【正文】 直或聚焦后，光束很細(xì)，因此可用小光闌獲取直徑為 ～ 的激光光束，用這種細(xì)的準(zhǔn)直光束可以實(shí)現(xiàn)高精度的定位控制、位置檢測(cè)、線徑測(cè)量，并可以檢測(cè)直徑小到像繡花針頭般大小的目標(biāo)。 本設(shè)計(jì)也采用了 半導(dǎo)體 激光 二極管 作為光源。 （ 4）垂直發(fā)散角 θ ⊥ ：激光二極管的發(fā)光帶在垂直 PN 結(jié)方向張開(kāi)的角度，一般在 15?～ 40?左右。激光照射的光斑大小可按下式近似計(jì)算： d≈Lθ （ ） 式中， d — 光斑直徑（ mm）； L — 檢測(cè)距離（ m）； θ — 發(fā)散角（ mrad）。特別是將半導(dǎo)體激光束通過(guò)芯徑 5mm～ 9mm 單模光纖耦合并準(zhǔn)直后，可以將檢測(cè)精度提高到微米級(jí)，像頭發(fā)絲直徑這樣大小的目標(biāo)均可輕而易舉地檢測(cè)出來(lái)。一般來(lái)說(shuō)，若選擇可見(jiàn)光波段，則在安裝、調(diào)試、對(duì)準(zhǔn)上都比較方便，若選用近紅外波段，則在安裝、調(diào)試過(guò)程中，須使用夜 視儀或紅外測(cè)試卡配合進(jìn)行。因此，在水中工作時(shí)，選用 532nm 的綠色激光最為適宜。在測(cè)量范圍和測(cè)量精度方面都有極大的提高。 2．整形和 放大 前向通道中，將傳感器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成 單片機(jī) 輸入要求的信號(hào)。 由于 本系統(tǒng) 采用獨(dú)立供電的方案，所以也選用了液晶來(lái)顯示。如圖 “ T”法脈寬測(cè)量所示。因此要求脈沖的上升沿（或下降沿）陡峭和計(jì)數(shù)和定時(shí)嚴(yán)格同步。因此，為了提高測(cè)量精度， 要保證定時(shí)時(shí)間 T 足夠長(zhǎng) 。 測(cè)頻測(cè)周期法“ M/T 法” 所謂測(cè)頻測(cè)周 期 法，即是綜合了“ T”法和“ M”法分別對(duì)高、低轉(zhuǎn)速具有的不同精度，利用各自的優(yōu)點(diǎn)而產(chǎn)生的方法，精度位于兩者之間，如圖 “ M/T”法定時(shí) /計(jì)數(shù)測(cè)量所示。由圖可見(jiàn)，從 a點(diǎn)開(kāi)始，計(jì)數(shù)器對(duì) m1和 m2計(jì)數(shù)，到達(dá) b 點(diǎn)，預(yù)定的測(cè)速時(shí) 間時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出停止計(jì)數(shù)的指令，因?yàn)?TC不一定正好等于整數(shù)個(gè)脈沖發(fā)生器脈沖周期，所以，計(jì)數(shù)器仍對(duì)高頻脈沖繼續(xù)計(jì)數(shù)，到達(dá) c 點(diǎn)時(shí)，脈沖發(fā)生器 產(chǎn)生的 脈沖上升沿使計(jì)數(shù)器停止 計(jì)數(shù) ，這樣， m2就代表了 m1個(gè)脈沖周期的時(shí)間。 T 法適合于低速測(cè)量，轉(zhuǎn)速越大，誤差越大 。 所謂 的 變 M/T 法， 就是 在 15 M/T 法的基礎(chǔ)上，讓測(cè)量時(shí)間 Tc始 終等于轉(zhuǎn)速輸入脈沖信號(hào)的周期之和，并根據(jù)第一次 所測(cè) 的轉(zhuǎn)速及時(shí) 調(diào)整預(yù)測(cè)時(shí)間 Tc， 這樣就解決了不同轉(zhuǎn)速情況下 的測(cè)量精度 問(wèn)題 。如圖 ，當(dāng)測(cè)速轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電傳感器接收反射紙反射 的 激光 信號(hào) ， 產(chǎn)生一個(gè)脈沖電信號(hào)，然后把信號(hào)送入放大電路、整形及三極管組成的 整形電路進(jìn)行 信號(hào) 處理，將 模擬 波信號(hào)轉(zhuǎn)化為 TTL 電平輸出到 單片機(jī) 計(jì)數(shù)器中 進(jìn)行轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)，最后通過(guò)液晶顯示器顯示其數(shù)值 。 