光电传感器的转速测量系统设计报告.doc

目录1设计目的12系统组成及工作原理12.1转速测量原理12.2转速测量系统组成框图13系统硬件设计关键技术23.1脉冲产生电路设计23.2光电转换及信号调理电路设计33.2.1光电传感器简介33.2.2光电转换及信号调理电路设计43.3测量系统主机部分设计53.3.2键盘显示模块设计73.3.3串行通信模块设计93.3.4电源模块设计104系统软件设计关键技术114.1程序模块设计114.2数据解决过程134.3浮点数学运算程序145制作调试及系统精度评价方法146系统标定167系统价格及关键零部件供应商………………………………………………171设计目的转速测量是社会生产和平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运用的日益重视，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，厂家不会提供具体电路图和源代码，用户很难自行进行二次开发和改善。针对这种现状，使用光电传感器结合STC公司的STC89C51型单片机设计的一种转速测量与控制系统。STC89C51单片机采用了CMOS工艺和高密度非易失性存储器技术，并且其输入/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，相应被测转速为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解决电路、单片机STC89C51、系统化LED显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。其中信号预解决电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是减少对待测信号的幅度规定；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立可使内部定期器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。波形整形波形变换信号放大器键盘模块单片机数字存储电路RS232LED显示图2.1系统的原理框图3系统硬件设计关键技术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辨认的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也许多地得到脉冲数，从而避免了由于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，导致较大的误差。设计中转盘的圆孔的实际个数受到技术的限制。为了达成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可以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。图3.1脉冲发生源硬件结构图（左为正视图，右为侧视图）3.2光电转换及信号调理电路设计由于系统需要将光信号转换为电信号，因而需要使用光电传感器并设计相应的信号调理电路，以得到符合规定的脉冲信号，送给单片机STC89C51进行计数，同时得到计数的时间，由单片机进行相关计算以得到电动机转速。3.2.1光电传感器简介光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它一方面把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反映快、非接触等优点，并且可测参数多，传感器的结构简朴，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器。模拟式光