【正文】 軸相連，測(cè)速發(fā)電機(jī)的電壓高低反映了轉(zhuǎn)速 的高低。因此轉(zhuǎn)速的測(cè)試具有重要的意義 。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(hào)放大的具體內(nèi)容。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 2 轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的原理 轉(zhuǎn)速測(cè)量方法 轉(zhuǎn)速測(cè)量方法可以分為兩類，一 類是直接法，即直接觀測(cè)機(jī)械或者點(diǎn)擊的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，測(cè)量特定時(shí)間內(nèi)機(jī)械旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，從而測(cè)出機(jī)械運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速；另一類是簡(jiǎn)介法，即測(cè)量由機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)從測(cè)速儀是否與轉(zhuǎn)軸接觸又可以分為接觸式，非接觸式。以下列舉我認(rèn)為本設(shè)計(jì)適合的方法： 光電碼盤測(cè)速法 這是通過測(cè)出轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率或周期來測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種無接觸測(cè)速法。若編碼數(shù)為 1，測(cè)量時(shí)間為 t，測(cè)量到的脈沖數(shù)為 N，則轉(zhuǎn)速 n=(N/t*1)*60。霍爾開關(guān)元件內(nèi)含穩(wěn)壓電路、霍爾電勢(shì)發(fā)生器、放大器、施密特觸發(fā)器和輸出電路。 轉(zhuǎn)速是指作圓周運(yùn)動(dòng)的物體在單位時(shí)間內(nèi)所轉(zhuǎn)過的圈數(shù) ,其大小及變化往往意味著機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的正常與否 ,因此 ,轉(zhuǎn)速測(cè)量一直是工業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)重要問題。計(jì)數(shù)測(cè)速法又可分為機(jī)械式定時(shí)計(jì)數(shù)法和電子式定時(shí)計(jì)數(shù)法。 對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量實(shí)際上是對(duì)轉(zhuǎn)子旋 轉(zhuǎn)引起的周期脈沖信號(hào)的頻率進(jìn)行測(cè)量。 （ 3）多周期測(cè)頻法：在被測(cè)信號(hào) m1 個(gè)周期內(nèi) , 計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖數(shù) m2 ,從而得到被測(cè)信號(hào)頻率 fx ,則 fx 可以表示為 fx =m1 fc/m2, m1 由測(cè)量準(zhǔn)確度確定。另一項(xiàng)是量化177。當(dāng)時(shí)基誤差小于量化177。 1 誤差來確定。對(duì)于測(cè)周期法 ,測(cè)量相對(duì)誤差為： Er2 =測(cè)量誤差值 /實(shí)際測(cè)量值 100 % =1/m0 100 % 對(duì)于給定的時(shí)鐘脈沖 fc , 當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率越低時(shí) ,m0 越大 , Er2 就越小 ,所以測(cè)周期法適用于低頻信號(hào) (低轉(zhuǎn)速信號(hào) ) 的測(cè)量。它適用于高、低頻信號(hào) (高、低轉(zhuǎn)速信號(hào) ) 的測(cè)量。 根據(jù)以上的討論 ,考慮到實(shí)際應(yīng)用中需要測(cè)量的轉(zhuǎn)速范圍很寬 ,上述的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法難以滿足要求 ,因此 ,研究高精度的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法 ,以同時(shí)適用于高、低轉(zhuǎn)速信號(hào)的測(cè)量 ,不僅具有重要的理論意義 ,也是實(shí)際生產(chǎn)中的需要。而臨時(shí)性轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng) ,多采用光電傳感器 ,從轉(zhuǎn)軸上預(yù)先粘貼的一個(gè)標(biāo)志上獲得一轉(zhuǎn)一 個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖 ,隨后利用電子倍頻器和測(cè)頻方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量。即通過速度傳感器 ,將轉(zhuǎn)速信號(hào)變?yōu)殡娒}沖 ,利用微機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù) ,再經(jīng)過軟件計(jì)算獲得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。 N ——— 采樣時(shí)間內(nèi)所計(jì)脈沖個(gè)數(shù) 。 m ——— 每旋轉(zhuǎn)一周所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù) (通常指測(cè)速碼盤的齒數(shù) ) 。 在對(duì)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較快系統(tǒng)或要求動(dòng)態(tài)特性好而精度高的轉(zhuǎn)速測(cè)控系統(tǒng)中 ,調(diào)節(jié)周期一般很短 ,相應(yīng)的采樣周期需取得很小 ,使得脈沖當(dāng)量增高 ,從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)測(cè)量精度降低 ,難以滿足測(cè)控要求。