【正文】 .................................................................................................................................................................................. 18 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................................................................. 19 致 謝 ........................................................................................................................................................................................... 20 xxx 畢業(yè)設(shè)計 2 1 引 言 轉(zhuǎn)速測量是社會生產(chǎn)和 日常 生活中重要的測量和控制對象。近年來，由于世界范圍內(nèi)對轉(zhuǎn)速測量合理利用的日益重視，促使轉(zhuǎn)速測量技術(shù)的迅速發(fā)展，各種新型的測量儀表相繼問世并越來越多地得到應(yīng)用。進(jìn)行轉(zhuǎn)速測量的檢測控制 ，可以使用多種傳感器。由于技術(shù)保密，廠家不會提供詳細(xì)電路圖和源代碼，用戶很難自行進(jìn)行二次開發(fā)和改進(jìn)。針對這種現(xiàn)狀，使用光電傳感器結(jié)合 STC 公司的 STC 89C51 型單片機(jī)設(shè)計的一種轉(zhuǎn)速測量與控制系統(tǒng)。 STC 89C51 單片機(jī) 采用了 CMOS 工藝和高密度非易失性存儲器技術(shù)，而且其輸 入 /輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS51 兼容 ，是開發(fā)該系統(tǒng)的適合芯片。 2 系統(tǒng)組成及工作原理 轉(zhuǎn)速測量原理 在此采用 頻率測量法，其測量原理為，在固定的測量時間內(nèi)，計取轉(zhuǎn)速傳感器 產(chǎn)生的脈沖個數(shù)，從而算出實際轉(zhuǎn)速。設(shè)固定的測量時間 為 Tc（ min），計數(shù)器計取的脈沖個數(shù) m，假定脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)輸出 p個脈沖，對應(yīng)被測轉(zhuǎn)速為 N（ r/min），則 f=pN/60Hz；另在測量時間 Tc內(nèi)，計取轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖個數(shù) m應(yīng)為 m=Tcf ，所以，當(dāng)測得 m值時，就可算出實際轉(zhuǎn)速值 [1]： N=60m/pTc (r/min) （ 1） 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)組成框圖 系統(tǒng)由信號預(yù)處理電路、單片機(jī) STC 89C5系統(tǒng)化 LED 顯示模塊、串口數(shù)據(jù)存儲電路和系統(tǒng)軟件組成。其中信號預(yù)處理電路包含信號放大、波形變換和波形 整形。對待測信號進(jìn)行放大的目的是降低對待測信號的幅度要求；波形變換和波形整形電路則用來將放大的信號轉(zhuǎn)換成可與單片機(jī) 匹配 的 TTL 信號；通過 對 單片機(jī)的 編程 設(shè)置可使內(nèi)部定時器 T0對 輸入 脈沖進(jìn)行 計數(shù) ，這樣 就 能精確地算出加到 T0 引腳的單位時間內(nèi)檢測到的脈沖數(shù)；設(shè)計中 轉(zhuǎn)速顯示部分 采用 價格低廉且使用方便的 LED 模塊，通過 相關(guān)計算方法計算 得 到 的轉(zhuǎn)速通過 I2C 總線 放到 E2PROM 存儲，既節(jié)省了所需單片機(jī)的口線和外圍器件，同時也簡化了顯示部分的軟件編程。系統(tǒng)的原理框圖如圖 所示。 xxx 畢業(yè)設(shè)計 3 圖 系統(tǒng)的原理框圖 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 脈沖產(chǎn)生電路設(shè)計 設(shè)計采用了紅外光電傳感器，進(jìn)行非接觸式檢測。當(dāng)有物體擋在紅外光電發(fā)光二極管和高靈敏度的光電晶體管之間時，傳感器將會輸出一個低電平，而當(dāng)沒有物體擋在中間時則輸出為高電平，從而形成一個脈沖。系統(tǒng)在光電傳感器收發(fā)端間加入電動機(jī)，并在電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝一轉(zhuǎn)盤。