【導(dǎo)讀】原因影響系統(tǒng)的正常工作。針對(duì)此不足本文以MCS-51系列單片機(jī)中的8051芯片為核。心，采用光電傳感器件，設(shè)計(jì)了一種新型的長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x，具有長(zhǎng)度測(cè)量，速度測(cè)量，數(shù)據(jù)顯示，定時(shí)報(bào)警，等功能。因此，以它作為微控制器，提高了整機(jī)的性能價(jià)格比。具有成本低，體積小，硬。件電路簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)，可靠性高等特點(diǎn)。加之運(yùn)用了碼撥盤輸入、LED數(shù)字顯示器，

　　

【正文】 作。 （ 1） 8051 各個(gè) I/O 口的初始化。 圖 主程序流程圖 （ 2）串行口的初化。 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)論文 18 INT1 中斷服務(wù)程序 在 INT1 中斷服務(wù)程序中。 8051 讀取 8255 各通道計(jì)數(shù)值，計(jì)算出長(zhǎng)度值，送顯示器顯示。 INT1 中斷服務(wù)程序流程圖如下： 圖 INT1 中斷服務(wù)程序流程圖 功能塊程序 儀器通過(guò)撥盤輸入數(shù)據(jù)，可隨時(shí)得到用戶所需的結(jié)果，這就要用到功能程序塊。功能程序塊包括：顯示、撥盤輸入，清零等功能塊。顯示功能塊的作用是根據(jù)用戶的需要轉(zhuǎn)入相應(yīng)的入口參數(shù)，再經(jīng)過(guò)碼之轉(zhuǎn)換，送至顯示緩沖區(qū)中。 撥盤輸入程序： 本程序?qū)⒆x入的 4 位 BCD 碼按千、百、十、個(gè)依次存放在 8051 片內(nèi) RAM 的 30H～33H 單元中，每個(gè)地址單元的高 4 位為 0，低 4 位為 BCD 碼。 程序如下： RDS： MOV Ro,30H MOV R2, 7FH MOV R3, 04H LOOP: MOV A ,R2 MOV P1,A MOV A,P1 ANL A,0FH MOV @Ro,A 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)論文 19 INC Ro MOV A,R2 RR A MOV R2,A DJNZ R3,LOOP RED 顯示子程序 通用顯示子程序的功能是將顯示緩沖區(qū)中的字碼轉(zhuǎn)換成段碼送入顯示器中，顯示各種字型。幾乎所有程序中都要用到這一程序，因此稱之為通用 顯示子程序，以便與顯示功能塊相區(qū)別。 圖 顯示子程序流程圖 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)論文 20 第六章 傳感器的概述 傳感器概述 信息處理技術(shù)取得的進(jìn)展以及微處理器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開(kāi)發(fā)方面有相應(yīng)的進(jìn)展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測(cè)量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強(qiáng)，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來(lái)越重要。傳感器已成為自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越 來(lái)越明顯。 最廣義地來(lái)說(shuō)，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。國(guó)際電工委員會(huì)國(guó)際電工的定義為： “ 傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào) ” 。按照 Gospel 等的說(shuō)法是： “ 傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件 ” ，而 “ 傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理 (模擬或數(shù)字 )能力的傳感器 ” 。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它是被測(cè)量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。 進(jìn)入傳感器的信號(hào)幅度是很小的，而且混雜有干擾信號(hào)和噪聲。為了方便隨后的處理過(guò)程，首先要將信號(hào)整形成具有最佳特性的 波形，有時(shí)還需要將信號(hào)線性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。在某些情況下，這些電路的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。成形后的信號(hào)隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并輸入到微處理器。 在介紹光電傳感器的選擇之前，首先介紹在測(cè)控系統(tǒng)中選擇傳感器的總原則，本原則適用于各種傳感器的選擇。 選擇傳感器的總原則 現(xiàn)代傳感器在原則和結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，如何根據(jù)具體的測(cè)控目的、測(cè)控對(duì)象以及測(cè)控環(huán)境合理地選擇傳感器，是單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)首先要解決的問(wèn)題。當(dāng)傳感器選定之后，與之相配套的測(cè)控電路也就可以確定了。測(cè)控結(jié)果的 成敗，在很大程度上取決于傳感器的選擇是否合理。作為單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)前向通道的關(guān)鍵部件，在選擇傳感器時(shí)應(yīng)考慮以下幾方面： 根據(jù)測(cè)控對(duì)象與測(cè)控環(huán)境確定傳感器的類型 首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)椋词故菧y(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選擇，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)和傳感器的使用條件綜合考慮以下一些具體長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)論文 21 問(wèn)題：①傳感器的量程；②被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；③測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；④傳感器信號(hào)的引出是有線還是無(wú)線；⑤是購(gòu) 買傳感器還是自行研制傳感器以及價(jià)格因素等。在綜合考慮上述因素之后就能確定選擇何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。 傳感器靈敏度的選擇 通常情況下，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)殪`敏度越高，與被測(cè)量變化無(wú)關(guān)的外界噪聲越容易混入，噪聲被放大系統(tǒng)放大后會(huì)影響測(cè)量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少?gòu)耐饨缫氲母蓴_信號(hào)。 另外，某些傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測(cè)量是單向量，而且對(duì)其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其他方向靈敏度小的傳感器；如果被測(cè)量是 多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。 傳感器頻率響應(yīng)性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，傳感器的頻率響應(yīng)好，可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬，傳感器的輸出信號(hào)必須在允許的頻率范圍內(nèi)保持不失真，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有一定的延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。 