【導(dǎo)讀】學(xué)生姓名Xxx學(xué)號(hào)170302041. 院(系)電子與電氣工程。題目基于光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　

【正文】 時(shí) ， 定時(shí) / 計(jì)數(shù)器將發(fā)生溢出。當(dāng)產(chǎn)生定時(shí) / 計(jì)數(shù)器將溢出 ， 程序 進(jìn)入定時(shí)器中斷服務(wù)程序 ， 中斷服務(wù)程序?qū)σ绯龃螖?shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。待測(cè)信號(hào)的周期由 3個(gè)字節(jié)組成 :定時(shí) / 計(jì)數(shù)器溢出次數(shù)、定時(shí) / 計(jì)數(shù)器的高 8 位和低 8 位。信號(hào)的頻率 f 與信號(hào)的周期 T 之間的關(guān)系為 : f = 1/ T 完成信號(hào)的周期測(cè)量后 ， 需要做一次倒數(shù)運(yùn)算才能獲得信號(hào)的頻率。為提高運(yùn)算精度 ，這里采用浮點(diǎn)數(shù)算術(shù)運(yùn)算。浮點(diǎn)數(shù)用 3個(gè)字節(jié)組成 ， 第一字節(jié)最高位為數(shù)符 ， 其余 7 位為階碼 。第二字節(jié)為尾數(shù)的高字節(jié) 。第三字節(jié)為尾數(shù)的低字節(jié)。待測(cè)信號(hào)周期的 3個(gè)字節(jié)定點(diǎn)數(shù)首先通過(guò)截取高 16 位、設(shè)置數(shù)符和計(jì)算階碼轉(zhuǎn)換為上述格式的浮點(diǎn) 數(shù)。然后浮點(diǎn)數(shù)算術(shù)運(yùn)算對(duì)其進(jìn)行處理 ， 獲得用浮點(diǎn)數(shù)格式表達(dá)的信號(hào)頻率值。浮點(diǎn)數(shù)到 BCD 碼轉(zhuǎn)換模塊把用浮點(diǎn)數(shù)格式表達(dá)的信號(hào)頻率值變換成測(cè)轉(zhuǎn)速的顯示格式 ， 送到顯示模塊顯示待測(cè)信號(hào)的頻率值。 浮點(diǎn)數(shù)學(xué)運(yùn)算程序 STC89C51 系列單片機(jī)屬于微控制器 ， 由于其 CPU字長(zhǎng)和指令功能的限制 ， 它適用于控制領(lǐng)域 ， 在信號(hào)處理方面不很擅長(zhǎng)。在頻率計(jì)中需要完成周期到頻率的換算 ， 為保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確 ， 這里應(yīng)用了浮點(diǎn)數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算。從周期到頻率的換算過(guò)程包括 : 3字節(jié)定點(diǎn)數(shù)到浮點(diǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)換、浮點(diǎn)數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算和浮點(diǎn)數(shù)到 十進(jìn)制 碼的轉(zhuǎn)換。 5 制作調(diào)試 在硬件調(diào)試與制作方面，可從下面系列著手考慮。 信號(hào)盤(pán)可用一般鋼板制成，這個(gè)信號(hào)盤(pán)就是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)所用的轉(zhuǎn)盤(pán)，盤(pán)上共有 11個(gè)齒，每個(gè)大孔直徑為 6mm，盤(pán)中心還有一個(gè)中心孔。中心孔主要用于在固定發(fā)動(dòng)機(jī)上。將信號(hào)盤(pán)與電機(jī)安裝在一起，使其隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；傳感器固定在支架上，垂直于轉(zhuǎn)速盤(pán)，當(dāng)轉(zhuǎn)速盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光電傳感器就輸出矩形脈沖信號(hào)，每 11個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī) 1個(gè)工作循環(huán)，其中的 2個(gè)寬脈沖信號(hào)配合上止點(diǎn)信號(hào)可精確確定上止點(diǎn)的位置。 此檢測(cè)裝置完全按照發(fā)動(dòng)機(jī)上傳感器的實(shí)際安裝位置進(jìn)行安裝。如圖 ，將信號(hào)盤(pán)固xxx 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 定在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上，光電轉(zhuǎn)速傳感器正對(duì)著信號(hào)盤(pán)。