光電傳感器測速

1、濱江學(xué)院題目：光電傳感器測速院系:電 子 工 程 系專業(yè):電子科學(xué)與技術(shù)姓名：成員：指導(dǎo)教師：2014年11月15日目錄引言1設(shè)計(jì)思路2所需模塊光電傳感器部分LM339工作原理及管腳圖整體連線圖 3單片機(jī)部分單片機(jī)外部連線圖 單片機(jī)內(nèi)部主程序流程圖 4 測速原理5所需器件6 總結(jié)附錄2源程序代碼附錄3實(shí)物圖參考文獻(xiàn)引言在工程實(shí)踐中 , 經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合。轉(zhuǎn)速是電動(dòng)機(jī)極為重 要的一個(gè)狀態(tài)參數(shù) ,在很多運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的測控中 , 都需要對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量 ,不 論是直流調(diào)速系統(tǒng)還是交流調(diào)速系統(tǒng) , 只有轉(zhuǎn)速的高精度檢測才能得到高精度的 控制系統(tǒng)。迄今為止 ,測速可分為兩類 :模擬電路測

2、速和數(shù)字電路測速。 隨著微電 子技術(shù)的發(fā)展 , 計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用 , 出現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)字測速裝置。 這樣的速度測量裝置測量范圍寬、工作方式靈活多變、適應(yīng)面廣 , 具有普通數(shù)字 測速裝置不可比擬的快速性、精確性和優(yōu)越性。1：設(shè)計(jì)思路用一個(gè)紅外發(fā)光二極管和一個(gè)接受紅外光的二極管組成一套光電管。 當(dāng)檢測 到物表面為黑色時(shí)， 反射光很弱， 接收端檢測到的光線可以忽略， 使接收端呈現(xiàn) 一種狀態(tài)，例如開關(guān)管截止；當(dāng)被檢測物表面為白色時(shí)，反射光強(qiáng)烈，發(fā)射端發(fā) 射的紅外線被接收端全部接收， 使接收端呈現(xiàn)另一種相反的狀態(tài)， 例如開關(guān)管開 通。這兩種相反的狀態(tài)表現(xiàn)在電路中，就是高低電平組成的脈沖信號。

3、由此，我 想到用一個(gè)比較器來比較兩種接受到的信號， 從而輸出“ 0”“1”兩種高低電平， 并把兩種信號傳給單片機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)， 然后利用設(shè)定算法進(jìn)行計(jì)算， 最后通過數(shù)碼 顯示管顯示計(jì)算結(jié)果。2：所需模塊本測速系統(tǒng)共有兩個(gè)模塊構(gòu)成， 一個(gè)為光電傳感器部分， 用于接收光信號并 轉(zhuǎn)換為電信號， 即高低電平信號； 另一個(gè)為單片機(jī)部分， 用于接收高低電平信號 并通過內(nèi)部計(jì)算，然后再通過數(shù)碼顯示管顯示測出的結(jié)果。光電傳感器部分LM339 工作原理及管腳圖：LM339類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端兩個(gè)輸入端中的一個(gè)稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“-”表示

4、。當(dāng)用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做 參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇 LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一 端加一個(gè)待比較的信號電壓，當(dāng)“ +”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng) 于輸出端開路。當(dāng)“-”端電壓高于“ +”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接高 電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到 另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號檢測等場合是比較理想的。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管， 在使用時(shí)輸出端 到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選 3-15K）。選不同阻值的上拉電 阻會(huì)影響輸出端高電位的值

5、。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基 本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。下圖（1a）給出了一個(gè)LM399的基本單限比較器。輸入信號Uin為待比較電壓，把它加到同相輸入端，在反相輸入端接一個(gè)參考電壓（門限電平）Ur。當(dāng)輸入電壓Uin>Ur時(shí)，輸出為高電平UOh,圖（1b）為其傳輸特性。圖（1c）為LM339的管腳圖。Uin 0丫 +UccR丄竝Vo4o叵E(c)圖（1）LM33肛 作原理圖及管腳圖整體連線圖：如下圖（2）所示:圖（2）比較型光電傳感器整體電路圖在上圖中，LED燈相當(dāng)于一個(gè)紅外線發(fā)射管，JP1是紅外線接收管，接收光 強(qiáng)在上面轉(zhuǎn)換成電流，在R上成為電壓信號。當(dāng)光線照射到白

6、色面上時(shí)，光線反 射強(qiáng)烈，光線照射到黑色面上時(shí)，光線反射較弱。因此當(dāng)光照在不同顏色面上時(shí)， 阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值與 RA1的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，就可以從 LM339俞出邏輯電平給單片機(jī)。3 單片機(jī)部分單片機(jī)外部連線圖：如下圖（ 3）所示 圖（3）單片機(jī)連線圖在上接線圖中，可在數(shù)碼管與單片機(jī)之間接上一個(gè)分壓電阻， 起到保護(hù)作用。 單片機(jī)型號選89C51或89C52都行。在試驗(yàn)板上把圖（1）中的2管腳（邏輯電 平輸出管腳）和圖（ 2）中的 1 2管腳（中斷輸入管腳）連接，即可構(gòu)成整個(gè)測速 系統(tǒng)。單片機(jī)內(nèi)部主程序流程圖主程序是控制單片機(jī)系統(tǒng)按照預(yù)定的操作方式運(yùn)轉(zhuǎn) , 它完成人機(jī)對話和各種

