【正文】 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 摘 要 隨著電子技術(shù)，特別是隨大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生而出現(xiàn)的微型計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類生活發(fā)生了根本性的改變。如果說微型計算機(jī)的出現(xiàn)使現(xiàn)代科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，那么可以毫不夸張地說，單片機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)測控領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革命。目前，單片機(jī)以其體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、對環(huán)境要求不高、高可靠性、高性能價格比、開發(fā)較為容易，在工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能化儀器儀表、辦公自動化等諸多領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用，并已走人家庭，從洗衣機(jī)、微波爐到音響、汽車，到處都可見到單片機(jī)的蹤影。因此，單 片機(jī)技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。本課題介紹了一種利用單片機(jī)技術(shù)實現(xiàn)高精度數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的方法。這種轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)具有測量準(zhǔn)確度高、采樣速度快、測量范圍寬和測量精度與被測轉(zhuǎn)速無關(guān)等優(yōu)點，具有廣闊的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞 :轉(zhuǎn)速測量 。 單片機(jī) 。 直射式紅外光電傳感器 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II Abstract With the development of electronic technology, especially with a largescale integrated circuits the emergence of miniature of the rapid development of puter technology, human life has undergone a fundamental change. If the microputer that modern science research is a qualitative leap, it is no exaggeration to say, SCM technology is the emergence of modern industry control field to bring a new technological revolution. At present, single chip with its small size, light weight, strong antiinterference ability, is not high to the environment request, high reliability, high performance price ratio, develop relatively easy, in the industrial control system, data acquisition system, intelligent instrumentation, office automation and other fields have a wide range of applications, and have leave home, from the washing machine, microwave oven to audio, car, can see everywhere of SCM. Therefore, SCM technology development and application level has bee a national symbol of the level of industrial development. This paper introduces a high precision measurement system of rotation rate method. The measurement system is of high accuracy, fast sampling speed, wide measuring range and precision of the measurement and the measured speed and other advantages, has broad application prospects. Keywords: measurement of rotation rate。 singlechip microputer。 Reflection type infrared photoelectric sensor 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III 目 錄 1 引言 ............................................................... 1 數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的發(fā)展背景 .................................. 1 本設(shè)計課題的目的和意義 ........................................ 1 2 轉(zhuǎn) 速測量系統(tǒng)的原理 ................................................. 3 轉(zhuǎn)速測量方法 .................................................. 3 轉(zhuǎn)速測量原理 .................................................. 4 3 系統(tǒng)方案提出和論證 ................................................. 6 霍爾傳感器測量方案 ............................................ 6 光電傳感器 .................................................... 7 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 ....................................................... 9 轉(zhuǎn)速信號采集 .................................................. 9 直射式紅外光電傳感器 ......................................... 11 電平轉(zhuǎn)換器 MAX232CPE 介紹 ..................................... 12 電位器 3296 ................................................... 14 單片機(jī) AT89C51 介紹 ........................................... 16 最小系統(tǒng)的設(shè)計 ............................................... 20 復(fù)位電路 .............................................. 20 晶振電路 .............................................. 23 最小系統(tǒng)的 仿真 ........................................ 25 顯示部分設(shè)計 ................................................. 25 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ...................................................... 