通過增加測(cè)速碼盤的齒數(shù)可以提高精度 ,但是碼盤 齒數(shù)的增加會(huì)受到加工工藝的限制 ,同時(shí)會(huì)使轉(zhuǎn)速測(cè)量脈沖的頻率增高 ,頻率的提升又會(huì)受到傳感器中光電器或磁敏器或磁電器件最高工作頻率的限制。而采用本文所提出的定時(shí)分時(shí)雙頻率采樣法 ,可在保證采樣精度的同時(shí) ,提高采樣速率 ,充分發(fā)揮微機(jī)智能測(cè)速方法的優(yōu)越性及靈活性。 放大、整形電路：對(duì)傳感器送過來的信號(hào)進(jìn)行放大和整形，在送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理轉(zhuǎn)換。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 3 系統(tǒng)方案提出和論證 轉(zhuǎn)速測(cè)量的方案選擇 ,一般要考慮傳感器的結(jié)構(gòu)、安裝以及測(cè)速范圍與環(huán)境條件等方面的適用性 。本說明書中給出兩種轉(zhuǎn)速測(cè)量方案，經(jīng)過我和伙伴查資料、構(gòu)思和自己的設(shè)計(jì)，總體電路我們有兩套設(shè)計(jì)方案，部分重要模塊也考慮了其它設(shè)計(jì)方法，經(jīng)過分析，從實(shí)現(xiàn)難度、熟悉程度、器件用量等方面綜合考慮，我們才最終選擇了一個(gè)方案。 霍爾傳感 器測(cè)量方案 霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)進(jìn)行工作的，其核心元件是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的霍爾元件。如果在圓周上黏上很多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖輸出。本文介紹一種泵驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速采用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量。 傳感器的定子上有 2 個(gè)互相垂直的繞組 A 和 B, 在繞組的中心線上粘有霍爾片HA 和 HB ,轉(zhuǎn)子為永久磁鋼 ,霍爾元件 HA 和 HB 的激勵(lì)電機(jī)分別與繞組 A 和 B 相連 ,它們的霍爾電極串聯(lián)后作為傳感器的輸出。 光電傳感器 整 個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的組成框圖如圖 所示。轉(zhuǎn)速信號(hào)由光電傳感器拾取 ,使用時(shí)應(yīng)先在轉(zhuǎn)子上做好光電標(biāo)記 ,具體辦法可以是 :將轉(zhuǎn)子表面擦干凈后用黑漆 (或黑色膠布 ) 全部涂黑 ,再將一塊反光材料貼在其上作為光電標(biāo)記 ,然后將光電傳感器 (光電頭 ) 固定在正對(duì)光電標(biāo)記的某一適當(dāng)距離處。光電頭包含有前置電路，輸出 0— 5V的脈沖信號(hào)。 圖 轉(zhuǎn)速 測(cè)量系統(tǒng)的組成框圖 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 優(yōu)點(diǎn)：這種方案使用光電轉(zhuǎn)速傳感器具有采樣精確，采樣速度快，范圍廣的特點(diǎn)。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)提高，尤其是單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及功能強(qiáng)大，價(jià)格低廉的顯著特點(diǎn)，是全數(shù)字化測(cè)量轉(zhuǎn)度系統(tǒng)得一廣泛應(yīng)用。對(duì)測(cè)量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的硬件和編程進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出一種以單片機(jī)為主的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)，保證了測(cè)量精度。這種測(cè)量方法具有傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、測(cè)量精度高的特點(diǎn)。從光源發(fā)出的光通過測(cè)速齒盤上的齒槽照射到光電元件上，使光電元件感光。對(duì)于被測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在 90—1700r/min的來說 ,每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生 30個(gè)電脈沖信號(hào) ,因此 ,傳感器輸出波形的頻率的大小為： 45Hz≤ f≤ 850Hz （ ） 測(cè)速齒盤裝在發(fā)射光源 (紅外線發(fā)光二極管 )與接收光源的裝置 (紅外線接收二極管 )之間 ,紅外線發(fā)光二極管 (規(guī)格 IR3401)負(fù)責(zé)發(fā)出光信號(hào) ,紅外線接收三極管 (規(guī)格 3DU12)負(fù)責(zé)接收發(fā)出的光信號(hào) ,產(chǎn)生電信號(hào) ,每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒 ,光的明暗變化 經(jīng)歷了一個(gè)正弦周期 ,即產(chǎn)生了正弦脈沖電信號(hào)。所選用的紅外二極管 IR3401，在正向工作電流為 20mA時(shí) ,其導(dǎo)通電壓為 —,所選用的發(fā)光二極管的正向壓降一般為 —,電流為 10—20Ma。設(shè)定中所選阻值為 430Ω（ Rmin≤ R≤ Rmax）。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 圖 轉(zhuǎn)速傳感器電路圖 光電傳感器是應(yīng)用非常廣泛的一種器件，有各種各樣的形式，如透射式、反射式等，基本的原理就是當(dāng)發(fā)射管光照射到接收管時(shí)，接收管導(dǎo)通，反之關(guān)斷。為此，可以制作一個(gè)遮光葉片如圖 所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過時(shí)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。 