激光 二極管發(fā)出的光信號(hào)通過(guò)反射紙， 光電傳感器 表面，并將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出。 圖 LCD1602 電路圖 V s s1V c c2V e e3RS4R / W5E6D07D18D29D310D411D512D613D714L+15L16J1L C D 16 02P P P P P P P P P P P 1KR8R e s 25KR9R e s 2V C CV C C 19 復(fù)位功能的實(shí)現(xiàn) 單片機(jī)除本身需要復(fù)位以外，外部擴(kuò)展的 I/O 接口電路等也需要復(fù)位。 如圖 所示 圖 單片機(jī)復(fù)位電路 P 1P 2P 3P 4P 5P 6P 7P 8R S T9P ( R X D )10P ( T X D )11P ( I N T 0)12P ( I N T 1)13P ( T 0)14P ( T 1)15P ( W R )16P ( R D )17X T A L 218X T A L 119GND20P ( A 8)21P ( A 9)22P ( A 10 )23P ( A 11 )24P ( A 12 )25P ( A 13 )26P ( A 14 )27P ( A 15 )28P S E N29A L E / P R O G30E A / V31P ( A D 7)32P ( A D 6)33P ( A D 5)34P ( A D 4)35P ( A D 3)36P ( A D 2)37P ( A D 1)38P ( A D 0)39V C C40U189 C 5210uFC1C a p P ol 110KR1R e s 2V C CS2S W P B200R 10R e s 2 20 硬件電路中主要部件的介紹 STC89C52 介紹 STC89C52RC 單片機(jī)是宏晶科技公司推出的新一代低功耗 /高速 /超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)。 第 32～ 39管腳 ～ 8位雙向 I/O 口線 第 40管腳 VCC 電源輸入，接＋ 5V 電源 表 STC89C52 管腳功能 21 1602 液晶顯示屏介紹 本文采用的 YB1602A 液晶屏是一種字符型液晶模塊。 管腳號(hào) 管腳名稱(chēng) 電平 管腳功能 1 VSS 0V 電源地 2 VCC 電源輸入 3 V0 LCD 驅(qū)動(dòng)電壓輸入 4 RS H/L RS=H,表示 DB0DB7 為顯示數(shù)據(jù) RS=L，表示 DB0DB7 為指令 5 R/W H/L R/W=H,數(shù)據(jù)被讀到 DB9DB7 R/W=L, 數(shù)據(jù)被寫(xiě)到 DB9DB7 6 E H,H→ L 使能信號(hào) 7 DB0 H/L 數(shù)據(jù)線 8 DB1 H/L 數(shù)據(jù)線 9 DB2 H/L 數(shù)據(jù)線 10 DB3 H/L 數(shù)據(jù)線 11 DB4 H/L 數(shù)據(jù)線 12 DB5 H/L 數(shù)據(jù)線 13 DB6 H/L 數(shù)據(jù)線 14 DB7 H/L 數(shù)據(jù)線 15 BLA 背光正極 (LEDK﹑ BLK) 16 BLK 0V 背光負(fù)極 (LEDA﹑ BLA) 表 1602 管腳功能圖 22 （ 2） 1602 液晶 RAM 地址映射 YB1602A 液晶的控制器內(nèi)部帶 80x8 位（ 80個(gè)字節(jié)）的 RAM 緩沖區(qū)，對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖 。 （ 2） 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 定時(shí)器 T0 每 50ms 中斷一次，用以進(jìn)行 LCD 顯示和每一秒讀取一次計(jì)數(shù)器T1 中的數(shù)值。 這里用 Plus Counter 作為轉(zhuǎn)化為 10 進(jìn)制數(shù)值的數(shù)值存儲(chǔ)器， TH1 和 TL1 分別是二進(jìn)制計(jì)數(shù)值的高 8位和低 8位。如圖 TMOD 的位定義所示。 GATE=1，只有 INT0/1 引腳為高電平且用指令置 TR0/1=1 時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0/1 的工作。 