖波，整體設計電路如圖2所示。

4? 測試結果

通過調節直流穩壓電源的輸出電壓，改變直流電機的轉速，將轉速計的讀數與自制轉速計讀數比較測量。經過測試，轉速的各項指標均基本達到指標要求，可以實現直流電機的測試功能（見表1）。

參考文獻

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