基于51單片機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量及顯示系統(tǒng)

1、-目錄1緒 論21.1 題目背景及目的21.2 題目研究方法22系統(tǒng)設(shè)計(jì)根底知識(shí)32.1直流電機(jī)的根本知識(shí)32.2 51單片機(jī)的根底知識(shí)72.3 LED顯示管102.4 傳感器103 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)143.1 系統(tǒng)分析143.2 設(shè)計(jì)思路和方案163.3 系統(tǒng)構(gòu)成174硬件電路設(shè)計(jì)194.1 電源電路194.2 轉(zhuǎn)速測(cè)量電路194.3 LED顯示模塊214.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)215 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)235.1 計(jì)時(shí)方案的選擇235.2 軟件構(gòu)造劃分246設(shè)計(jì)心得與體會(huì)267參考文獻(xiàn)26. z-摘 要單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器MCU，它把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格廉價(jià)、為學(xué)

2、習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。隨著電子技術(shù)的迅猛開(kāi)展，單片機(jī)技術(shù)也有了長(zhǎng)足的開(kāi)展，目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡，導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車(chē)的平安保障系統(tǒng)，錄象機(jī)、攝象機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。各種電機(jī)在工業(yè)得到廣泛應(yīng)用，為了能方便的對(duì)電機(jī)進(jìn)展控制、監(jiān)視、調(diào)速，有必要對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)展測(cè)量，從而提高自動(dòng)化程度。轉(zhuǎn)速是工程上一個(gè)常用參數(shù)。轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法很多，采用光電開(kāi)關(guān)管測(cè)量轉(zhuǎn)速是較為常用的測(cè)量方法

3、。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們以51單片機(jī)為核心控制單元，以紅外對(duì)管或稱(chēng)光/電，電/光二極管 為傳感器，通過(guò)光電傳感器實(shí)時(shí)采集電機(jī)轉(zhuǎn)速并進(jìn)展處理與顯示， 設(shè)計(jì)出一個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng),并研究其測(cè)量精度、測(cè)量圍及響應(yīng)速度.程序設(shè)計(jì)局局部為初始化模塊、脈沖計(jì)數(shù)模塊、計(jì)時(shí)模塊、參數(shù)調(diào)整模塊和顯示模塊.最后通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試,得到了相應(yīng)的技術(shù)參數(shù),并對(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的誤差進(jìn)展了分析.要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)、本錢(qián)低，使用方便。1緒 論1.1 題目背景及目的目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡，導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工

4、業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車(chē)的平安保障系統(tǒng)，錄象機(jī)、攝象機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。各種電機(jī)在工業(yè)得到廣泛應(yīng)用，為了能方便的對(duì)電機(jī)進(jìn)展控制、監(jiān)視、調(diào)速，有必要對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)展測(cè)量，從而提高自動(dòng)化程度。1.2 題目研究方法測(cè)量轉(zhuǎn)子速度的方法很多，但多數(shù)比擬復(fù)雜。目前，測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法主要有四種：機(jī)械式、電磁式、光電式和激光式。機(jī)械式主要利用離心力原理，通過(guò)一個(gè)隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)的固定質(zhì)量重錘帶動(dòng)自由軸套上下運(yùn)動(dòng)，根據(jù)不同轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)不同軸套位置獲得測(cè)量結(jié)果原理簡(jiǎn)單直接，不需額外電器設(shè)備，適用于精度要求不高、接觸式的轉(zhuǎn)速測(cè)量場(chǎng)

5、合。電磁式系統(tǒng)由電磁傳感器和安裝在軸上的齒盤(pán)組成，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒盤(pán)旋轉(zhuǎn)，齒牙通過(guò)傳感器時(shí)引起電路磁阻變化，經(jīng)過(guò)放大整形后形成脈沖，通過(guò)脈沖得到轉(zhuǎn)速值。由于受齒盤(pán)加工精度、齒牙最小分辨間隔、電路最大計(jì)數(shù)頻率等限制，測(cè)量精度不能保證。光電式構(gòu)造類(lèi)似于電磁式構(gòu)造，把旋轉(zhuǎn)齒盤(pán)換作光電編碼盤(pán)或黑白相間的反射條紋，把電磁傳感器換作光電接收器，通過(guò)對(duì)反射回來(lái)的光脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)得到測(cè)量結(jié)果。由于受條紋最小分辨間隔、電路最大計(jì)數(shù)頻率等限制，測(cè)量精度不能保證，所測(cè)轉(zhuǎn)速值和電磁式一樣為兩個(gè)計(jì)數(shù)脈沖間距的平均值。激光測(cè)速技術(shù)(LDV)是一種正在開(kāi)展中的測(cè)速技術(shù)，通過(guò)激光多普勒效應(yīng)獲得轉(zhuǎn)動(dòng)體的瞬時(shí)角速度，理論上具有很高的

