超声波电动机测转速

超声波电动机测转速

超声波电动机(Ultrasonic Motor缩写USM)是以超声频域的机械振动为驱动源的驱动器。由于激振元件为压电陶瓷，所以也称为压电马达。

超声波电机与传统的电机不同，超声波电机无绕组和磁极，无需通过电磁作用产生运动力。一般由振动体(相当于传统电机中的定子，由压电陶瓷和金属弹性材料制成)和移动体(相当于传统电机中的转子，由弹性体和摩擦材料及塑料等制成)组成。在振动体的压电陶瓷振子上加高频交流电压时，利用逆压电效应或电致伸缩效应使定子在超声频段(频率为20KHZ以上)产生微观机械振动。并将这种振动通过共振放大和摩擦耦合变换成旋转或直线型运动。可清楚理解，实现超声波驱动有两个前提条件：首先，需在定子表面激励出稳态的质点椭圆运动轨迹；其次，将定子表面质点水平方向的微观运动转换成转子的宏观运动或平动。超声电机能大力矩输出是因为激振元件采用大功率密度的压电陶瓷材料。同尺寸的超声微电机的力矩比静电微电机高3-4个量级：比电磁微电机高1．2个量级且输出转速也比其它类型的微电机低。超声电机的保持力矩至少是最大输出力矩的2倍多，具有大的保持力矩是因为电机的定、转子间依靠摩擦力实现转子的驱动。由于以上特点，与超声电机相连接的系统无须齿轮减速机构和制动机构，简化了应用系统的结构。超声波电机有着诱人的应用前景，成为研究的一大热点。具体地说，有以下几方面：信息机器、光学仪器、微机器人、医疗机器、探测系统、精密加工等。超声电机的发展趋势是：大力矩、小尺寸、高效率、长寿命。

而此次转速测量系统的目的就是，通过对超声波电机移动体的机械振动进行观测，用MSP430单片机达到测量转速的目标。单片机通过定时计数来测量一定时间内的脉冲个数，通过程序的控制在数码管显示出来。超声波电机的机械振动要能和单片机联系起来，中间必须接入传感器，通过传感器把机械振动的周期或频率，转换为单片机可以识别的脉冲信

号。

而MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）。称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供―单片‖解决方案。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。MSP430的优点处理能力强，运算速度快，超低功耗，片内资源丰富，方便高效的开发环境。

测转速系统主要原理是:超声波电机转子运动，利用光电传感器经过放大整形电路，将频率信号转变为脉冲信号，MSP430单片机接收传感器传来的脉冲信号，根据外部中断，以及内部定时器进行记数计算出电机转速送到数码管显示。系统由传感器，放大、整形电路，MSP430单片机，LED显示几部分组。传感器用来对信号的采样。放大、整形电路是对传感器送过来的信号进行放大和整形，在送入单片机进行数据的处理转换。单片机用来对处理过的信号进行转换成转速的实际值，送入LED，对所测量到的转速进行显示。

其实转速的测量方法有很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有T法(测周法)、M法(测频法)、MPT法（频率周期法）。该系统采用了测周法。T法是测量两个脉冲之间的时间换算成周期，从而得到频率。测出产生N个脉冲内所需要的时间t，则信号的周期为f=N／t，测量频率误差△f≈N△t／t2，相对误差△f／f=△t／t，误差主要来自采样的时间误差，低频脉冲情况下误差较小，测量精度高。一般的转速长期测量系统是预先在轴上安装一个有60 齿的测速齿盘，用变磁阻式或电涡流式传感器获得一转60 倍转速脉冲，再用测频的办法实现转速测量。而临时性转速测量系统，多采用光电传感器，从转轴上预先粘贴的一个标志上获得一转一个转速脉冲，随后利用电子倍频器和测频方法实现转速测量。不论长期或临时转速测量，都可以在微处理器的参与下，通过测量转轴上预留的一转

一齿的鉴相信号或光电信号的周期，换算出转轴的频率或转速。即通过速度传感器，将转速信号变为电脉冲，利用微机在单位时间内对脉冲进行计数，再经过软件计算获得转速数据。即: n=N/ (mT) （式 3.1） n ———转速、单位:转/ 分钟; N ———采样时间内所计脉冲个数; T———采样时间、单位:分钟; m ———每旋转一周所产生的脉冲个数(通常指测速码盘的齿数)。如果m=60，那么1 秒钟内脉冲个数N就是转速n， 即: n=N/ (mT) =N/60 ×1/60=N。

还有一个很重要的步骤，就是进行系统软件设计。首先要分析系统对软件的要求，然后进行软件的总体的设计，包括程序的总体设计和对程序的模块化设计。按整体功能分为多个不同的模块，单独设计、编程、调试，然后将各个模块装配联调，组成完整的软件。

根据设计的要求，单片机的任务是：内部进行计数，在计算出速度后显示。软件编程用C语言完成的，需要能掌握C语言，下面作简单介绍：系统软件主程序的功能是完成系统的初始化、显示程序。

单片机测量转速可以分为若干模块，然后在主程序中调用各个模块， 流程图如下图所示。

而此系统的总程序如下：

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int uint m，n; //计数器的值

uchar i，j;

uchar code table[]={0xc0，0xF9，0xA4，0xB0，0x99，0x92，0x82，0xF8，0x80，0x90}

delay(uint n)

{ uint i，j;

for(i=n;i>0;i--)

for(j=110;j>0;j--);

}

xian_shi()

{ uchar bai，shi，ge;

bai=m/100;

shi=m%100/10;

ge=m%10;

P5=0x04;

P4=table[bei];

delay(2);

P5=0;

P5=0x02;

P4=table[shi];

delay(2);

P5=0;

P5=0x01;

P0=table[ge];

delay(2);

P2=0;

}

Zhuan_huan( )

{

char *p ={ 字符串 } ;

int i， m;

m=0;

for ( i=0; i{

m = m + p[i]〈〈 i；

}

return m;

}

Timer_()//定时器初始化

{

TACTL = TACLR+MC0;

WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;

TACTL= TAIE;

CCTL0 = CCIE;

CCR0 = 16384;

_EINT();

}

main( )

{

Timer_( );

P4=0;

While (1)

{

xian_shi( );

delay(2);

}

}

#pragma vector=BASICTIMER_VECTOR

__interrupt void basic_timer(void)

{

CCRO=16384;

}