摘 要

电机被广泛应用在各种电动设备中，是电动设备的核心部件，而转速是各类电机运行工程中的一个重要特性参数量。基于单片机对脉冲信号的强大处理能力和LabVIEW在测量领域的广泛用途，设计了电机测速系统。

首先比较当下电机测速的方法，选取了光电编码器测速法，并采用M法（测频率法）进行脉冲计数从而间接测量电机转速。然后确定单片机作为下位机和LabVIEW作为上位机的设计方案，在Proteus中选取相应的硬件进行仿真测试。在下位机设计中，通过单片机端口发出不同占空比的矩形波来精准控制电机转速，利用单片机外部中断口采集脉冲信号，并将转换得到的转速数据发送到显示部分。在上位机设计中，在实现单片机和LabVIEW串口通信后，LabVIEW处理并显示单片机发送的转速数据。LabVIEW有着强大的数据处理能力，用户可以通过它并根据需要来设计出各种仪器。最后通过分析仿真结果，验证了设计的电机测速系统可以准确测量和显示电机的转速。

关键词：单片机；LabVIEW；串口通信；转速测量

Abstract

Motor is widely used in all kinds of electric equipment, is the core component of electric equipment, and speed is an important characteristic parameter in all kinds of motor operation engineering. Based on the powerful processing ability of MCU to pulse signal and the wide application of LabVIEW in measurement field, a motor speed measurement system is designed.

Firstly, comparing the current methods of motor speed measurement, optoelectronic encoder speed measurement method is selected, and M method (frequency measurement method) is used to count pulses to indirectly measure motor speed. Then the design scheme of MCU as slave computer and LabVIEW as upper computer is determined, and the corresponding hardware is selected in Proteus for simulation test. In the design of the lower computer, the motor speed is precisely controlled by sending rectangular waves with different duty ratios through the ports of the single chip computer, and the pulse signal is collected by the external interrupt port of the single chip computer, and the converted speed data is sent to the display part. In the design of PC, after the serial communication between MCU and LabVIEW is realized, the speed data sent by MCU is processed and displayed by LabVIEW. LabVIEW has a powerful data processing capability, through which users can design various instruments according to their needs. Finally, by analyzing the simulation results, it is verified that the designed motor speed measurement system can accurately measure and display the motor speed.

Key words: Microcomputer; LabVIEW; Serial Communication; Speed measurement

目录

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2电机测试技术发展现状 1

1.3虚拟仪器技术 3

1.4本文主要内容 5

第2章 总体方案设计 6

2.1系统的总体方案 6

2.2电机间接测速方法 7

2.3基于脉冲计数的测速方法 10

2.3.1 M法测速 10

2.3.2 T法测速 10

2.3.3 M/T法测速 11

第3章 系统硬件设计 13

3.1单片机最小系统设计 13

3.2电机驱动设计 14

3.2.1电机的选择 14

3.2.2电机的控制 17

3.3显示部分设计 19

3.3.1 LCD1602显示 19

3.3.2 LabVIEW显示 20

第4章 下位机软件设计 22

4.1电机驱动模块设计 22

4.2采集功能模块设计 24

4.3串口通信模块设计 26

4.3.1串行口基本工作原理 26

4.3.2确定波特率 26

4.3.3串口通信的实现 27

第5章 上位机软件设计 29

5.1串口通信模块设计 29

5.2数据显示模块设计 31

第6章 仿真测试 34

第7章 结论与展望 38

参考文献 39

附录A 41

附录B 49

致谢 52

第1章 绪论

1.1引言

测试技术是指测试过程中所涉及的测试理论，测试方法和测试设备等。测试技术广泛应用于工业生产和科学研究等方面。随着科学技术水平的提高，对测试仪器和测试技术有了更高的性能要求，工业生产也需要更加智能和高效的测试系统。伴随着测试设备硬件以及网络信息技术的发展，测试技术正在实现从模拟技术向数字技术过渡、从完全由硬件实现仪器功能向软硬件结合方向过渡、从实现简单测试功能到多功能测试方向过渡^[1]。

电机被广泛使用于各种电动设备中，是电动设备的核心部件，也是国民经济中应用最普遍的一种动力设备和自动控制元件^[2]。随着经济的高速发展，电机的需求量日益增大，电机在生产生活中发挥着越来越重要的作用。现代生活越来越离不开以电力为动力的电机，为了电机更好地为物质生产生活提供动力，对电机产品也有了更高的性能和质量要求。为了确保生产出的电机及其他动力机械的工作性能，需要设计相应的测试系统对电机等动力设备工作时的参数进行测试，通过分析测试数据可提出改进相关的生产工艺的方案。其中转速是电机等动力设备的一个重要的特性参数，动力特性的许多特性参数也与转速息息相关，因此转速测量对于判断动力设备的工作性能有着重要的意义。

传统的电机测试系统往往以人工操作为主，自动化程度低；该方式不仅工作效率低和测试误差较大，而且不能实现数据的在线分析和共享^[3]。随着网络信息技术的高速发展，计算机技术和仪器技术有了更深层次地结合，产生了一种功能更加强大的新型测试技术及仪器技术—虚拟仪器技术。与传统的电机测试技术相比，虚拟仪器技术有效地利用了计算机强大的处理能力，同时结合电子技术与控制理论，使得电机的测试越来越高效与精准^[4]。美国国家仪器公司（National Instruments NI）研发的虚拟仪器编程软件LabVIEW是一款有着强大处理和显示数据能力的软件，广泛使用于测量领域，可以实现数据在线监测、分析和共享^[5]。

1.2电机测试技术发展现状

在电机的测试过程中，需要采集的参数主要分为两大类：电性参数和非电性参数。目前国内外自动电机检测装置主要分为以下几类:

（1）参数测量装置