一种新型直流电机测速方案研究与分析

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　　摘  要：传统直流电机速度测量采用光电开关结合测速码盘进行测量，测量精度依赖于码盘栅格数，整体实用性不强。该文提出一种新型直流电机测速方案，利用采样电阻采集电机换向时电流信号，经放大器放大以及调理整形电路，最终通过处理器进行处理、完成计数显示，通过实验数据分析，数据误差较小，具有较强的应用范围。
　　关键词：测速码盘  采样电阻  整型电路  计数显示
　　中图分类号：TN791    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）12（a）-0051-02
　　1  电机转速测量原理框图及原理分析
　　电机转速测量电路主要由以下几个部分组成：（1）stm32控制器。主要完成整形后信号的处理、输出显示以及按键调节输入。（2）采样电阻。完成电机换向时电路中电流的采集。（3）信号放大电路。将采样后的小信号进行放大。（4）信号整形电路。将放大后的信号整形为标准的方波信号供控制器进行处理。（5）转速显示。利用LCD1602完成转速输出显示。
　　2  采样电阻选择与论证
　　为了保证电机转速测量的稳定性、可靠性以及测量结果具有较高的精度，采样电阻选择在不影响电机正常运转的情况下进行如下选择与论证。
　　方案一：选择1R的阻值的采样电阻，1R的阻值的采样电阻的优点在于，电流经过采样电阻时的电压信号大，方便测量，但是由于阻值大对电机的转速有影响比较大。
　　方案二：选择0.05R的阻值的采样电阻，其优点在于对电机的转速的影响小，但是电流经过采样电阻时的电压信号小。
　　综合上面两种情况采用0.05R的阻值进行采样，能够有效避免影響电机的转速，在实际设计电路中采用方案二。
　　3  理论分析与计算
　　3.1 采样电阻测直流电机转速原理
　　在直流电机换向时，电枢中电流将会产生脉动变化，任意直流电机转动一周，其电枢中电流脉动是一固定值。对于有k个换向片和p对极的直流电机，如果不存在几个电刷同时经过换向片片间绝缘槽的情况，则有f=2pkn/60。
　　实验论证过程中使用775电机，其中2pk=10;根据上面的公式推出f和n的关系为：（F×60）/10=n。
　　3.2 信号放大整形电路设计
　　采用电阻采样得到的信号比较弱，需经放大电路进行放大，便于STM32检测处理。在本系统中采用LM358集成运放搭建一个同相放大器对信号进行预处理，将放大后的信号加入到施密特电路整形，得到频率与转速成正比的脉冲波，整体设计电路如图2所示。
　　4  测试结果
　　通过调节直流稳压电源的输出电压，改变直流电机的转速，将转速计的读数与自制转速计读数比较测量。经过测试，转速的各项指标均基本达到指标要求，可以实现直流电机的测试功能（见表1）。
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