【正文】 盤反射時(shí)，則做為傳器感應(yīng)接收端的光電三極管會(huì)產(chǎn)生出相應(yīng)的脈沖信號(hào)。光電式傳感器不僅獨(dú)立而且相對(duì)放置，由光電發(fā)射器和光電收光傳感器組成。圖32 反射式光電傳感器原理圖TCRT5000光電傳感器模塊是基于TCRT5000紅外光電傳感器設(shè)計(jì)的一款紅外反射式光電開關(guān)。傳感器采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，輸出信號(hào)經(jīng)施密特電路整形，穩(wěn)定可靠。實(shí)物圖如圖33所示：應(yīng)用場(chǎng)合： （1）.電度表脈沖數(shù)據(jù)采樣（2）.傳真機(jī)碎紙機(jī)紙張檢測(cè)（3）.障礙檢測(cè)（4）.黑白線檢測(cè)TCRT5000基本參數(shù)：1. 外形尺寸： 長(zhǎng) 32mm~37 mm；寬 ；厚 2mm2. 工作電壓： DC 3V~，推薦工作電壓為5V： 1mm~8mm適用，圖33 TCTR5000實(shí)物圖在TCRT5000傳感器上，傳感器的紅外發(fā)射二極管不斷發(fā)射紅外線，當(dāng)發(fā)射出的紅外線沒有被反射回來或被反射回來但強(qiáng)度不夠大時(shí)，光敏三極管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)模塊的輸出端為低電平，指示二極管一直處于熄滅狀態(tài)；被檢測(cè)物體出現(xiàn)在檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，紅外線被反射回來且強(qiáng)度足夠大，光敏三極管飽和，此時(shí)模塊的輸出端為高電平，指示二極管被點(diǎn)亮。其原理圖如下圖34所示： 圖34TCRT5000傳感器模塊電路原理圖 信號(hào)采信電路在傳感器的應(yīng)用中，被測(cè)的量經(jīng)傳感器后轉(zhuǎn)化為電阻值，電流，電壓，電感，等一些電氣參數(shù)的變化，再通過信號(hào)分析，處理，放大，計(jì)算，顯示和記錄等，而在設(shè)計(jì)中采用的是光電傳感器采集信號(hào),這種傳感器是把電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速變?yōu)橄鄳?yīng)頻率的脈沖個(gè)數(shù),然后由測(cè)量電路測(cè)出電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率,再由頻率值就可以處理得到所測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。這種以光電感器為主要測(cè)量元件的測(cè)量方法具有系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)理值可靠、測(cè)量精度高的特點(diǎn)。在目前的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)踐中是常用的一種測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法。由于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用的是反射式光電傳感器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，所以當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射管發(fā)射的紅外線時(shí)，就會(huì)將發(fā)射管發(fā)出的紅外線反射到接收管接收管時(shí)，光電開關(guān)接通，反之光電開光斷開。所以可以制作一個(gè)反射光葉片如圖35所示，安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電開關(guān)產(chǎn)生脈沖信號(hào)。當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個(gè)脈沖信號(hào)。 如果系統(tǒng)采用8個(gè)葉片，在一分鐘內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)為10000個(gè)，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就為1250r/min。 圖35 電機(jī)的轉(zhuǎn)盤根據(jù)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的需要設(shè)計(jì)了如下圖36所示的中間變換電路。其中，RR1 起限流的作用， R3 為輸出電阻，R2 起分流作用。因此當(dāng)轉(zhuǎn)盤上的電機(jī)轉(zhuǎn)片所反射的發(fā)射二極管所發(fā)出的紅外線到接收紅線的三極管時(shí)，輸出低電平；當(dāng)通光孔被遮住時(shí)，電路的輸出端就為高電平，反之輸出端輸出為低電平。從光源發(fā)出的光線通過齒槽到達(dá)光電元件上，使感光光電元件感光。齒槽旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)速齒輪會(huì)產(chǎn)生8個(gè)電脈沖，每一次就能感受到感光元件辦輸出值的變化。光電測(cè)速齒輪安裝在發(fā)射光（紅外線發(fā)光二極管）和光接收設(shè)備（紅外接收二極管）上，紅外發(fā)光二極管（規(guī)格IR3401）負(fù)責(zé)發(fā)出光信號(hào)，紅外接收三極管（規(guī)格3DU12）是負(fù)責(zé)接收光電信號(hào)，然后產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，每個(gè)輪齒光線通過一個(gè)正弦周期產(chǎn)生正弦脈沖信號(hào)。因?yàn)榧t外光為不可見的，所以不能用肉眼判斷其是否在工作，所以紅外輸出電路串聯(lián)連接到一個(gè)共同的光電二極管的發(fā)光信號(hào)就可以確定光電傳感器工作與否。 