【正文】 先在軸上安裝一個有 60 齒的 測速齒盤 ， 當(dāng)測速齒槽旋轉(zhuǎn)一周，光敏元件就能感受與開孔數(shù)相等次數(shù)的光次數(shù)，即每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生60 個電脈沖信號。 臨時性轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng) ， 多采用光電傳感器 ， 從轉(zhuǎn)軸上預(yù)先粘貼的一個標(biāo)志上獲得一轉(zhuǎn)一個轉(zhuǎn)速脈沖 ， 隨后利用電子倍頻器和測頻方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量。不論長期或臨時轉(zhuǎn)速測量 ， 都可以在微處理器的參與下 ， 通過測量轉(zhuǎn)軸上預(yù)留的一轉(zhuǎn)一齒的鑒相信號或光電信號的周期 ， 換算出轉(zhuǎn)軸的頻率或轉(zhuǎn)速。即通過速度傳感器 ， 將轉(zhuǎn)速信號變?yōu)殡娒}沖 ， 利用微機(jī)在單位時間內(nèi)對脈沖進(jìn)行計數(shù) ，再經(jīng)過軟件計算獲得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。 即 : n=N/ (mT) (1) ◆ n ——— 轉(zhuǎn)速、單位 :轉(zhuǎn) / 分鐘 。 ◆ N ——— 采樣時間內(nèi)所計脈沖個數(shù) 。 ◆ T——— 采樣時間、單位 :分鐘 。 ◆ m ——— 每旋轉(zhuǎn)一周所產(chǎn)生的脈沖個數(shù) (通常指測速碼盤的齒數(shù) ) 。 通常 m=60， 那么 1 秒鐘內(nèi)脈沖個數(shù) N 就是轉(zhuǎn)速 n， 即 : n=N/ (mT) =N/60 1/60=N 綜上所述，方案二使用光電傳感器來作為本設(shè)計的最佳選擇方案。 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 8 頁 共 36 頁 第四 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及單片機(jī)硬件電路設(shè)計思路 對單片機(jī)模塊進(jìn)行設(shè)計，要使單片機(jī)準(zhǔn)確的測量電機(jī)轉(zhuǎn)速，并且使測出的數(shù)據(jù)能顯示出來，所以整個測量系統(tǒng)分為 信號產(chǎn)生和處理 （ 傳感器電路）、測量系統(tǒng)主體（單片機(jī)） 、鍵盤 及顯示電路 。 硬件電路設(shè)計流程如圖 所示，以下是對各個模塊的具體設(shè)計介紹。 圖 硬件電路設(shè)計流程圖 轉(zhuǎn)速信號 產(chǎn)生 在設(shè)計中采用光電傳感器采集信號，這種傳感器是把旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速變?yōu)橄鄳?yīng)頻率的脈沖，然后用測量電路測出頻率，由頻率值就可知道所側(cè)轉(zhuǎn)速值。這種測量方法具有傳感器結(jié)構(gòu)簡單、可靠、測量精度高的特點(diǎn)。是目前常用的一種測量轉(zhuǎn)速的方法。 整個測量系統(tǒng)的組成框圖如圖 。 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 9 頁 共 36 頁 圖 測量系統(tǒng)的 組成框圖 測速齒盤裝在發(fā)射光源 (紅外線發(fā)光二極管 )與接收光源的裝置 (紅外線接收三極管 )之間，紅外線發(fā)光二極管負(fù)責(zé)發(fā)出光信號，紅外線接收三極管負(fù)責(zé)接收發(fā)出的光信號，產(chǎn)生電信號，每轉(zhuǎn)過一個齒，光的明暗變化經(jīng)歷了一個正弦周期，即產(chǎn)生了正弦脈沖電信號。 圖 所示為轉(zhuǎn)速傳感器電路，由于紅外光不可見，無法用肉眼識別發(fā)光信號是否在工作，故將紅外線的輸出回路串接了一個普通光電二極管作為判別光源發(fā)生回路是否為通路。 轉(zhuǎn)速傳感器輸出電壓幅度在 0— 呈正弦波變化 ，紅外線接收三極管的光信號轉(zhuǎn)化為電信號的 電壓 Uo 很微弱 (一般為 mV量級 )，需要進(jìn)行信號處理 . 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 10 頁 共 36 頁 圖 轉(zhuǎn)速傳感器電路圖 轉(zhuǎn)速 信號處理 轉(zhuǎn)速信號處理電路包括信號放大電路、整形及三極管整形電路 。 由于產(chǎn)生的電壓信號很小，所以要進(jìn)行放大處理，一般要放大至少 1000 倍，然后在進(jìn)行信號處理工作。