6、瞬時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量精度，但目前實(shí)際產(chǎn)品精度不夠高，并且價(jià)格昂貴，在實(shí)際使用上受到限制。通過(guò)改進(jìn)已有的電磁式傳感器，設(shè)計(jì)一種適于瞬時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量的新型傳感器，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械瞬時(shí)狀態(tài)分析中具有一定的實(shí)際意義。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)根底知識(shí)2.1直流電機(jī)的根本知識(shí)直流電機(jī)的工作原理永磁式直流電機(jī)是應(yīng)用很廣泛的一種。只要在它上面加適當(dāng)電壓。電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)。圖2.1是這種電機(jī)的符號(hào)和簡(jiǎn)化等效電路1。工作原理圖：圖 2.1 直流電機(jī)的符號(hào)和等效電路這種電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、換向器(又稱(chēng)整流子)、電刷等組成，定子用作產(chǎn)生磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)于是在定子磁場(chǎng)作用下，得到轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)起來(lái)。換向器及時(shí)改變了電流方向，使轉(zhuǎn)子能連續(xù)旋轉(zhuǎn)下去。也就是說(shuō)，直流電壓加在電

7、刷上，經(jīng)換向器加到轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈，流過(guò)電流而產(chǎn)生磁場(chǎng)，這磁場(chǎng)與定子的固定磁場(chǎng)作用，轉(zhuǎn)子被強(qiáng)迫轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。當(dāng)它轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于磁場(chǎng)的相互作用，也將產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，它的大小正比于轉(zhuǎn)子的速度，方向和所加的直流電壓相反。圖2.1(b)給出了等效電路。Rw代表轉(zhuǎn)子繞組的總電阻，E代表與速度相關(guān)的反電動(dòng)勢(shì)。永磁式換流器電機(jī)的特點(diǎn)：當(dāng)電機(jī)負(fù)載固定時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速正比于所加的電源電壓。當(dāng)電機(jī)直流電源固定時(shí)，電機(jī)的工作電流正比于轉(zhuǎn)予負(fù)載的大小。加于電機(jī)的有效電壓，等于外加直流電壓減去反電動(dòng)勢(shì)。因此當(dāng)用固定電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，電機(jī)的速度趨向于自穩(wěn)定。因?yàn)樨?fù)載增加時(shí)，轉(zhuǎn)子有慢下來(lái)的傾向，于是反電動(dòng)勢(shì)減少，而使有效電壓增加，反過(guò)來(lái)又將使轉(zhuǎn)

8、子有快起來(lái)的傾向，所以總的效果使速度穩(wěn)定。當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)為零，電機(jī)電流最大。其最大值等于VRw(這兒V是電源電壓)。最大·電流出現(xiàn)在剛起動(dòng)的條件。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，可由電機(jī)上所加電壓的極性來(lái)控制。體積小、重量輕、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。由于具備上述的那些特點(diǎn)，所以在醫(yī)療器械、小型機(jī)床、電子儀器、計(jì)算機(jī)、氣象探空儀、探礦測(cè)井、電開(kāi)工具、家用電器及電子玩具等各個(gè)方面，都得到廣泛的應(yīng)用。對(duì)這種永磁式電機(jī)的控制，主要有電機(jī)的起?？刂啤⒎较蚩刂?、可變速度控制和速度的穩(wěn)定控制。電機(jī)的起?？刂齐姍C(jī)的起?？刂?，最簡(jiǎn)單最原始的方法是在電機(jī)與電源之間，加一機(jī)械開(kāi)關(guān)?；蛘哂美^電器的觸點(diǎn)控制?，F(xiàn)在比擬流行的方法，