傳感器線性范圍 傳感器的線性范圍是指輸出信號(hào)與輸入量呈正比的范圍。從理論上講，在此范圍內(nèi)靈敏度應(yīng)保持定值。傳感器的線性范圍越寬，其量程越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定之后首先要看其量程是否滿 足要求。實(shí)際上任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性，其線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性，這樣就給測(cè)量帶來(lái)極大的方便。 傳感器穩(wěn)定性 傳感器使用一段時(shí)間以后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。 在選擇傳感器之前，首先應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)措施以減小環(huán)境 的影響。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過(guò)使用期后，在使用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。對(duì)于長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)論文 22 某些要求傳感器能長(zhǎng)期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場(chǎng)合，所選擇的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長(zhǎng)時(shí)間考驗(yàn)。 傳感器精度的選擇 精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)測(cè)量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要能滿足整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的精度要求就可以了，不必選的過(guò)高。這樣就可以在滿足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡(jiǎn)單的傳感器。 如果測(cè)量結(jié)果是供定性分析的，選擇重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選擇絕對(duì)量值精度高的傳感器；如果是為了定量分析，必須獲得精度的測(cè)量值，就需選擇精度等級(jí)能滿足要求的傳感器。對(duì)某些特殊使用場(chǎng)合，無(wú)法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計(jì)制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。 紅外光電傳感器 紅外線屬于一種電磁射線，其特性等同于無(wú)線電或 X 射線。人眼可見(jiàn)的光波是380nm780nm，發(fā)射波長(zhǎng)為 780nm1mm 的長(zhǎng)射線稱為紅外線，浙江省洞頭縣光電開(kāi)關(guān)廠生產(chǎn)的紅外線光電開(kāi)關(guān)優(yōu)先使用的是接近可見(jiàn)光波長(zhǎng)的近紅外線。 圖 光譜分析圖 紅外線光電開(kāi)關(guān) （光電傳感器）屬于光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無(wú)，其物體不限于金屬，對(duì)所有能反射光線的物體均可檢測(cè)。 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)論文 23 圖 光電傳感器原理圖 對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)原理 對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)包含在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器。當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)物體是不透明時(shí)，對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)是最可靠的檢測(cè)模式。 圖 光電傳感器工作原理圖 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)論文 24 結(jié) 論 由于單片機(jī)價(jià)格低廉，可靠性高，功能完全能滿足新型非接觸長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x的要求，因此，以它作為微控制器提高了整機(jī)的性能價(jià)格比。 此設(shè)計(jì)具有成本低，體積小，硬件電路簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)，可靠性高等特點(diǎn)。加之 運(yùn)用了先進(jìn)芯片，使整個(gè)裝置的記數(shù)，顯示，控制一氣呵成，形成了集成度高，運(yùn)行可靠，操作安全的智能化控制系統(tǒng)。 這種簡(jiǎn)潔，清晰，精銳的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不但可用于各種電纜器材的測(cè)量，還可以用于鋼絲繩，布匹，光纖等線類器材的測(cè)量，也可以“武裝”和“改造”其他機(jī)械設(shè)備的智能化。 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)論文 25 參 考 文 獻(xiàn) 【 1】 徐科軍 傳感器與檢測(cè)技術(shù) 電子工業(yè)出版社 【 2】 周立功 增強(qiáng)型 80C51 單片機(jī)速成與實(shí)踐 北 京：北京航空航天大學(xué)出版社， 【 3】 王幸之 王雷 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù) 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 【 4】 安志勇 非接觸光電檢測(cè)儀器的研制及應(yīng)用前景 .儀器儀表學(xué)報(bào) 1997, 18 【 5】 徐愛(ài)鈞 智能化測(cè)量控制儀表原理 【 6】 張茂青 電機(jī)與電力拖動(dòng)原理 蘇州：蘇州大學(xué)出版社，與設(shè)計(jì) 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1995 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)論文 26 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是在徐志文老師的關(guān)懷和指導(dǎo)下進(jìn)行，并與同一課題小組的其他同學(xué) 合作經(jīng)過(guò)十六周的時(shí)間克服各種困難最終完成的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，雖然由于經(jīng)驗(yàn)不足等方面的限制，但是設(shè)計(jì)結(jié)果卻是我們能達(dá)到的最佳程度。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)豐富了自己的知識(shí)，使我不僅對(duì)自己所學(xué)習(xí)的專業(yè)有了更深的了解，而且更使我對(duì)其產(chǎn)生了濃厚的興趣，在這十六周的學(xué)習(xí)研究過(guò)程中，我也不免發(fā)現(xiàn)了自己身上的一些缺點(diǎn)和不足，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解不夠深入，對(duì)記憶性知識(shí)不夠扎實(shí)，以及動(dòng)手能力有待提高等種種問(wèn)題，在徐老師孜孜不倦的教誨下，克服許多專業(yè)知識(shí)上的困難，這使我受益非淺。 在此，我謹(jǐn)向指導(dǎo)教師徐志文表示最誠(chéng)摯的感謝！感謝他對(duì)我的指導(dǎo) 和關(guān)懷！由于自己的水平有限，在這期間，給徐老師帶來(lái)了很多麻煩，同時(shí)也難免在設(shè)計(jì)中存在著這樣那樣的不足，希望各位領(lǐng)導(dǎo)和老師給予批評(píng)和指正！ 謝謝！ 學(xué) 生： 郝東興 2020 年 6 月 30 日 于長(zhǎng)春理工大學(xué) 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)論文 27 附 錄 非接觸自動(dòng)測(cè)長(zhǎng) 測(cè)速 儀硬件電路 接口圖