29 主程序初始化 ................................................. 30 定時器的初始化 ......................................... 30 中斷允許控制 ........................................... 31 程序流程圖 ................................................... 32 致謝 ................................................................. 35 參 考文獻(xiàn) ............................................................. 36 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 IV 附錄 A 系統(tǒng)總電路圖 .................................................. 37 附錄 B 系統(tǒng)總程序清單 ................................................ 38 附錄 C 英文原文 ...................................................... 43 附錄 D 漢語 翻譯 ...................................................... 47 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 1 引言 數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的發(fā)展背景 隨著微型計算機(jī)可靠性提高和價格的下降，用單片機(jī)測量電機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)日趨普遍。我們知道，欲提高測量精度，必須先測出準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)速，而原先在可控硅調(diào)速電路中采用的測速發(fā)電機(jī)方式已不能滿足要求，必須采用數(shù)字測速的方法。 目前國內(nèi)外測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法很多，按照不同的理論方法，先后產(chǎn)生過模擬測速法 (如離心式轉(zhuǎn)速表、用電機(jī)轉(zhuǎn)矩或者電機(jī)電樞電動勢計算所得 )、同步測速法 (如機(jī)械式或閃光式頻閃測速儀 )以及計數(shù)測速法。計數(shù)測速法又可分為機(jī)械式定 時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。傳統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測多采用測速發(fā)電機(jī)或光電數(shù)字脈沖編碼器，也有采用電磁式 (利用電磁感應(yīng)原理或可變磁阻的霍爾元件等 )、電容式 (對高頻振蕩進(jìn)行幅值調(diào)制或頻率調(diào)制 )等，還有一些特殊的測速器是利用置于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)的放射性材料來發(fā)生脈沖信號．其中應(yīng)用最廣的是光電式，光電式測系統(tǒng)具有低慣性、低噪聲、高分辨率和高精度的優(yōu)點．加之激光光源、光柵、光學(xué)碼盤、 CCD 器件、光導(dǎo)纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應(yīng)用，使得光電傳感器在檢測和控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而采用光電傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)測量準(zhǔn)確度高、采樣速 度快、測量范圍寬和測量精度與被測轉(zhuǎn)速無關(guān)等優(yōu)點，具有廣闊的應(yīng)用前景。 本設(shè)計課題的目的和意義 測速裝置在控制系統(tǒng)中占有非常重要的低位，對測速裝置的要求是分辨能力強(qiáng)、高精度和盡可能短的檢測時間。 在工程實踐中 ,經(jīng)常會遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合 , 例如在發(fā)動機(jī)、電動機(jī)、卷揚機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗、運轉(zhuǎn)和控制中 ,常需要分時或連續(xù)測量和顯示其轉(zhuǎn)速及瞬時轉(zhuǎn)速。要測速，首先要解決是采樣問題。在使用模技術(shù)制作測速表時，常用測速發(fā)電機(jī)的方法，即將測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與待測軸相連，測速發(fā)電機(jī)的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速 的高低。為了能精確地測量轉(zhuǎn)速外 ,還要保證測量的實時性 ,要求能測得瞬時轉(zhuǎn)速方法。因此轉(zhuǎn)速的測試具有重要的意義 。 這次設(shè)計內(nèi)容包含知識全面，對傳感器測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同的方法及原理設(shè)計有較多介紹，在測量系統(tǒng)中能學(xué)到關(guān)于測量轉(zhuǎn)速的傳感器采樣問題，單片機(jī)部分的內(nèi)容，顯示部分等各個模塊的通信和聯(lián)調(diào)。沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 全面了解單片機(jī)和信號放大的具體內(nèi)容。進(jìn)一步鍛煉我們在信號采集，處理，顯示發(fā)面的實際工作能力。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 2 轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的原理 轉(zhuǎn)速測量方法 轉(zhuǎn)速測量方法可以分為兩類，一 類是直接法，即直接觀測機(jī)械或者點擊的機(jī)械運動，測量特定時間內(nèi)機(jī)械旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，從而測出機(jī)械運動的轉(zhuǎn)速；另一類是簡介法，即測量由機(jī)械轉(zhuǎn)動導(dǎo)致其他物理量的變化，從這些物理量的變化與轉(zhuǎn)速的關(guān)系來得到轉(zhuǎn)速，同時從測速儀是否與轉(zhuǎn)軸接觸又可以分為接觸式，非接觸式。目前國內(nèi)外的測速方法有廣電碼盤測速法、霍爾元件測速法、離心式轉(zhuǎn)速表測速法、測速發(fā)電機(jī)測速法、漏磁測速法、閃電測速法和震動測速法。以下列舉我認(rèn)為本設(shè)計適合的方法： 光電碼盤測速法 這是通過測出轉(zhuǎn)速信號的頻率或周期來測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種無接觸測速法。光電碼盤安裝在 轉(zhuǎn)子端軸上，隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動，光電碼盤也跟著一起轉(zhuǎn)動，如果有一個固定光源照射在碼盤上，則可以利用光敏元件來接收光，接收到光的次數(shù)就是碼盤的編碼數(shù)。若編碼數(shù)為 1，測量時間為 t，測量到的脈沖數(shù)為 N，則轉(zhuǎn)速 n=(N/t*1)*60。 霍爾元件測速法 利用霍爾開關(guān)元件測轉(zhuǎn)速?；魻栭_關(guān)元件內(nèi)含穩(wěn)壓電路、霍爾電勢發(fā)生器、放大器、施密特觸發(fā)器和輸出電路。輸出電平與 TTL 電平兼容，在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上裝一個圓盤，圓盤上裝若干對小磁鋼，小磁鋼越多，分辨率越高，霍爾開關(guān)固定在小磁鋼附近，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，每當(dāng)一個小磁鋼轉(zhuǎn)過霍爾開關(guān)，霍爾 開關(guān)便輸出一個脈沖，計算出單位時間的脈沖數(shù)，即可確定旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)速是指作圓周運動的物體在單位時間內(nèi)所轉(zhuǎn)過的圈數(shù) ,其大小及變化往往