基于LabVIEW的電機轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)的設計

摘要 在電機控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速測量的精確度、實時性和穩(wěn)定性直接影響電機調(diào)速系統(tǒng)的性能。文中設計了一種基于LabVIEW軟件平臺的電機轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)，選擇絕對式光電編碼器和單片機作為前端轉(zhuǎn)速信號的采集系統(tǒng)，通過RS-232串口通信將數(shù)據(jù)傳送至上位機；利用LabVIEW的數(shù)據(jù)處理和顯示動能，對轉(zhuǎn)速信號進行實時地處理、顯示和保存。該設計在開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)中進行了實驗測試，結(jié)果證明，該方法人機界面良好、測速范圍寬、精度高、響應速度快、抗干擾能力強。
關(guān)鍵詞 LabVIEW；絕對式光電編碼器；單片機

LabVIEW是美國國家儀器司(National Instrument)開發(fā)的一種虛擬儀器平臺，是一種用圖標代碼來代替文本式編程語言的開發(fā)工具。其通過在表示不同功能節(jié)點的圖標之間連線來完成上位機的程序，在這一點上，其完全不同于以往基于文本的傳統(tǒng)開發(fā)語言。LabVIEW功能強大、操作靈活，使用圖形化的編程語言，大幅節(jié)省了程序的開發(fā)周期，且其運行速度不受影響，體現(xiàn)出較高的效率，被廣泛應用于自動測量系統(tǒng)、工業(yè)過程自動化、實驗室仿真等領(lǐng)域。
以往利用LabVIEW設計數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)時，通常采用數(shù)據(jù)采集卡進行前端信號的采集，但是其價格昂貴。文中設計了一種基于LabVIEW和STC12系列單片機的電機轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)，不僅節(jié)約了設計成本，且系統(tǒng)操作簡便，穩(wěn)定可靠，滿足電機的測速要求。

1 系統(tǒng)的總體方案設計
系統(tǒng)由上位機和下位機組成。下位機采用STC12C5410AD單片機作為主控芯片，絕對式光電編碼器的脈沖輸出信號通過信號調(diào)理電路后送至單片機，單片機通過自帶的脈沖捕獲模塊，接受連續(xù)的編碼器脈沖信號并計算電機轉(zhuǎn)速；上下位機采用RS-232串行接口進行通信，將轉(zhuǎn)速計算值傳送到上位機LabVIEW，通過LabVIEW對轉(zhuǎn)速值進行實時處理、顯示和保存。基于LabVIEW的電機轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)總體方案如圖1所示。

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

2．2 轉(zhuǎn)速計算方法
設計采用T法測速，即利用計數(shù)器對已知頻率為的高頻時鐘脈沖進行計數(shù)，測出電機相鄰兩個轉(zhuǎn)子位置脈沖信號的時間間隔來計算電機的轉(zhuǎn)速。在T法測速中，測速時間T是通過記錄高頻時鐘脈沖個數(shù)m得出，即
T=m／f (1)
電機轉(zhuǎn)動一周轉(zhuǎn)子位置信號含有的脈沖個數(shù)為PN，設計采用編碼器的最低位進行計算，因此PN為1 024，則轉(zhuǎn)速計算公式為

高頻時鐘脈沖為單片機的晶振頻率2分頻所得，即22．1184／2 MHz，當電機轉(zhuǎn)速為500r／min時，理論上高頻時鐘脈沖計數(shù)值m為1296，若記錄值m為1 295或1 297，T法計算的電機轉(zhuǎn)速分別為500．4 r／min或499．6 r／min，計算誤差為-0．08％≤△e≤0．08％；當電機轉(zhuǎn)速為1 500 r／min，理論上高頻時鐘脈沖計數(shù)值m為432，若記錄值m為431或433，T法計算的電機轉(zhuǎn)速分別為1503．5r／min或1496．5r／min，計算誤差為-0．23％≤△e≤0．23％。本方法完全滿足所試驗的開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的誤差范圍，且測量方法簡單可靠，實用性強。