在這個轉(zhuǎn)盤的邊沿處挖出若干個圓形過孔，把傳感器的檢測部分放在圓孔的圓心位置。每當(dāng)轉(zhuǎn)盤隨著后輪旋轉(zhuǎn)的時候，傳感器將向外輸出若干個脈沖。把這些脈沖通過一系列的波形整形成單片機(jī)可 以識別的 TTL電平，即可算出輪子即時的轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)盤的圓孔的個數(shù)決定了測量的精度，個數(shù)越多，精度越高。這樣就可以在單位時間內(nèi)盡可能多地得到脈沖數(shù)，從而避免了因為兩個過孔之間的距離過大，而正好在過孔之間或者是在下個過孔之前停止了，造成較大的誤差。設(shè)計中轉(zhuǎn)盤的圓孔的實際個數(shù)受到技術(shù)的限制。為了達(dá)到預(yù)定的效果設(shè)計在轉(zhuǎn)盤過孔的設(shè)計上采用 11 個過孔，從而留下了 10個同等的間距。這樣在以后的軟件設(shè)計中能夠較為方便的計算出脈沖頻率。脈沖發(fā)生源的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 信 號 放大器 LED 顯 示 數(shù)字存儲電路 波形變換 波形整形 單片機(jī) 鍵盤模塊 RS232 xxx 畢業(yè)設(shè)計 4 圖 脈沖發(fā)生源硬件結(jié)構(gòu)圖（左為正視圖，右為側(cè)視圖） 光電轉(zhuǎn)換及信號調(diào)理電路設(shè)計 由于 系統(tǒng)需要將光信號轉(zhuǎn)換為電信號， 因而 需要 使用 光電傳感器 并設(shè)計 相應(yīng)的信號調(diào)理電路 ，以得到符合要求的脈沖信號，送給單片機(jī) STC89C51 進(jìn)行計數(shù)，同時得到計數(shù)的時間，由單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)計算以得到電動機(jī)轉(zhuǎn)速 。 光 電傳感器簡介 光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此 ， 光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。 由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件 (光學(xué)測控系統(tǒng) )輸出量性質(zhì)可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖 (開關(guān) )式光電傳感器。模擬式光電傳感器 是將被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流，它與被測量間呈單值關(guān)系。模擬式光電傳感器按被測量 (檢測目標(biāo)物體 )方法可分為透射 (吸收 )式、漫反射式、遮光式(光束阻檔 )三大類。所謂透射式是指被測物體放在光路中，恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物，部份被吸收后，透射光投射到光電元件上；所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上，再從被測物體表面反射后投射到光電元件上；所謂遮光式是指當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物光遮其中一部份，使投射剄光電元件上的光通量改變，改變的程度與被測物體在光路位置有關(guān)。 光源是許多光電傳感器的重要組 成部分，要使光電傳感器很好地工作，除了合理選用光電元件外，還必須配備合適的光源。 發(fā)光二極管是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長、響應(yīng)快、機(jī)械強度高等優(yōu)點，并能和集成電路相匹配。因此，廣泛地用于計算機(jī)、儀器儀xxx 畢業(yè)設(shè)計 5 表和自動控制設(shè)備中。 鎢絲燈泡 是一種最常用的光源，它具有豐富的紅外線。如果選用的光電元件對紅外光敏感，構(gòu)成傳感器時可加濾色片將鎢絲燈泡的可見光濾除，而僅用它的紅外線做光源，這樣，可有效防止其他光線的干擾。 激光與普通光線相比具有能量高度集中，方向性好，頻率單純、相干性 好等優(yōu)點，是很理想的光源。 綜上所述，各種光源各具優(yōu)點，但 從經(jīng)濟(jì) 與使用便利方面考慮 ， 并考慮到抗干擾性能，我們 決定 選用 紅外光二極管做 系統(tǒng)測量的 光源。 由光源、光學(xué)通路和光電器件組成的光電傳感器在用于光電檢測時，還必須配備適當(dāng)?shù)?信號調(diào)理 電路。 這些信號調(diào)理 電路 負(fù)責(zé)將 光電 傳感器輸出 的 微弱的光電信號進(jìn)行放大、整形， 轉(zhuǎn)換成所 單片機(jī)定時計數(shù)所