7、 控制功能 , 是單片機(jī)系統(tǒng)程序的框架。主程序的主要任務(wù)是完成系統(tǒng)自檢、初始 化、處理鍵盤命令等功能。在本實(shí)驗(yàn)中，未涉及到鍵盤命令。本系統(tǒng)的主程序流程如下圖（ 4）所示。圖（ 4）主程序流程圖圖（ 5）外部中斷 0 中斷程序流程圖在該測速系統(tǒng)的程序中 ,主程序執(zhí)行的過程中共執(zhí)行了 3 個(gè)中斷程序 ,即外 部中斷 0 中斷、外部脈沖計(jì)數(shù) 0 中斷和定時(shí)器 1 中斷。圖（ 5）所示為外部中 斷0 中斷程序流程圖。 外部中斷 0 中斷程序主要用于測速起始。 當(dāng)測速開始時(shí) , 執(zhí)行外部中斷 0 中斷, 外部脈沖計(jì)數(shù)加 1，并判斷 T0、T1 是否開啟，若沒有開 啟則開啟，再判斷 1S 定時(shí)到了沒有，若

8、 1S 定時(shí)到計(jì)算轉(zhuǎn)速，并關(guān) INT0、T0、 T1 軟件清零。圖（ 6 ）為 T0 中斷程序流程圖。 T0 對內(nèi)部時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)， T0 為 8 位定時(shí) 器，1S定時(shí)的內(nèi)部時(shí)鐘脈沖超過了 TO上限，故采用軟件延時(shí)計(jì)數(shù)。圖（7）為 T1 中斷程序流程圖， T1 定時(shí) 1S, 當(dāng)一秒定時(shí)到，則置位標(biāo)志位。圖（ 6） TO 中斷程序流程圖圖（ 7） T1 中斷程序流程圖4：測速原理首先，選一小型直流電機(jī)， 在其軸上固定一張圓形硬紙片， 以此來代替被測 物。其次把此圓形紙片平均分成 6等分，并把其中的三塊涂黑（具體見實(shí)物）。 再次，用光電管正對圓形紙片。最后，啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)就可以進(jìn)行測速了。因?yàn)楫?dāng)紅外線

9、照到面黑色時(shí)，反射光很弱，接收端檢測到的光線可以忽略， 當(dāng)照到白色面時(shí)， 反射光強(qiáng)烈， 發(fā)射端發(fā)射的紅外線幾乎被接收端全部接收， 因此，檢測到的信號經(jīng)過比較電路輸出后，會(huì)給單片機(jī)輸入高低兩種電平。所以， 在編程中，假定在1S時(shí)間內(nèi)共檢測到n個(gè)低電平信號，那么此電機(jī)的轉(zhuǎn)速為V 20川（產(chǎn)/ min）仙。四：整體電路圖及實(shí)物圖見附一圖所示5:所需器件名稱型號個(gè)數(shù)價(jià)格51單片機(jī)STC89C51RC1件9元光電管1套5元四電壓比較器LM3391件元四位數(shù)碼顯示管12管腳1件5元1/4電阻,1K,10K,各10個(gè)（備用）元電位器103（ 10K2個(gè)1元瓷片電容22PF,104（ 100nF）各10個(gè)（備

10、用）2元萬用版1塊3元電池盒1個(gè)1元PIC座20,40 腳（2+1）個(gè)1元排針40PIN2排1元晶振12M1個(gè)1元復(fù)位開關(guān)1個(gè)元LED丁5個(gè)元共計(jì)：元6:總結(jié)本設(shè)計(jì)的光電傳感器測速機(jī)能夠快速檢測到電機(jī)橫截面上的黑白相間的面，并通過單片機(jī)編寫測速程序，用數(shù)碼管顯示。但本設(shè)計(jì)的測速系統(tǒng)的整體 性能只能滿足一般小型電機(jī)和一些要求不高的測速，并且在其測速時(shí)，還需要 在被測物上安裝一個(gè)黑白相間的圓盤，這對某些被測物體來說是不太好實(shí)現(xiàn) 的，即其是存在一定的局限性的。除此之外，其精確度也不盡完美。但整體來說，此測速系統(tǒng)還是具有可行性的。當(dāng)我們需要知道某電機(jī)的轉(zhuǎn) 速而又缺少測速裝置時(shí)，就可以用此套系統(tǒng)來進(jìn)行測

11、速。它的簡單性，方便性 和快捷性也是某些測速裝置不可比擬的。至于其缺點(diǎn)，由于設(shè)計(jì)者水平目前有 限，暫不能完美解決，只待以后對此方面有較多理解后在解決，同時(shí)也希望對 此精通的師生給予指點(diǎn)，從而進(jìn)行改進(jìn)測速方法，提高整個(gè)系統(tǒng)的測速性能。 附一：整體電路圖附錄 2 ：程序源代碼#include<>#define uint unsigned intuint temp,qian,bai,shi,ge,aa,n;sbit dula=P0;sbit wela=P1;sbit zd=P3A2;uint codetable=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x0

12、7,0x7f,0x6f;void display(uint qian,uint bai,uint shi,uint ge);void delay (uint z);void init();void main()EA=1;/ 開總中斷EX0=1;/ 開外部中斷 0init();/ 初始化子程序while(1)display(qian,bai,shi,ge);void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-);void display(uint qian,uint bai,uint shi,uint ge) P0=t

13、ableqian;P1=0xf7; delay(1);P0=tablebai;P1=0xfb; delay(1);P0=tableshi;P1=0xfd;delay(1);P0=tablege;P1=0xfe; delay(1);void exter0() interrupt 0n+; while(zd=0);void init()wela=0;dula=0;temp=O;TMOD=0x01;TCON|=0X04;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;timer0() in terrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0