【正文】 ............................................................. 12 數(shù)據(jù)處理過程 ........................................................................................................ 14 浮點(diǎn)數(shù)學(xué)運(yùn)算程序 ................................................................................................. 15 第四章 制作調(diào)試 ................................................................................................................. 16 第五章 結(jié)果分析 ................................................................................................................. 18 總 結(jié) ............................................................................................................................... 19 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................. 20 附錄一原理圖 ....................................................................................................................... 21 附錄二 PCB圖 .................................................................................................................... 23 附錄三 程序清單 ................................................................................................................. 24 致 謝 ............................................................................................................................... 27 白城職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 第一章 系統(tǒng)組成及工作原理 轉(zhuǎn)速測(cè)量原理 在此采用頻率測(cè)量法，其測(cè)量原理為，在固定的測(cè)量時(shí)間內(nèi)，計(jì)取轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)，從而算出實(shí)際轉(zhuǎn)速。設(shè)固定的測(cè)量時(shí)間為 Tc（ min），計(jì)數(shù)器計(jì)取的脈沖個(gè)數(shù) m，假定脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)輸出 p個(gè)脈沖，對(duì)應(yīng)被測(cè)轉(zhuǎn)速為 N（ r/min），則 f=pN/60Hz；另在測(cè)量時(shí)間 Tc內(nèi)，計(jì)取轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖個(gè)數(shù) m應(yīng)為 m=Tcf ，所以，當(dāng)測(cè)得 m值時(shí)，就可算出實(shí)際轉(zhuǎn)速值 [1]： N=60m/pTc (r/min) （ 1） 轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)組成框圖 系統(tǒng)由信號(hào)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(chǔ)電路和系統(tǒng)軟件組成。其中信號(hào)預(yù)處理電路包含信號(hào)放大、波形變換和波形整形。對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大的目的是降低對(duì)待測(cè)信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成可與單片機(jī) 匹配 的 TTL信號(hào)；通過 對(duì) 單片機(jī)的 編程 設(shè)置可使內(nèi)部定時(shí)器 T0 對(duì)輸入脈沖進(jìn)行 計(jì)數(shù) ，這樣 就 能精確地算出加到 T0引腳的單位時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到的脈沖數(shù)；設(shè)計(jì)中 轉(zhuǎn)速顯示部分 采用 價(jià)格低廉且使用方便的 LED模塊，通過 相關(guān)計(jì)算方法計(jì)算 得 到 的 轉(zhuǎn)速通過 I2C總線 放到 E2PROM 存儲(chǔ)，既節(jié)省了所需單片機(jī)的口線和外圍器件，同時(shí)也簡化了顯示部分的軟件編程。系統(tǒng)的原理框圖如圖 。 圖 系統(tǒng)的原理框圖 信 號(hào) 放大器 LED 顯 示 數(shù)字存儲(chǔ)電路 波形變換 波形整形 單片機(jī) 鍵盤模塊 RS232 光電式轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì) 2 第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 脈沖產(chǎn)生電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)采用了紅外光電傳感器，進(jìn)行非接觸式檢測(cè)。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(shí)，傳感器將會(huì)輸出一個(gè)低電平，而當(dāng)沒有物體擋在中間時(shí)則輸出為高電平，從而形成一個(gè)脈沖。系統(tǒng)在光電傳感器收發(fā)端間加入電動(dòng)機(jī)，并在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上 安裝一轉(zhuǎn)盤。在這個(gè)轉(zhuǎn)盤的邊沿處挖出若干個(gè)圓形過孔，把傳感器的檢測(cè)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(shí)候，傳感器將向外輸出若干個(gè)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(shí)別的 TTL電平，即可算出輪子即時(shí)的轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)盤的圓孔的個(gè)數(shù)決定了測(cè)量的精度，個(gè)數(shù)越多，精度越高。這樣就可以在單位時(shí)間內(nèi)盡可能多地得到脈沖數(shù)，從而避免了因?yàn)閮蓚€(gè)過孔之間的距離過大，而正好在過孔之間或者是在下個(gè)過孔之前停止了，造成較大的誤差。設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)盤的圓孔的實(shí)際個(gè)數(shù)受到技術(shù)的限制。為了達(dá)到預(yù)定的效果設(shè)計(jì)在轉(zhuǎn)盤過孔的設(shè)計(jì)上采用 11個(gè)過孔，從而留下了 10 個(gè)同等的間距。這樣在以后的軟件設(shè)計(jì)中能夠較為方便的計(jì)算出脈沖頻率。脈沖發(fā)生源的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 。 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(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì) 由于系統(tǒng)需要將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)， 因而需要使用光電傳感器并設(shè)計(jì)相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路，以得到符合要求的脈沖信號(hào)，送給單片機(jī) STC89C51進(jìn)行計(jì)數(shù)，同時(shí)得到計(jì)數(shù)的時(shí)間，由單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算以得到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。 白城職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 光電傳感器簡介 光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。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(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)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(cè)和控制中應(yīng)用非 常廣泛。 由光通量對(duì)光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測(cè)控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件 (光學(xué)測(cè)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(cè)量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流，它與被測(cè)量間呈單值關(guān)系。模擬式光電傳感器按被測(cè)量 (檢測(cè)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(cè)物體放在光路中，恒光源發(fā)出的光能量穿過被測(cè)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(cè)物上，再從被測(cè)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(cè)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(cè)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(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，并能和集成電路相匹配。因此，廣泛地用于計(jì)算機(jī)、儀器儀表和自動(dòng)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(duì)紅外光敏感，構(gòu)成傳感器時(shí)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(diǎn)，是很理想的光源。 綜上所述，各種光源各具優(yōu)點(diǎn)，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(cè)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(cè)時(shí)，還必須配備適當(dāng)?shù)男盘?hào)調(diào)理電路。這些信號(hào)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(hào)進(jìn)行放光電式轉(zhuǎn)速儀設(shè)計(jì) 4 大、整形，轉(zhuǎn)換成所單片機(jī)定時(shí) 計(jì)數(shù)所需要的脈沖信號(hào)。不同的光電元件，所要求的測(cè)量電路也不相同，為此設(shè)計(jì)時(shí)必須詳加考慮。 光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì) 傳感器將電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng) 過 LM324集成運(yùn)放整形驅(qū)動(dòng)，送到單片機(jī)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，從而測(cè)出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。 光電轉(zhuǎn)換部分與單片機(jī)的連接框圖如圖 。 圖 光電轉(zhuǎn)換部分與單片機(jī)的連接框圖 LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用 14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器， 除電源共用外，四組 運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖 ，它有 5個(gè)引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“ V+”、“ V”為正、負(fù)電源端，“ Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi（ ）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的位相反 。Vi+（ +）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 LM324的引腳排列見圖 圖 圖 引腳圖 由于 LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范 圍寬，靜態(tài)功耗