9、是用開(kāi)關(guān)晶體管來(lái)代替機(jī)械開(kāi)關(guān)，無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花干擾，速度快。電路如圖2.2(a)所示。當(dāng)輸入端為低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)晶體管Q1截止，電機(jī)無(wú)電流而處于停頓狀態(tài)。如果輸入端為高電平時(shí)，Q1飽和導(dǎo)通，電機(jī)中有電流，因此電機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。圖中二極管D1和D2是保護(hù)二極管，防止反電動(dòng)勢(shì)損壞晶體管。電容C1是消除射頻干擾而外加的。R1基極限流電阻，限制Q1的基極電流。在6V電源時(shí)，基極電流不超過(guò)52mA。在這種情況下，Q1提供電機(jī)的最大電流為1A左右。圖 2.2 用晶體管控制電機(jī)啟停,(b)增強(qiáng)靈敏度圖2.2(a)的電路，因基極電流需外部驅(qū)動(dòng)電路。如果再增加一級(jí)緩沖放大，如圖2.2(b)的電路，驅(qū)動(dòng)電流減少到2mA。

10、R3限制Q1的基極電流到平安值。其他元件作用與(a)圖中一樣。電機(jī)的方向控制水磁式換流器電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，可以用改變電源極性的方法，使電機(jī)反轉(zhuǎn)。如果用正、負(fù)雙極性電源，可用一個(gè)單刀進(jìn)展轉(zhuǎn)換，如圖2.3(a)所示。因?yàn)殡姍C(jī)的電流直接通過(guò)開(kāi)關(guān)，容易燒壞開(kāi)關(guān)接點(diǎn)。所以可以改用功率開(kāi)關(guān)晶體管來(lái)代替機(jī)械開(kāi)關(guān)，就可以抑制上述缺點(diǎn)。電路如圖2.3(b)所示。圖 2.3 電機(jī)方向控制電路工作原理：當(dāng)開(kāi)關(guān)SW1置于“正轉(zhuǎn)位時(shí)，Q1和Q3的基極加上偏流；Q2和Q4的偏置電路被斷開(kāi)。所以Q1和Q3導(dǎo)通，Q2和Q4截止。電流從VQ3發(fā)射極Q3集電極電機(jī)正端電機(jī)負(fù)端地形成回路，此時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)。同理，如果SW1置于“反轉(zhuǎn)位置

11、時(shí)，Q2和Q4得到偏流而導(dǎo)通；01和Q3截止。電流從電源地端電機(jī)負(fù)端電機(jī)正端Q4集電極Q4發(fā)射極電源負(fù)端形成回路，故電機(jī)電源與上述情況相反，因此電機(jī)反轉(zhuǎn)。而SW1置于斷時(shí)，電機(jī)停頓轉(zhuǎn)動(dòng)。圖2.3(b)電路中SW1要轉(zhuǎn)接正、負(fù)電源。在接口電路的應(yīng)用中，用電子開(kāi)關(guān)來(lái)代替SW1就比擬困難。為了抑制這個(gè)缺點(diǎn)，可用圖2.3(c)的電路加以改進(jìn)。圖2.3(c)中的SW1就很容易用電子開(kāi)關(guān)來(lái)代替。在這個(gè)電路中，SW1置于“正轉(zhuǎn)位置時(shí)，Q1和Q3導(dǎo)通，Q2和Q4截止。SW1置于“反轉(zhuǎn)位置時(shí)，Q2和Q4導(dǎo)通，Q1和Q3截止。電機(jī)的速度控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與所加的電壓有效值成正比。圖2.4是12V直流電機(jī)的可變電壓

12、速度控制。圖中Q1和Q2是復(fù)合管射極跟隨器，電機(jī)的直流電壓可從0V變到12v。這種電路的特點(diǎn)是：在中速和高速時(shí)，速度的控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)的性能很好。但是低速和慢啟動(dòng)特性比擬差。用開(kāi)關(guān)方式或脈寬調(diào)制，可以獲得非常好的速度控制性能。電路圖如2.5所示：圖 2.4 12V DC電機(jī)速度控制圖 2.5 12V直流電機(jī)開(kāi)關(guān)方式速度控制圖中IC1作為50Hz的無(wú)穩(wěn)多諧振蕩器，它產(chǎn)生一個(gè)矩形波輸出，占空比可變從20比1到1比20，由RV1進(jìn)展調(diào)節(jié)。這個(gè)波形經(jīng)過(guò)Q1和Q2送到電機(jī)，電機(jī)上的電壓有效值是隨RV1的調(diào)節(jié)而變化的(總的周期是50HZ)。不過(guò)電機(jī)上所加上的電壓，是具有峰值電壓為12V的功率脈沖。因此在整個(gè)