圖 光電傳感器的原理圖 圖 遮光葉片 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 直射式紅外光電傳感器 H92B4 是由原裝進(jìn)口高發(fā)射功率的砷化鎵（砷鋁鎵）紅外發(fā)射管和高靈敏度的光敏晶體管組成。直射式紅外光電傳感器內(nèi)部電路示意圖如圖 所示，極限參數(shù)與光電特性分別如表 4表 42 所示。標(biāo)準(zhǔn) RS232 的電平 EIARS232C 對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定。在室溫下，一般輸出高電平是 ，項(xiàng)目 符號(hào) 測(cè)試條件 最小 典型 最大 單位 輸入 正向壓降 VF IF=10mA V 反向電流 IR VR=5V 10 μA 波長 λp I=10mA 940 nm 輸出 集電極暗電流 ICEO E=0mW/cm178。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平 =，輸入低電平 =，噪聲容限是 。 max232 等芯片就是完成電平轉(zhuǎn)換的 。 C 為商用級(jí)。第三字母，表示引腳數(shù)， E 為 16PIN。 MAX232CPE 完成 232 電平與TTL 電平轉(zhuǎn)換，提供一個(gè)本地借口，為調(diào)試和維護(hù)提供方便。數(shù)據(jù)可以從串口輸入到單片機(jī) SX52， SX52 再把數(shù)據(jù)送到 RTL8019AS 傳出去。 MAX232CPE 管腳如圖 所示。由 6 腳和 4 只電容 構(gòu)成。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。其中 13 腳（ R1IN）、 12沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦 DB9 插頭； DB9 插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT 輸出。 15 腳 GND、 16 腳 VCC（ +5v）。 電位器的作用是調(diào)節(jié)電壓，包含直流電壓與信號(hào)電壓，以及電流的大小。 電位器是一種可調(diào)的電子元件，它是由一個(gè)電阻體和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)組成。它大多是用作分壓器，這時(shí)電位器是一個(gè)四段元件。它是由一個(gè)電阻體和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)組成。下面是 3296 電位器的相關(guān)分類。它又可分為通用、精密、大功率、預(yù)調(diào)試線繞電位器 。 5. 按驅(qū)動(dòng)方式不同分類：手動(dòng)調(diào)節(jié)電位器，電動(dòng)調(diào)節(jié)電位器 6. 其他分類方式：普通電位器，磁敏電位器，光敏電位器 ，電子電位器，步 進(jìn)電位器。 10% 轉(zhuǎn)數(shù)： 25 調(diào)節(jié)類型：頂部調(diào)整 安裝類型：通孔 電阻材料：金屬陶瓷 封裝外殼： 方形 L x W x H ( x x ) 封裝：管裝 單片機(jī) AT89C51 介紹 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 圖 AT89C51 芯片 它有 40 個(gè)管腳，分成兩排，每一排各有 20 個(gè)腳，其中左下角標(biāo)有箭頭的為第 1 腳，然后按逆時(shí)針方向依次為第 2 腳、第 3 腳??第 40 腳。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 AT89C51 單片機(jī)的功能： 主要特性： ◆ 與 MCS—51 兼容 ◆ 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ◆ 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ◆ 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 ◆ 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz ◆ 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ◆ 128*8 位內(nèi)部 RAM ◆ 32 可編程 I/O 線 ◆ 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ◆ 5 個(gè)中斷源 ◆ 可編程串行通道 ◆ 低功耗的閑置和掉電模式 ◆ 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說明 （圖 ） ： 圖 AT89C51 管腳分布 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 VCC：供電電壓 ， GND：接地 。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。在 FLASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高 。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè)TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 ―1‖時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 ―1‖時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口管腳備選功能 ： RXD（串行輸入口） ◆ TXD（串行輸出口） ◆ /INT0（外部中斷 0） ◆ /INT1（外部中斷 1） ◆ T0（記時(shí)器 0 外部輸入） ◆ T1（記時(shí)器 1 外部輸入） ◆ /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） ◆ /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 ◆ P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信