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11、

基于单片机的风扇转速采集系统

基本要求:

a)设计风扇转速采集系统

b)风扇电机可调速

c)显示转速测量结果3位,分屏显示,精确到小数点后2位立,并与用示波器看到的光电开

关的信号计算得到的转速进行比较,分析它们之间的差别及产生的可能原因。

扩展要求:

滚动显示测量结果。

分析影响测量准确度的因素,并在现有条件上下提高测量准确度

实验报告：基于单片机的风扇转速采集系统

一、实验背景及目的

风扇转速采集系统是工业和家庭应用中常见的一个控制系统，主要用于监测风扇的转速并进行适当的调节，以达到高效节能和稳定运行的目的。本实验旨在设计一个基于单片机的风扇转速采集系统，通过调节风扇电机速度，并显示测量结果，与示波器计算结果进行比较，分析差异及其原因。同时，滚动显示测量结果并提高测量准确度。

二、硬件介绍

1. 单片机

使用的是8051系列单片机，它是一个8位的微控制器，广泛应用于各种嵌入式系统中。其主要特性包括：

4KB ROM
128字节RAM
32个I/O口线
2个16位定时/计数器
串行口

2. 电子元件

风扇电机
光电开关：用于检测风扇转速，通过接收反射或透射的光信号来计数。
PWM模块：用于调节风扇电机的速度。
LCD显示模块：用于显示风扇转速。

3. 连接关系

光电开关的输出连接到单片机的外部中断引脚。
PWM输出通过驱动电路连接到风扇电机。
LCD显示模块通过并行接口与单片机连接。

三、设计原理

1. 电路原理

电路主要由单片机、光电开关、风扇电机、PWM调速模块和LCD显示模块组成。光电开关检测风扇的旋转速度，输出脉冲信号至单片机的外部中断引脚。单片机根据接收到的脉冲信号计算转速，并通过PWM调节风扇电机速度，将转速结果显示在LCD上。

2. 程序原理

程序主要分为以下几个部分：

初始化部分：设置定时器、外部中断和PWM输出。
PWM调速部分：通过调整PWM的占空比来改变风扇电机的速度。
转速测量部分：利用外部中断计数脉冲数，根据脉冲数计算转速。
显示部分：将计算得到的转速显示在LCD上。

四、详细设计

1. 初始化系统

c
void SystemInit() {
    TMOD = 0X21; // t1用来串口，t0定时
    TH0 = THC0;
    TL0 = TLC0;
    TH1 = 0xC0;
    TL1 = 0xC0;
    ET1 = 1;
    ET0 = 1;
    TR0 = 1;
    TR1 = 1;
    EX0 = 1; // 中断0用来测量转速
    IT0 = 1;
    EA = 1;
}

设置定时器模式，初始化定时器寄存器和外部中断。

2. PWM输出

c
void PWMOUT() {
    if (cnt < PWMTime) {
        PWM_FC = 1;
    } else {
        PWM_FC = 0;
    }
    if (cnt > 1000) {
        cnt = 0;
    }
}

通过控制PWM的占空比来调节风扇电机的速度。

3. 设置风扇速度

c
void SetSpeed() {
    if (AddSpeed == 0) {
        delay(200);
        if (AddSpeed == 0) {
            PWMTime += 1; // 加速PWM
        }
    }
    if (SubSpeed == 0) {
        delay(200);
        if (SubSpeed == 0) {
            PWMTime -= 1; // 减速PWM
        }
    }
    if (PWMTime > 1000) {
        PWMTime = 1000;
    } else if (PWMTime < 0) {
        PWMTime = 0;
    }
}

通过按钮控制风扇速度的增加和减少。

4. 外部中断

c
void int0() interrupt 0 {
    Inpluse++;
}

通过外部中断计数脉冲数。

5. 定时器中断

c
void t0() interrupt 1 {
    static unsigned int time = 0;
    TH0 = THC0;
    TL0 = TLC0; // 每2ms执行一次这个中断函数
    time++; // 转速测量周期
    if (time > 500) {
        zs = 1;
        time = 0;
        num = Inpluse; // 计算转速
        Inpluse = 0;
    }
    PWMOUT();
}

定时器中断用于周期性测量转速和输出PWM信号。

6. 主函数

c
void main() {
    SystemInit();
    init();
    zs = 1;
    while (1) {
        SetSpeed();
        if (zs == 1) {
            zs = 0;
            cc[6] = num / 1000 + '0';
            cc[7] = num / 100 % 10 + '0';
            cc[8] = num / 10 % 10 + '0';
            cc[9] = num % 10 + '0';
            LCD_Write_String(0, 0, cc);
        }
    }
}

主函数初始化系统，设置风扇速度并显示转速。

五、实验结果与分析

1. 实测结果与示波器计算结果比较

通过LCD显示和示波器测量的转速进行比较，分析两者之间的差异。通常情况下，示波器测量的转速较为精确，而单片机系统由于存在一定的延迟和误差，可能会与示波器结果有所不同。

2. 影响测量准确度的因素

光电开关的精度
单片机的计数精度
程序中断延迟
PWM调速的稳定性

3. 提高测量准确度的方法

使用更高精度的光电开关
优化程序，减少中断延迟
增加滤波电路，减小电机抖动
使用更高频率的PWM信号，提高调速的平滑性

六、总结

通过本次实验，我们成功设计并实现了一个基于单片机的风扇转速采集系统。该系统能够有效地调节风扇速度，并实时显示转速。通过与示波器测量结果的比较，我们分析了系统的准确度并提出了改进措施。本实验为进一步研究和开发更高精度的转速测量系统提供了基础。

资料


https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?tab=BB08J2

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