信號放大裝置選用運(yùn)算放大器 CF0741CW 作為放大電壓放大元件，采用兩級放大電路，每一級都采用反響比例運(yùn)算電路如圖 所示 .設(shè)計的電壓放大倍數(shù)為 3000 倍。其中第一級放大倍數(shù)為 30，第二級放 大倍數(shù)為 0～ 。 CF0741CW 采用 12V 雙電源供電，由于電源的供電電壓在一定范圍內(nèi)有副值上的波動，形成干擾信號。為起到消除干擾，實(shí)現(xiàn)濾波作用，故供電電源兩端需接 10UF 的電容接地。 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 11 頁 共 36 頁 圖 信號處理電路圖 整形電路的主要作用是將正弦波信號轉(zhuǎn)化為方波脈沖信號，正弦波信號電壓的最大幅值約為 ，最小幅值為 0V。整形電路設(shè)計的是一種滯回電壓比較器，它具有慣性，起到抗干擾的作用。在整形電路的輸入端接一個電容 C5（ 103），起到的作用是阻止其他信號的干擾，并且將放大的信號進(jìn)行濾波，解耦。 R7 和 R11 是防止電路短路，起到保護(hù)電路的作用。 一次整形后的信號基本上為177。 5V 的電平的脈沖信號，在脈沖計數(shù)時，常用的是 +5V 的脈沖信號。如果直接采用 5V 的脈沖計數(shù)，會增加電路的復(fù)雜性，故一般不直接使用，而 是先進(jìn)行二次整形。 第二次用三極管整形電路，當(dāng)輸出為 5V 的信號時，三極管 VT2（ 8050）的基 射極和電阻 R14 組成并聯(lián)電路電流經(jīng)過 ，三極管 T2 處于反向偏置狀態(tài)，所以， VT2 的集 射極未接通，故處于截止?fàn)顟B(tài)。電源回路由 R15，三極管 VT2 的集 射極組成，采用單電源 +12V 供電，由于集射極截止，處于斷路狀態(tài)，故輸出電壓 U0 為 +12。當(dāng)?shù)谝淮握屋敵鰹?+5V 的信號時，三極管 VT2基 射極處于正向偏置狀態(tài)，有電流 I 通過，故此時三極管的集 射極處于通路狀態(tài)。電源電流流經(jīng)電阻 R15，三極管的集 射極到 地端，由于集 射極導(dǎo)通時的電阻很小，可以忽略不計。電源電壓主要在 R15 上，其輸出電壓約為 0V。綜上所述，三極管整形的電路的輸入關(guān)系是：信號為 5V 時， U0=+12V；信號為 +5V 時， U0=0V。 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 12 頁 共 36 頁 選用的傳感器型號為 SZGB3（單向） SZGB3 型 傳感器 特點(diǎn) 介紹如下 ： 1)供單向計數(shù)器使用，測量轉(zhuǎn)速和線速度 . 2)采用密封結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定 . 3)光源用紅外發(fā)光管，功耗小，壽命長 . 介紹 單片機(jī)我們采用 AT89C51(其引腳圖如圖 )，相較于 INTEL 公司的 8051 它本身帶有一定的優(yōu)點(diǎn) 。 AT89C51 是 Atmel 公司生產(chǎn)的 一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除 只讀存儲器 （ FPEROM— Flash Programmable and Erasable ReadOnly Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱 單片機(jī) 。 ， 本設(shè)計用的 AT89C51是一個低功耗高性能單片機(jī)， 8位數(shù)據(jù) 總線， 40個引腳，32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口， 六個中斷源，兩層中斷優(yōu)先級， 同時內(nèi)含2個外中斷口， 2個 16 位可編程定時計數(shù)器， 2個全雙工串行通信口， AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 另外，AT89C51是以靜態(tài)邏輯運(yùn)行到零頻率的方式設(shè)計的，并且支持兩種可利用軟件選擇的掉電保護(hù)模式。休眠模式停止 CPU 運(yùn)行，但允許數(shù)據(jù)存儲器、定時 /計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。掉電模式保存 數(shù)據(jù)存儲器的內(nèi)容，但停止了晶振，是其他所有芯片停止工作直到下一次復(fù)位為止。 AT89C51其工作電壓范圍為 ～ 6V（實(shí)際使用 +5V 供電） ，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 128Kbytes的隨機(jī)存