毕 业 设 计
学生姓名 院 (系) 专 业
Xxx
学 号
170302041
电子与电气工程
Xxx
题 目 基于光电传感器的转速测量系统设计
指导教师
年
月
目 录
1 引 言 ................................................................................................................................................................... 2 2 系统组成及工作原理 ............................................................................................................................... 2 2.1转速测量原理 ............................................................................................................................................ 2 2.2转速测量系统组成框图 ..................................................................................................................... 2 3 系统硬件电路的设计 ............................................................................................................................... 3 3.1 脉冲产生电路设计 ............................................................................................................................... 3 3.2 光电转换及信号调理电路设计 ................................................................................................... 4 3.2.1 光电传感器简介 ............................................................................................................................... 4 3.2.2 光电转换及信号调理电路设计 .............................................................................................. 5 3.3 测量系统主机部分设计 .................................................................................................................... 7 3.3.1 单片机 ..................................................................................................................................................... 7 3.3.2 键盘显示模块设计 .......................................................................................................................... 8 3.3.3 串行通信模块设计 ........................................................................................................................ 10 3.3.4 电源模块设计 ................................................................................................................................... 11 4 系统软件设计 .............................................................................................................................................. 12 4.1 主程序设计 .............................................................................................................................................. 12 4.2 数据处理过程 ........................................................................................................................................ 14 4.3 浮点数学运算程序 ............................................................................................................................. 15 5 制作调试 ......................................................................................................................................................... 15 6 结果分析 ......................................................................................................................................................... 17 结 论 ....................................................................................................................................................................... 18 参考文献............................................................................................................................................................... 19 致 谢 ....................................................................................................................................................................... 20
1引 言
转速测量是社会生产和日常生活中重要的测量和控制对象。近年来，由于世界范围内对转速测量合理利用的日益重视，促使转速测量技术的迅速发展，各种新型的测量仪表相继问世并越来越多地得到应用。进行转速测量的检测控制，可以使用多种传感器。由于技术保密，厂家不会提供详细电路图和源代码，用户很难自行进行二次开发和改进。针对这种现状，使用光电传感器结合STC公司的STC 89C51型单片机设计的一种转速测量与控制系统。STC 89C51单片机采用了CMOS工艺和高密度非易失性存储器技术，而且其输入/输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容，是开发该系统的适合芯片。
2 系统组成及工作原理 2.1 转速测量原理
在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N（r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]：
N=60m/pTc (r/min)
（1）
2.2 转速测量系统组成框图
系统由信号预处理电路、单片机STC 89C51、系统化LED显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机匹配的TTL信号；通过对单片机的编程设置可使内部定时器T0对输入脉冲进行计数，这样就能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中转速显示部分采用价格低廉且使用方便的LED模块，通过相关计算方法计算得到的转速通过I2C总线放到E2PROM存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。系统的原理框图如图2.1所示。
信 号 放大器 波形变换 波形整形 数字存储电路 LED 显 示
图2.1 系统的原理框图
单片机 键盘模块 RS232
3 系统硬件电路的设计 3.1 脉冲产生电路设计
设计采用了红外光电传感器，进行非接触式检测。当有物体挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时，传感器将会输出一个低电平，而当没有物体挡在中间时则输出为高电平，从而形成一个脉冲。系统在光电传感器收发端间加入电动机，并在电动机的转轴上安装一转盘。在这个转盘的边沿处挖出若干个圆形过孔，把传感器的检测部分放在圆孔的圆心位置。每当转盘随着后轮旋转的时候，传感器将向外输出若干个脉冲。把这些脉冲通过一系列的波形整形成单片机可以识别的TTL电平，即可算出轮子即时的转速。
转盘的圆孔的个数决定了测量的精度，个数越多，精度越高。这样就可以在单位时
间内尽可能多地得到脉冲数，从而避免了因为两个过孔之间的距离过大，而正好在过孔之间或者是在下个过孔之前停止了，造成较大的误差。设计中转盘的圆孔的实际个数受到技术的限制。为了达到预定的效果设计在转盘过孔的设计上采用11个过孔，从而留下了10个同等的间距。这样在以后的软件设计中能够较为方便的计算出脉冲频率。脉冲发生源的硬件结构图如图3.1所示。
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