13、調(diào)速?lài)?；性能都非常好。即使在很低的速度，轉(zhuǎn)矩也很大。速度控制的程度，正比于所加電壓的有效值。2.2 51單片機(jī)的根底知識(shí)隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和開(kāi)展，芯片生產(chǎn)廠(chǎng)家把中央處理器CPUCentral Processing Unit，隨機(jī)存取存RAMRandom Access Memory，只讀存儲(chǔ)器ROMRead Only Memory，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及I/OInput/Output接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件，集成在一塊集成電路芯片硅片上，形成芯片級(jí)計(jì)算機(jī)，稱(chēng)為單片微型計(jì)算機(jī)single chip microputer，直譯為單片機(jī)。雖然單片機(jī)只是一個(gè)芯片，但從組成和功能上看，它已具有了微機(jī)系統(tǒng)

14、的含義，又稱(chēng)微型處理部件MCUMicro Controller Unit,單片機(jī)商品名稱(chēng)為微控制器單元。單片機(jī)具有優(yōu)異的性能價(jià)格比、體積小、可靠性高、控制功能強(qiáng)，廣泛應(yīng)用在智能儀表、機(jī)電一體化、實(shí)時(shí)過(guò)程控制、機(jī)器人、家用電器、模糊控制、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域。根據(jù)單片機(jī)能夠一次處理的數(shù)據(jù)的寬度二進(jìn)制位數(shù)，單片機(jī)分為1位機(jī)、4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)。目前，應(yīng)用最廣的產(chǎn)品是8位單片機(jī)，其中又屬I(mǎi)ntel公司出品的MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用最廣。MCS-51系列單片機(jī)已經(jīng)成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其部包含如下功能部件：1、 一個(gè) 8位的中央處理器CPU，完成運(yùn)算和控制功能；2、 一個(gè)片振蕩器及時(shí)鐘電路

15、，外接石英晶體和微調(diào)電容需外接，為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，系統(tǒng)允許的晶振頻率033MHz；3、 256B RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，前128單元作部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可擦寫(xiě)的數(shù)據(jù)，后128單元為專(zhuān)用存放器。4、 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)展控制。5、 可尋址的64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及控制電路。6、 可尋址的64KB外部程序存儲(chǔ)器以及控制電路。7、 21個(gè)特殊功能存放器8、 32條可編程的I/O線(xiàn)(四個(gè)8位I/O并行端口)9、 一個(gè)可編程全雙工串行口，可作全雙工異步通信收發(fā)器使用,實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之的串行資料傳送；也可作為同步移位器使用10、 五個(gè)中斷

16、源,外中斷2個(gè),定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個(gè),串行中斷1個(gè)；兩個(gè)優(yōu)先級(jí)，全部中斷分為高級(jí)和低級(jí)共兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。11、 根據(jù)部程序存儲(chǔ)器ROM多少，MCS-51系列主要芯片與差異8031 片無(wú)ROM；8051 片4K掩膜ROM；8751 片4K紫外線(xiàn)可擦除可編程程序存儲(chǔ)器，EPROM；89C51 片4K電可擦除可編程程序存儲(chǔ)器，F(xiàn)LASH EEPROM；89S51 片4K電可擦除可編程程序存儲(chǔ)器，F(xiàn)LASH EEPROM，支持ISP；89S52 片8K電可擦除可編程程序存儲(chǔ)器，F(xiàn)LASH EEPROM，支持ISP。如圖2.6所示：圖 2.6 51系列單片機(jī)AT89系列單片機(jī)的型號(hào)編碼由：前綴、型號(hào)和后綴三個(gè)