M1M0=00， 13位計(jì)數(shù)； M1M0=01， 16 位計(jì)數(shù)； M1M0=10，自動(dòng)再裝入 8位計(jì)數(shù)； M1M0=11，工作于模式 3 狀態(tài)。 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 圖 控制寄存器 TCON 的位定義圖 25 TF0、 TF1 分別為定時(shí)器 T0 和計(jì)數(shù)器 T1 的溢出標(biāo)志位， TR0 和 TR1 在正常情況下，都沒(méi)有溢出標(biāo)志，只有當(dāng)計(jì)數(shù)值或定時(shí)值超過(guò) 65535 時(shí)，才能有溢出中斷請(qǐng)求，這兩位是由硬件置位和硬件清零，不需另行設(shè)置。以下是程序定義變量及進(jìn)行初始化的程序行。 //使能信號(hào)位，將 E位定義為 引腳 sbit BF=P0^7。 //儲(chǔ)存定時(shí)器 T0中斷次數(shù) bit flag。 //計(jì)滿 1秒鐘標(biāo)志位置 1 count=0。這部份的程序流程圖如圖 中斷程序 子程序流程圖所示。 //取千位 j=(x%1000)/100。 //寫(xiě)顯示地址 ,將在第 1行第 3 列開(kāi)始顯示 28 WriteData(digit[i])。 //將個(gè)位數(shù)字的字符常量寫(xiě)入 LCD } ?? 以此規(guī)律進(jìn)行顯示，直至四位全部顯示完畢，等待下一次循環(huán)。 keil C51 軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在不斷發(fā)展， Keil軟件是目前流行的用于開(kāi)發(fā) 51 系列單片機(jī)的軟件。因此我們要通過(guò) USB 轉(zhuǎn)串口線，再通過(guò) RS232 轉(zhuǎn)接下載，如果將 9 針頭和 RS232電路焊 接到設(shè)備電路板中，那樣就會(huì)占用板子的空間而且加大了焊接難度，操作十分不便。 圖 單片機(jī)下載結(jié)構(gòu)方框圖 PC機(jī)通過(guò) USB 轉(zhuǎn)串口線連接到 RS232 轉(zhuǎn)接板再連接到實(shí)驗(yàn)板的四芯插座上，在電腦上打開(kāi) STCISP 軟件（ STCISP 軟件下載軟件截圖如圖 所示），選擇STC 單片機(jī)型號(hào)（本文 選擇 STC89C52RC），打開(kāi)要下載的主機(jī)或從機(jī)程序文件的HEX 文件，設(shè)置 USB 轉(zhuǎn)串口線連接電腦的對(duì)應(yīng) COM 口，然后點(diǎn)擊 STCISP 軟件的下載按鈕，當(dāng)軟件界面出現(xiàn)給 MCU 上電的提示時(shí)，給主機(jī)或從機(jī)設(shè)備上電，進(jìn)行正常下載。 本設(shè)計(jì)中應(yīng)用的 接收 電路 要求反射回的激光光束亮度要很高，這導(dǎo)致在實(shí)際操作中要把探頭與被測(cè)轉(zhuǎn)盤(pán)離得很近，且發(fā)射光束與反射光束之間的夾角不能過(guò)大。因?yàn)闀r(shí)間和 實(shí)驗(yàn)條件 等方面問(wèn)題未能繼續(xù)研究下去，現(xiàn)在將自己的想法列舉出來(lái)， 作為手持式激光轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的后續(xù)研究、設(shè)計(jì)展望。 32 參考文獻(xiàn) [1]劉 鋒 ， 等 .基于單片機(jī)和 8254 計(jì)數(shù)器的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法 .機(jī)械制造與自動(dòng)化 .20xx，36(4)： 104～ 107 [2]劉巖 ,左春檉 ,張玉梅 ,栗利剛 .高精度非接觸測(cè)量轉(zhuǎn)速新方法研究 .微計(jì)算機(jī)信息 .20xx，24(2)： 72～ 79 [3]王朕 ， 劉學(xué)鋒 ， 劉陵順 .基于 AT89C51 的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .四川兵工學(xué)報(bào) .20xx， 30(5)： 19～ 21 [4]邵靜波 ， 劉博學(xué) ， 王成貴 ， 王玉蘭 ， 洪光 .一 種新型的半導(dǎo)體激光測(cè)速儀 .延邊大學(xué)學(xué)報(bào) .20xx， 29(3)： 177～ 178 [5]馮榮彪 ， 張弘 ， 杜錫勇 .精密激光測(cè)速儀的設(shè)計(jì) .自動(dòng)化儀表 .20xx， 30(5)： 62～ 64 [6]洪寶林 .力學(xué)計(jì)量 下 .北京：原子能出版社， ～ 839 [7]劉麗 ， 王翔 .基于 MCS51 單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng) .測(cè)量測(cè)試技術(shù) .20xx,3 (34):58～ 60 [8]李福進(jìn)，陳至坤，王汝琳，等．基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法 [J]．工礦自動(dòng)化， 20xx， 2(1)：5455 [9]QU Jinyu. Measure of Engine Speed Based on C8051F Chip， Tractor amp。 （ 2）設(shè)定其他一些工作參數(shù)，如扭矩 、振動(dòng)等 。 總之 經(jīng)過(guò)導(dǎo)師 、 同學(xué)們的支持與幫助和自己不 斷的學(xué)習(xí)、努力，本文設(shè)計(jì)的手持式激光轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x 實(shí)物已經(jīng)制作完成，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備測(cè)試 效果顯示，手持式激光轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的 功能都能夠按要求 基本 實(shí)現(xiàn)，達(dá)到 課題研究的目的 。文中首先對(duì)單片機(jī)用于轉(zhuǎn)速測(cè)量的理論、原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析、比較，并對(duì)基于STC89C52 單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量電路做了簡(jiǎn)單的介紹，詳細(xì)闡述了軟件的設(shè)計(jì)，編譯程 序，最終實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量、顯示的功能，再通過(guò)調(diào)試使程序通過(guò)編程器寫(xiě)入 單片機(jī) 芯片 中 。這樣大大縮減了電路復(fù)雜度，同時(shí)下載更加快捷方便。運(yùn)行 Keil 軟件需要 Pentium 或以上的 CPU， 16MB 或更多 RAM、 20MB 以上空閑的硬盤(pán)空間、 Win9NT、 Win20xx、 WinXP 等操作系統(tǒng)。 圖 主程序流程圖 29 開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的程序必須有調(diào)試好的應(yīng)用程序，系統(tǒng)才能運(yùn)行。 //將百位數(shù)字的字符常量寫(xiě)入 LCD WriteData(digit[k])。 //取十位 l=x%10。 圖 LCD 顯示流程圖 程序如下： void display_val(unsigned int x) { unsigned char i,j,k,l。 //定時(shí)器 T0 高 8位重新賦初值 TL0=(6553646083)%256。 1． 定時(shí)器 T0 的中斷 實(shí)現(xiàn) void Time0(void ) interrupt 1 using 1 //定時(shí)器 T0 的中斷編號(hào)為 1，使用第 1組工作寄存器 { count++。 //定義字符數(shù)組顯示數(shù)字 unsigned int v。 //寄存器選擇位，將 RS 位定義為 引腳 sbit RW=P2^6。 TR TR0 分別用于開(kāi)啟 T1 和 T0 的開(kāi)關(guān)位，其中 TR1 由系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，直接