IR3401紅外二極管，選定工作電流為20mA，，電流1020mA的。 R的計(jì)算公式如下： R=(12VUd1Ud2)/I1可以得到： Rmax=465Ω,Rmin=425Ω。設(shè)所選擇的電阻值為430Ω（Rmin≤R≤Rmax）。 光電傳感器輸出的電壓幅值在0—,所以可知紅外線接收三極管的光電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的電壓Uo很小(一般為mV量級(jí)),需要進(jìn)行相應(yīng)的處理，來使得測(cè)量電路更加合理。圖36 光電脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路光電開關(guān)能通過光強(qiáng)度的變化來反映發(fā)射器和接收端之間的電流的變化，以達(dá)到檢測(cè)速度的目的。光電開關(guān)輸出電路和輸入電路電氣隔離（即電緣絕地），因此它可以在許多場(chǎng)合應(yīng)用。光電傳感器具有線性度好，分辨率高，噪音低，精度高，非接觸式，非機(jī)械碰撞，響應(yīng)速度快，控制精度高，并能識(shí)別顏色等優(yōu)點(diǎn)。 信號(hào)處理電路 信號(hào)處理電路的核心——STC89C52單片機(jī)STC89C52是一類功耗低、性能高的CMOS8位微型控制器，具有 8K 在系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash 存儲(chǔ)器。在單個(gè)芯片上，擁有靈活的8 位CPU 和在系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash，使得STC89C52為眾多的嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活性及超有效的解決方式。 其具有以下的標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)的Flash，512字節(jié)的RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35Mhz，6T/12T可選。STC89C52單片機(jī)如圖37所示。圖37 STC89C52單片機(jī)實(shí)物圖 ST89C52單片機(jī)的主要性能(1) 與MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容(2)8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器(3) 1000次擦寫周期(4) 全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz(5) 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器(6) 32個(gè)可編程I/O口線(7)三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(8)八個(gè)中斷源(9) 全雙工的UART串行通道(10) 低功耗的空閑和掉電兩種模式(11) 中斷可在掉電后被喚醒(12) 看門狗定時(shí)器(13) 雙數(shù)據(jù)指針(14) 掉電符 引腳功能 圖38 STC89C52引腳圖VCC : 電源GND : 地P0 口：P0口是一個(gè)8位的向漏極開路的雙向I/O口。屬于輸出口，每一位能夠驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL的邏輯電平。向P0口寫入“1”時(shí)，引腳就為高阻抗的輸入。當(dāng)訪問外部的數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可被作為低8位地址/數(shù)據(jù)的復(fù)用口。在這樣的模式下，P0有內(nèi)部的上拉電阻。當(dāng)flash編程時(shí)，P0口也可用來接收指令字符；在程序的校驗(yàn)過程中，輸出字節(jié)指令。當(dāng)程序校驗(yàn)的時(shí)候，其需要在外部接上拉電阻。P1 口：P1 屬于一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 的輸出緩沖器能夠驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。向P1 端口寫“1”時(shí)，其內(nèi)部上拉電阻把端口拉為高，這時(shí)作為輸入口來使用。用來輸入使用的時(shí)候，由于外部拉低的引腳改變內(nèi)部電阻的原因，將輸出值電流（IIL）。另外，（）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2觸發(fā)輸入（），具體如下表所示。在Flash編程及校驗(yàn)的時(shí)候，P1口接收低8位地址。引腳號(hào) 第二功能 ：T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2外部的計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 ：T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2捕捉/重載折觸發(fā)信號(hào)及方向控制） ：MOSI（在系統(tǒng)的編程時(shí)用） ：MISO（在系統(tǒng)的編程時(shí)用） ：SCK（在系統(tǒng)的編程時(shí)用）P2 口：P2 口是作為具有上拉電阻的內(nèi)部8 位雙向I/O接 口，P2 輸出的緩沖器能夠驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。向P2 口寫入“1”時(shí)，內(nèi)部的上拉電阻全把端口的電阻值拉高，這時(shí)可以用作輸入口來使用。用作輸入口來使用時(shí)，會(huì)被外部拉低的引腳原因，將輸出電流（IIL）。