17、局部組成。例如：AT 89S* *其中，AT是前綴，89S*是型號(hào)，*是后綴。1前綴 由字母“AT組成，表示該器件是ATMEL公司的產(chǎn)品。2型號(hào) 由“89C*或“89LV*或“89S*等表示。 9表示部含 Flash存儲(chǔ)器， “89C*中，C表示 CMOS產(chǎn)品。 “89LV*中，LV表示低壓產(chǎn)品。 “89S*中，S表示含有串行下載 Flash存儲(chǔ)器。3后綴 由“*四個(gè)參數(shù)組成后綴中的第一個(gè)參數(shù) *用于表示速度 *12，表示速度為12 MHz。 *24，表示速度為24 MHz。后綴中的第二個(gè)參數(shù) *用于表示封裝 *J，表示 PLCC封裝，Plastic Leaded Chip Carrier；

18、*P，表示塑料雙列直插 DIP封裝，Dual Inline Package；后綴中第三個(gè)參數(shù) *用于表示溫度圍，它的意義如下： *C，表示商業(yè)用產(chǎn)品，溫度圍為0十 70。 *I， 表示工業(yè)用產(chǎn)品，溫度圍為40十 85。 *A， 表示汽車(chē)用產(chǎn)品，溫度圍為40十 125。 *M， 表示軍用產(chǎn)品，溫度圍為55十 150。后綴中第四個(gè)參數(shù) *用于說(shuō)明產(chǎn)品的處理情況，它的意義如下： *為空，表示處理工藝是標(biāo)準(zhǔn)工藝。 *883，表示處理工藝采用 MILSTD883標(biāo)準(zhǔn)。例如：有一個(gè)單片機(jī)型號(hào)為“AT89S5124PC0246，則表示意義為該單片機(jī)是 ATMEL公司的Flash單片機(jī)，部含有串行下載 Fla

19、sh存儲(chǔ)器，速度為24 MHz，封裝為塑料雙列直插封裝DIP，是商業(yè)用產(chǎn)品，按MILSTD0246標(biāo)準(zhǔn)處理工藝生產(chǎn)。本系統(tǒng)采用的是AT89S52如圖 2.7它包括以下幾個(gè)部件：1） 一個(gè)8位的CPU2） 一個(gè)片振蕩器和時(shí)序電路3） 4KB程序存儲(chǔ)器ROM4） 128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM5） 兩個(gè)16位可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器6） 1個(gè)可編程的全雙工串行口圖 2.7單片機(jī)引腳圖7） 4個(gè)8位可編程并行I/O端口，即P0,P1,P2,P3口8） 64KB片外程序存儲(chǔ)器ROM和64KB片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的擴(kuò)展控制電路9） 兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷構(gòu)造，5個(gè)中斷源2.3 LED顯示管數(shù)碼管中有8個(gè)發(fā)光二極管

20、，其中7個(gè)發(fā)光二極管長(zhǎng)條段狀，可組成數(shù)字字形，1個(gè)發(fā)光二極管為點(diǎn)狀，形成小數(shù)點(diǎn)，所以有時(shí)稱(chēng)為七段碼。七段數(shù)碼管引腳編碼從左下腳開(kāi)場(chǎng)，分別為第1引腳、第2引腳。七段數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管分別命名為a、b、c、d、e、f、g、dp；“為8個(gè)LED的公共引腳。按照公共引腳的接法，七段數(shù)碼管分共陽(yáng)極和共陰極兩種。共陽(yáng)極的七段數(shù)碼管將所有LED的正極連接在公共引腳，接到電源線(xiàn)。當(dāng)*一個(gè)LED負(fù)極為低電平時(shí)，發(fā)亮；為高電平時(shí)，變暗。共陰極的七段數(shù)碼管將所有LED的負(fù)極連接在公共引腳，接到地線(xiàn)。當(dāng)*一個(gè)LED正極為高電平時(shí)，發(fā)亮；為低電平時(shí)，變暗。如圖2.8所示：(a)實(shí)物圖 (b)引腳外形圖 (c)共陰極