光電轉(zhuǎn)速傳感器接有 4根導(dǎo)線，其中黑線、黃線為電源輸入線，紅線為信號(hào)輸出線，白線為共地線。測(cè)量頭由光電轉(zhuǎn)速傳感器組成，而且測(cè)量頭兩端的距離與信號(hào)盤(pán)的距離相等。測(cè)量用器件封裝后，固定裝在貼近信號(hào)盤(pán)的位置，當(dāng)信號(hào)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電元件即可輸出正負(fù)交替的周期性脈沖信號(hào)。信號(hào)盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的脈沖數(shù)，等于其上的孔數(shù)。因此，脈沖信號(hào)的頻率大小就反映了信號(hào)盤(pán)轉(zhuǎn)速的高低。此 轉(zhuǎn)速測(cè)量 裝置 可以實(shí)現(xiàn) 數(shù)字顯示，成為數(shù)字式轉(zhuǎn)速表。 圖 轉(zhuǎn)速測(cè)速示意圖 LM324整形電路調(diào)試。在焊接硬 件電路時(shí)需細(xì)心排除元器件和焊接等方面可能出現(xiàn)的故障，元器件的安裝位置出錯(cuò)或引腳差錯(cuò)可能導(dǎo)致電路短路或?qū)崿F(xiàn)不了電路本身的功能，甚至燒壞元器件。單片機(jī)部分最容易出現(xiàn)的問(wèn)題為元器件引腳的虛焊。 被測(cè)物理量經(jīng)過(guò)傳感器變換后，往往成為電阻、電流、電壓、電感等某種電參數(shù)的變化值。為了進(jìn)行信號(hào)的分析、處理、顯示和記錄，須對(duì)信號(hào)作放大、運(yùn)算、分析等處理，這就引入了中間變化電路。查閱有關(guān)資料結(jié)合選用的光電傳感器相關(guān)參數(shù)，我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖 。當(dāng)調(diào)制盤(pán)上的圓形孔旋轉(zhuǎn)至與光電開(kāi)關(guān)的透光位置重合時(shí)，觸發(fā)器輸出高電 平；當(dāng)通光孔被遮住時(shí)，觸發(fā)器輸出低電平。輸出的信號(hào) 經(jīng) LM324電路整形調(diào)試，可以將信號(hào)源完好的整形成矩形脈沖信號(hào)。 在 把矩形脈沖信號(hào)輸入 單片機(jī) 之前，先把矩形脈沖信號(hào)接入示波器 進(jìn)行 調(diào)試。 除了要考慮到硬件方面，對(duì)軟件調(diào)試也不能忽視。 程序應(yīng)該模塊化，便于 修改 。使用 RAM 或 IO，必須先定義再使用，避免直接引用。將來(lái)需要調(diào)整時(shí)，只要修改定義部分就好了。寫(xiě)程序要有足夠的注釋、說(shuō)明文檔、流程圖、原理圖。每次修改程序，應(yīng)該同步更新相關(guān)的注釋、說(shuō)明文檔、流程圖、原理圖。免得下次再改時(shí)對(duì)不上號(hào)。 xxx 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 實(shí)驗(yàn)板與 PC 機(jī)連接時(shí) 一定要先連接串行通信電纜，然后再將其電源線插入 USB 借口；拆除時(shí)先斷開(kāi)其電源，再斷開(kāi)串行通信電纜。否則極易損壞 PC機(jī)的串口。 在進(jìn)行軟件編程調(diào)試時(shí)需要用到單片機(jī)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 MedWin 軟件，編程時(shí)容易出現(xiàn)鍵盤(pán)輸入和無(wú)意的語(yǔ)法錯(cuò)誤 ， 還有一些模塊達(dá)不到預(yù)期的功能，都要經(jīng)過(guò)調(diào)試才能排除。 MedWin 軟件具有很強(qiáng)大的編程調(diào)試功能，能夠模仿仿真實(shí)際單片機(jī)的端口和內(nèi)部功能部件的狀態(tài)值。該軟件中有硬件調(diào)試和軟件調(diào)試功能可以看到單片機(jī)內(nèi)存單元對(duì)應(yīng)的運(yùn)行值，外圍部件中可以顯示單片機(jī)端口，中斷、定 時(shí)器 定時(shí)器 定時(shí)器 3 還有串口對(duì)應(yīng)的運(yùn)行值?？梢詥尾秸{(diào)試也可以模塊調(diào)試，最好的是可以對(duì)你所懷疑的語(yǔ)句模塊設(shè)置斷點(diǎn)。所以 MedWin 具有強(qiáng)大的編譯調(diào)試功能。此系統(tǒng)將個(gè)功能模塊：主程序、數(shù)據(jù)處理程序、按鍵程序設(shè)計(jì)、中斷服務(wù)子程序、 LED 顯示程序分開(kāi)分別進(jìn)行調(diào)試，最后整體調(diào)試。編譯無(wú)誤后生成目標(biāo)代碼 BIN 文件。 