基于农用STM32的电动机转速监测系统设计

刘光学

（山东科技大学泰山科技学院，山东 泰安 271000）

0 引言

电动机在农业生产中应用极其广泛，是农业生产过程中的关键动力来源之一。现实中的农业作业环境复杂多变且恶劣，农用电动机损坏现象严重，运行前必须进行必要的维护保养，运行中也要做到监测及时，其转速的监测结果可以判断电机的运行状态，进一步反映各设备的运转情况[1-3]。

电动机转速是判断设备稳定运行的重要参数之一，转速较大动态变化，很可能表征着机器设备的运行存在故障，因此开发一套转速检测系统，对电动机在运行过程中进行实时监测，提前做好各项准备措施，以延长设备的运行寿命，同时避免不必要的损失。

区别于传统的电磁感应原理实现转速的测量方法，本监测系统采用单片机的精准定时、计数和计算功能，配合相应的硬件设施，可实现对转速的精准监测和显示，其输出信号强、抗干扰能力强，可在磁场、露天、水汽、光照等恶劣情况下正常使用[4-5]。

1 转速监测系统概述

电动机转速监测系统主要由光电开关传感器、触发圆盘、OLED、STM32单片机组成，其系统框架如图1所示，电动机转轴的转速信息通过触发圆盘和光电开关传感器获取，并传递给单片机进行计算处理，单片机通过IIC通信技术将转速信息传递给OLED，实现转速的可视化。其中，单片机中含有计算处理的程序，通过C语言编程实现对电动机转轴的转速监测。

图1 系统框架

2 监测系统硬件设计

2.1 STM32单片机

单片机在自动控制领域应用广泛，其性能的高低决定了自动化设备的反应速度和计算能力，本系统采用的单片机为基于Cortex-M3内核的STM32F103ZET6，该芯片具有低功耗、低成本、高性能的优点，可以实现监测系统的运行计算要求，其引脚丰富，可以实现后续的二次开发，添加更多的监测功能[6]。

2.2 触发圆盘设计

触发圆盘为圆形板，其材质为C45，厚度为3mm，可以起到遮光的效果，在圆板上均匀加工40个开口槽，槽数越多，转速的测量结果越精确，触发圆盘如图2所示。将触发圆盘同轴固定在电动机转轴上，当电动机转动时会带动触发圆盘一起转动，两者转速一致，可以通过记录圆盘转动的槽数，计算转动速度，圆盘转动一周即转过40个开口槽。

图2 触发圆盘

2.3 光电开关传感器模块

光电开关传感器采用的型号为PU-X10，如图3所示，可以用于检测不透明物体，包含四根引线，其中两根为电源线，工作电压为24V，两根为信号线，分别用于检测有物体和无物体，本次主要使用检测有物体的信号线，另一根信号线悬空即可；槽宽为10mm，其宽度允许触发圆盘在凸槽内转动及振动幅度，其检测频率可以达到1kHz。

当触发圆盘转动到开口槽处时，光电开关传感器接收端正常接收来自发射端的光信号，反之，光信号被遮挡，此时为检测到不透明物体，信号线将发送电平信号至单片机，由单片机执行计数任务[7]。

图3 PU-X10光电开关传感器

2.4 OLED模块

OLED模块为显示模块，相比于TFT、LCD，其经济实惠、性价比高、功耗低、体积小、IO口占用少，工作温度范围为：-30℃~70℃，可适应恶劣环境，完全可以用于转速的信息显示。本系统通过IIC通信技术将单片机中的数据传递到OLED屏，OLED屏实时显示转速信息。同时OLED还支持界面设计，可以输入汉字、ASCII、图案等信息，实现显示界面的丰富化[8]。

3 监测系统程序设计

本设计通过Keil5软件进行编程及编译，程序通过C语言进行编写，通过J-link将程序拷入单片机。STM32F103ZET6单片机具有丰富的定时器，定时器中断功能可以用于精准定时，将其用于记录触发圆盘转动的时长t，时长越短，越能体现转速的实时性。

外部中断用于记录接收来自光电开关传感器信号线传递的电平数目z，电平数目体现了转动过的槽数，触发圆盘转动一周可以触发光电开关传感器40次，设置外部中断优先级高于定时器中断，电动机转轴每分钟的转速为：

4 结论

本文设计了一种电动机转速监测系统，用于实现电动机转速的实时监测及可视化，及时反映各设备的运转情况，以避免造成不必要的损失。

该系统主要由光电开关传感器、触发圆盘、OLED、STM32单片机组成，通过单片机的定时器中断和外部中断功能，可实现对电动机转速的实时监控，通过IIC通信技术，可实现转速数据的可视化。该系统抗干扰能力强、精度高、实用性强，适用于恶劣的农田作业环境，同时为其他转速监测方案提供了设计依据。