21、法 (d)共陽(yáng)極法圖 2.8 LED 顯示數(shù)碼管原理圖2.4 傳感器最廣義地來(lái)說(shuō)，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC:International Electrotechnical mittee)的定義為：“傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)。按照Gopel等的說(shuō)法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有*種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的傳感器。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個(gè)組成局部，它是被測(cè)量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。2傳感器系統(tǒng)的原則進(jìn)入傳感器的信號(hào)幅度是很小的，而且混雜有干擾信號(hào)和噪聲。為了方

22、便隨后的處理過(guò)程，首先要將信號(hào)整形成具有最正確特性的波形，有時(shí)還需要將信號(hào)線(xiàn)性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。在*些情況下，這些電路的一局部是和傳感器部件直接相鄰的。成形后的信號(hào)隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并輸入到微處理器。德國(guó)和俄羅斯學(xué)者認(rèn)為傳感器應(yīng)是由二局部組成的，即直接感知被測(cè)量信號(hào)的敏感元件局部和初始處理信號(hào)的電路局部。按這種理解，傳感器還包含了信號(hào)成形器的電路局部。 傳感器系統(tǒng)的性能主要取決于傳感器，傳感器把*種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。有兩類(lèi)傳感器：有源的和無(wú)源的。有源傳感器能將一種能量形式直接轉(zhuǎn)變成另一種，不需要外接的能源或鼓勵(lì)源有源(a)和無(wú)源(b)傳感

23、器的信號(hào)流程如下：無(wú)源傳感器不能直接轉(zhuǎn)換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量，鼓勵(lì)能傳感器承擔(dān)將*個(gè)對(duì)象或過(guò)程的特定特性轉(zhuǎn)換成數(shù)量的工作。其“對(duì)象可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的，也可以是動(dòng)態(tài)(即過(guò)程)的。對(duì)象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通過(guò)多種方式檢測(cè)。對(duì)象的特性可以是物理性質(zhì)的，也可以是化學(xué)性質(zhì)的。按照其工作原理，傳感器將對(duì)象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測(cè)定的電學(xué)量，然后將此電信號(hào)別離出來(lái)，送入傳感器系統(tǒng)加以評(píng)測(cè)或標(biāo)示。 各種物理效應(yīng)和工作機(jī)理被用于制作不同功能的傳感器。傳感器可以直接接觸被測(cè)量對(duì)象，也可以不接觸。用于傳感器的工作機(jī)制和效應(yīng)類(lèi)型不斷增加，其包含的處理過(guò)程日益完善。常

24、將傳感器的功能與人類(lèi)5大感覺(jué)器官相比擬： 光敏傳感器視覺(jué) 聲敏傳感器聽(tīng)覺(jué)氣敏傳感器嗅覺(jué) 化學(xué)傳感器味覺(jué) 壓敏、溫敏、流體傳感器觸覺(jué)與當(dāng)代的傳感器相比，人類(lèi)的感覺(jué)能力好得多，但也有一些傳感器比人的感覺(jué)功能優(yōu)越，例如人類(lèi)沒(méi)有能力感知紫外或紅外線(xiàn)輻射，感覺(jué)不到電磁場(chǎng)、無(wú)色無(wú)味的氣體等。對(duì)傳感器設(shè)定了許多技術(shù)要求，有一些是對(duì)所有類(lèi)型傳感器都適用的，也有只對(duì)特定類(lèi)型傳感器適用的特殊要求。針對(duì)傳感器的工作原理和構(gòu)造在不同場(chǎng)合均需要的根本要：高靈敏度、抗干擾的穩(wěn)定性(對(duì)噪聲不敏感) 、線(xiàn)性、容易調(diào)節(jié)(校準(zhǔn)簡(jiǎn)易) 、高精度、高可靠性、無(wú)遲滯性、工作壽命長(zhǎng)(耐用性) 、可重復(fù)性、抗老化、高響應(yīng)速率、抗環(huán)境影響(

25、熱、振動(dòng)、酸、堿、空氣、水、塵埃)的能力、選擇性、平安性(傳感器應(yīng)是無(wú)污染的) 、互換性、低本錢(qián)、寬測(cè)量圍、小尺寸、重量輕和高強(qiáng)度、寬工作溫度圍、傳感器的分類(lèi)?？梢杂貌煌挠^(guān)點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)展分類(lèi)：它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的根本物理或化學(xué)效應(yīng))；它們的用途；它們的輸出信號(hào)類(lèi)型以及制作它們的材料和工藝等。根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類(lèi)傳感器工作原理的分類(lèi)物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)?；瘜W(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反響等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換