采用 STC 單片機(jī)下載軟件 STCISP 將其下載到實(shí)驗(yàn)板的單片機(jī)中。 在最后一步點(diǎn)擊軟件 STCISP 界面中的 [下載 ]按鈕之前，一定要保持實(shí)驗(yàn)板的串行通信線及電源線與 PC機(jī)連接良好，并 且實(shí)驗(yàn)板的電源開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，然后點(diǎn)擊 [下載 ]按鈕，再打開(kāi)實(shí)驗(yàn)板電源開(kāi)關(guān)，此時(shí)軟件將自動(dòng)完成程序下載。 下載完畢，實(shí)驗(yàn)板上的單片機(jī)立即開(kāi)始運(yùn)行。 6 結(jié)果分析 設(shè)計(jì)已基本完成題目中的各項(xiàng)要求，但是還是有一定的誤差， 其中電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量與實(shí)際轉(zhuǎn)速相差 15 轉(zhuǎn) /分左右， 經(jīng)分析主要是由以下原因造成的：中斷處理的進(jìn)入和中斷處理程序都會(huì)有一定時(shí)間的延時(shí)， 從而造成時(shí)間閘門(mén)的誤差，這 是造成測(cè)量誤差的一個(gè) 主要因素。 另外，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)盤(pán)是采用塑料盤(pán)片磨制而成，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)容易打飄不穩(wěn)，導(dǎo)致獲得的脈沖信號(hào)頻率與實(shí)際轉(zhuǎn)速有一定的誤差 。 xxx 畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 結(jié) 論 所選的畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是利用單片機(jī) STC 89C51為核心，結(jié)合光電傳感器、 LM324設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置。單片機(jī) 采用定時(shí)器定時(shí)中斷的方法實(shí)現(xiàn) 對(duì) 信號(hào)脈沖的測(cè)量并 計(jì) 算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 ， 具有較強(qiáng)的使用價(jià)值 ，結(jié)合實(shí)際再進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于實(shí)際操作。 xxx 畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 參考文獻(xiàn) [1]余永權(quán)，汪明慧，黃英 .單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [M].電子工業(yè)出版社， 2020 [2]王福瑞 .單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全 [M].北京航空航天大 學(xué)出版社， 1999 [3]張勇 .電機(jī)拖動(dòng)與控制 [M].機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [4]趙繼文，何玉彬 .傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計(jì) [M].科學(xué)出版社， 2020 [5]胡漢才 ， 單片機(jī)原理及其接口技術(shù) (第 2版 ) [M].清華大學(xué)出版社， 2020 [6]紀(jì)宗南 .單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊(cè) [J].北京航空航天大學(xué)出版社， 1998 [7]賴麒文 .8051單片機(jī) C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境實(shí)務(wù)與設(shè)計(jì) [M].科學(xué)出版社， 2020 xxx 畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 致 謝 : 感謝 xxx老師 對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的悉心指導(dǎo)和熱忱幫助， 在設(shè)計(jì)過(guò)程中 xxx對(duì)設(shè)計(jì)方案和思路 給予指點(diǎn)。在連接硬件電路和調(diào)試時(shí)， xxx同學(xué)給了我很多幫助，排除了不少電路故障。 xxx同學(xué)同時(shí)還在設(shè)計(jì)思路方面給了一些建議。