直流裝置測速裝置（O題）
【高職組】
一、任務
在不檢測電動機轉軸旋轉運動的前提下，按照下列要求設計並製作相應 的直流電動機測速裝置。
二、要求
1．基本要求 以電動機電樞供電迴路串接採樣電阻的方式實現對小型直流有刷電動機 的轉速測量。
（1）測量範圍：600～5000rpm （2）顯示格式：四位十進制 （3）測量誤差：不大於 0.5％ （4）測量週期：2 秒 （5）採樣電阻對轉速的影響：不大於 0.5％
2．發揮部分
以自制傳感器檢測電動機殼外電磁信號的方式實現對小型直流有刷電動 機的轉速測量。 （1）測量範圍：600～5000rpm （2）顯示格式：四位十進制 （3）測量誤差：不大於 0.2％ （4）測量週期：1 秒 （5）其他
三、說明
1．建議被測電動機採用工作電壓爲 3.0～9.0V、空載轉速高於 5000rpm 的直流 有刷電動機。
2．測評時採用調壓方式改變被測電動機的空載轉速。
3．考覈製作裝置的測速性能時，採用精度爲 0.05％±1 個字的市售光學非接觸 式測速計作參照儀，以檢測電動機轉軸旋轉速度的方式進行比對。
4．基本要求中，採樣電阻兩端應設有明顯可見的短接開關。
5．基本要求中，允許測量電路與被測電動機分別供電。
6．發揮部分中，自制的電磁信號傳感器形狀大小不限，但測轉速時不得與被測 電動機有任何電氣連接
一、題目解決方案
基本部分實施方案：
在直流電機供電迴路中串聯採樣電阻，通過電流採樣的方式，把採集的信號中的直流成分與交流成分分離，獲取交流成分，再經過相應放大、耦合、比較電路，將交流信號轉變成單片機能識別的電平信號，單片機控制器捕獲相應的電平信號經過相應公式轉換成電機轉速，最終在顯示屏上顯示。
發揮部分實施方案：
通過自制傳感器線圈感應電動機殼外電磁信號，線圈感應產生的信號經過經過相應放大、耦合、比較電路，將信號轉變成單片機能識別的電平信號，單片機控制器捕獲相應的電平信號經過相應公式轉換成電機轉速，最終在顯示屏上顯示。
以上是系統總體框圖
二、模塊講解
1.信號採集方式
1）通過採樣電阻採集（基本部分）
2）通過磁感應線圈採集 (發揮部分)
2.信號分離
一般的直流信號都伴隨着交流信號，我們可以通過某些電容將直流與交流分離（電容隔直通交，電感通直隔交）
3.信號處理
獲得的交流信號總會伴隨着很多噪聲、高頻信號，我們需要經過相應電路將沒用的信號去掉，其中包括運放、耦合、比較電路。
4.控制顯示
三、重點部分
1.基本部分電路
由於採集到的電流信號有直流交流成分，還會產生噪聲，高頻信號，因此我們必須對電流信號進行一定處理。採樣的電樞電流經過C1電容，直流成份被消除且電容起到一定濾波作用，提取的交流成分經過一級放大器，再經過C2電容進入帶通濾波器（選頻放大器：對某一段頻率或單一頻率的信號具有突出的放大作用，而對其他頻率的信號具有較強抑制作用的放大單元。），信號經過R4後，低頻信號直接經過RV1（電阻能傳輸低頻信號）,高頻信號則要經過C2(在電容一定的情況下，頻率越高，越容易通過。在頻率一定的情況下，電容越大，越容易通過。),信號二級放大後進入RC電路（低通濾波器），此時能通過示波器看到一個相對穩定的正弦信號，正弦信號經過比較器（在放大器同向或反相輸入端設定一個參考電壓，當進入比較器的信號值大於參考電壓，輸出高電平，反之則輸出低電平），比較產生的脈衝信號經過三極管放大電路，輸出端能輸出一個+5v的脈衝信號。單片機控制端對信號進行捕獲，運算，最終將結果顯示在顯示屏上。
1.發揮部分電路
本部分電路與基本部分基本相似，只是對信號的採集方式不一樣。電機在電樞電壓驅動下，線圈在磁場中的空間現對位置會發生改變,磁通量會發生改變,自制磁感應線圈（或者電感元件）會產生感應電動勢，產生的信號經過差分放大器電路（減法器），差分放大電路對共模輸入信號有很強的抑制能力，對差模信號卻沒有多大的影響，因此差分放大電路一般做集成運算的輸入級和中間級，可以抑制由外界條件的變化帶給電路的影響，如溫度噪聲等。你可以去找一些集成電路看一下，第一級基本上都是差分放大。後面電路與前面一樣，這裏就不多講啦！！！
2.電源
學生電源，由於運放需要用到正負電源，可以將兩個電源反接。
、程序的設計
（1）程序功能描述與設計思路
由於有刷電機每轉動一週，其電流將會突變 N 次，根據電機情況不同，其中 N 有可能是6 次或者 8 次，電流頻率測速法正是通過測量電機電流的突變頻率，換算成電機轉速首先進行初始化，用系統滴答定時器計時，若經過1s無脈衝輸入，則顯示轉速爲0。若捕獲到上升沿，則開啓計時定時器（1s或2s），計時結束後，記錄脈衝個數N，關閉計時定時器，並繼續測量下一個脈衝完結所需時長。可得出N+1個脈衝所需時長，並換算成轉速（rpm）。系統還加入按鍵功能，每次按下按鍵可切換測量週期。
關鍵字：定時器，輸入捕獲
四、測試方案與測試結果
1、測試方案
（1）硬件測試
本次測試只對基本部分電路進行測試，發揮部分就不加以講解了。
首先焊接電路板上電測試，以下是對應電路圖測試點測試的示波器顯示波形圖。
測試採樣點A波形圖
測試點一級放大波形圖
測試點二級放大波形圖
測試點RC電路波形圖
測試點LM339比較器波形圖
測試點三極管放大波形圖
注：由於電機不一樣，所測波形有所區別，可以使用多款電機進行測試。
（2）軟件仿真測試
此處不多講，因爲我只負責硬件部分。
（3）硬件軟件聯調
2、測試條件與儀器
測試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系統原理圖完全相同，並且檢查無誤，硬件電路保證無虛焊。
測試儀器：高精度的數字毫伏表，模擬示波器，數字示波器，數字萬用表。
3、測試結果及分析
對於不同電機，所測結果差別很大，存在的誤差也很大，所以說電機選型很重要。此外運放芯片，電阻電容的選值也很重要。
五、總結
由於第一次參加電賽，經驗十分不足，雖然說有一定的理論支撐，但是應用到實際中來是遠遠不夠的。從本次訓練知道，動手能力差，焊接功底薄，電路知識理解不透徹，還有一點就是一定一定要放好心態，必須在接下來的訓練中加強。