當(dāng)訪問外部程序有存儲(chǔ)器或者用16位地址的讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口輸出高八位的地址。在這種運(yùn)用中，P2 的口使用很高的內(nèi)部上拉來發(fā)送1。當(dāng)使用8位的地址（如MOV@RT）來訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)候，P2口的輸出P2鎖存器內(nèi)部?jī)?nèi)容。當(dāng)flash編程及校驗(yàn)的時(shí)候，P2口也夠接收一些來自高8位地址的控制信號(hào)。P3 口：P3 口是具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 的輸出緩沖器能夠驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。在向P3 端口寫版主“1”時(shí)，其內(nèi)部的上拉電阻會(huì)把端口的阻值拉高，這時(shí)可以用作輸入口來使用。當(dāng)用作輸入口來用時(shí)，會(huì)被外部拉低的引腳因?yàn)閮?nèi)部電阻的因素，會(huì)輸出電流（IIL）。P3口也可作為ST89C52特殊功能（第二功能）使用。當(dāng)flash編程及校驗(yàn)的時(shí)候，P3口也能接收一些的控制信號(hào)。引腳號(hào)第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0(外部中斷0) INT0(外部中斷0) T0（定時(shí)器0外部輸入） T1（定時(shí)器1外部輸入） WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫選通) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫選通)RST: 其作用是復(fù)位輸入。當(dāng)晶振在工作時(shí)，RST引腳能持續(xù)2 個(gè)機(jī)器周期的高電平來使單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)看門狗折計(jì)時(shí)完成以后，RST 腳能輸出96個(gè)高電平，為晶體振蕩的高電平。其特殊寄存器折AUXR上的DISRTO位能夠使此作用無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下為復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：為地址鎖存控制信號(hào)（ALE），當(dāng)它訪問外部程序存儲(chǔ)器的時(shí)候，鎖存的低8 位地址輸出脈沖。當(dāng)flash編程的時(shí)候，這個(gè)引腳（PROG）亦可以用來編程輸入脈沖。一般情況下，ALE 以晶振六分之一固定頻率輸出相應(yīng)的脈沖，作為外部定時(shí)器和時(shí)鐘來使用。但是，特別強(qiáng)調(diào)，錄每次訪問的為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)候，ALE脈沖將會(huì)被跳過。萬一需要的話會(huì)通過將地址為8EH的SFR的第0位變?yōu)椤?”，此時(shí)ALE的操作將無用。這個(gè)位置為“1”，ALE 只是在執(zhí)行MOVX 和MOVC的指令時(shí)才有效。不然，ALE 將會(huì)被微弱地拉高。此ALE 使能標(biāo)志位的設(shè)置對(duì)于微控制器在外部執(zhí)行模式下時(shí)無效。PSEN:外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)（PSEN），它是外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。當(dāng) St89C52從外部程序存儲(chǔ)器來運(yùn)行外部代碼的時(shí)候，PSEN會(huì)在每個(gè)機(jī)器周期被兩次激活，但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)候，PSEN不會(huì)被激活的。EA/VPP:訪問外部程序存儲(chǔ)器的控制信號(hào)。是使能端從0000H變到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器的讀取指令，EA一定要接GND。要使其執(zhí)行內(nèi)部程序的指令，EA應(yīng)被 接VCC。當(dāng)flash編程的時(shí)候，EA也能接收12伏的VPP電壓。XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加1計(jì)數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個(gè)寄存器組成。TMOD是定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動(dòng)和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖39所示： 圖39 定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu) 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制STC89C52單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作由兩個(gè)特殊功能寄存器控制。TMOD用于設(shè)置其工作方式；TCON用于控制其啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。(1) TMOD工作方式寄存器TMOD工作方式寄存器用于設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式，其低四位用作T0，高的四位用作T1。它的格式如下表31所示：表31 TMOD工作方式寄存器格式GATE：門控位。GAT