GPT-4o给出的设计方案：

一、项目概述

本项目设计并制作一套直流电动机测速装置，采用接双样电阻和自制传感器分别实现对小型直流有刷电动机和无刷电动机的转速测量。

二、基本方案设计

1. 测量部分：电刷电动机测速

   • 测量范围：600 ~ 5000rpm
   • 显示格式：四位十进制
   • 测量误差：不大于0.5%
   • 测量周期：2秒
   • 要求：采样电阻对转速影响不超过0.5%
   • 方法：
     • 通过电动机电枢（电刷）上的回路串接双样电阻进行电流信号的采集。
     • 使用ADC模块将电流信号数字化，并通过算法计算转速。

2. 发辫部分：无刷电动机测速

   • 测量范围：600 ~ 5000rpm
   • 显示格式：四位十进制
   • 测量误差：不大于0.2%
   • 测量周期：1秒
   • 方法：
     • 通过自制光电磁传感器检测电动机转轴外部的磁信号。
     • 转轴每旋转一圈，磁传感器输出一个脉冲信号，通过MCU的计数器模块计数，并计算转速。

三、硬件选型

1. MCU：

   • 推荐使用ATMEL系列或STC系列单片机，带ADC和计数功能模块。

2. 显示模块：

   • 使用四位数码管或LCD显示屏。

3. 传感器：

   • 电流传感器：ACS712系列电流传感器，串联于电动机回路中。
   • 磁传感器：霍尔效应传感器如A3144系列，安装在无刷电动机转轴外。

4. 电阻元件：

   • 使用高精度、电流端电阻。

四、信号处理与软件设计

1. 采集电流信号

   • ADC模块定时采集电阻上的电流信号，计算电机转速。
   • 数据处理使用Kalman滤波，消除干扰，提高测量精度。

2. 采集磁信号

   • 计数器模块计数霍尔传感器输出的脉冲，计算转速。
   • 通过时间间隔测量方式，提高测量精度，减少误差。

3. 显示与校准

   • 使用四位数码管或LCD模块实时显示当前测量的电动机转速。
   • 初始化设置测量周期，并通过按钮调整校准值。

五、测试与调试

1. 调试过程

   • 通过标准转速电动机校准系统测量值，调整算法参数，使误差在允许范围内。
   • 使用不同转速进行测量，确保系统的稳定性和精度。

2. 测试结果

   • 数据重复测量并统计误差，验证电阻取样和磁传感器取样的准确性。
   • 系统测试通过后，对设备进行封装和性能提升。

结论

该直流电动机测速装置通过电流取样和磁传感器取样相结合的方式，实现了对不同类型小型直流电动机的转速精准测量。整个系统具有高精度、高响应速度、实时显示等特点，适用于多种测量需求。

本题考察的知识点：

1. 电动机原理：理解直流有刷与无刷电动机的工作原理。
2. 传感器与测量技术：
   • 使用电流传感器和霍尔传感器实现无接触测量。
   • ADC模块用于电信号采集与处理。
3. 数据处理与算法：使用滤波算法处理测量信号，减少误差。
4. 嵌入式系统设计：使用MCU进行数据采集、处理和显示控制。
5. 信号传输与显示技术：应用数码管或LCD显示模块实时显示测量数据。