26、成電信號(hào)。有些傳感器既不能劃分到物理類(lèi)，也不能劃分為化學(xué)類(lèi)。大多數(shù)傳感器是以物理原理為根底運(yùn)作的?；瘜W(xué)傳感器技術(shù)問(wèn)題較多，例如可靠性問(wèn)題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問(wèn)題等，解決了這類(lèi)難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長(zhǎng)。 按照其用途，傳感器可分類(lèi)為： 壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液面?zhèn)鞲衅鳌?能耗傳感器、速度傳感器、熱敏傳感器、加速度傳感器、射線(xiàn)輻射傳感器、振動(dòng)傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器等。 以其輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為： 模擬傳感器將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。 數(shù)字傳感器將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)(包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。 膺數(shù)字

27、傳感器將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出(包括直接或間接轉(zhuǎn)換)。 開(kāi)關(guān)傳感器當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)到達(dá)*個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。在外界因素的作用下，所有材料都會(huì)作出相應(yīng)的、具有特征性的反響。它們中的那些對(duì)外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用來(lái)制作傳感器的敏感元件。從所應(yīng)用的材料觀(guān)點(diǎn)出發(fā)可將傳感器分成以下幾類(lèi)： 1、按照其所用材料的類(lèi)別分：金屬、聚合物、瓷、混合物。2、按材料的物理性質(zhì)分：導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體、磁性材料。3、按材料的晶體構(gòu)造分：?jiǎn)尉?、多晶、非晶材料。與采用新材料嚴(yán)密相關(guān)的傳感器開(kāi)發(fā)工作，可以歸納為下述三個(gè)方向： (1

28、)在的材料中探索新的現(xiàn)象、效應(yīng)和反響，然后使它們能在傳感器技術(shù)中得到實(shí)際使用。(2)探索新的材料，應(yīng)用那些的現(xiàn)象、效應(yīng)和反響來(lái)改進(jìn)傳感器技術(shù)。(3)在研究新型材料的根底上探索新現(xiàn)象、新效應(yīng)和反響，并在傳感器技術(shù)中加以具體實(shí)施?，F(xiàn)代傳感器制造業(yè)的進(jìn)展取決于用于傳感器技術(shù)的新材料和敏感元件的開(kāi)發(fā)強(qiáng)度。傳感器開(kāi)發(fā)的根本趨勢(shì)是和半導(dǎo)體以及介質(zhì)材料的應(yīng)用密切關(guān)聯(lián)的。表1.2中給出了一些可用于傳感器技術(shù)的、能夠轉(zhuǎn)換能量形式的材料。 按照其制造工藝，可以將傳感器區(qū)分為： 集成傳感器薄膜傳感器厚膜傳感器瓷傳感器 集成傳感器是用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的。通常還將用于初步處理被測(cè)信號(hào)的局部電路

29、也集成在同一芯片上。 薄膜傳感器則是通過(guò)沉積在介質(zhì)襯底(基板)上的，相應(yīng)敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時(shí)，同樣可將局部電路制造在此基板上。 厚膜傳感器是利用相應(yīng)材料的漿料，涂覆在瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后進(jìn)展熱處理，使厚膜成形。 瓷傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)的瓷工藝或其*種變種工藝(溶膠-凝膠等)生產(chǎn)。 完成適當(dāng)?shù)念A(yù)備性操作之后，已成形的元件在高溫中進(jìn)展燒結(jié)。厚膜和瓷傳感器這二種工藝之間有許多共同特性，在*些方面，可以認(rèn)為厚膜工藝是瓷工藝的一種變型。每種工藝技術(shù)都有自已的優(yōu)點(diǎn)和缺乏。由于研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)所需的資本投入較低，以及傳感器參數(shù)的高穩(wěn)定性等原因，采用瓷和厚膜傳感器比擬合理

30、。3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)分析給直流電機(jī)加載直流電，電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。改變電壓的正負(fù)可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，電壓為正時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，電壓為負(fù)時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)；改變電壓的上下可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電壓高則轉(zhuǎn)動(dòng)速度快，電壓低則轉(zhuǎn)動(dòng)速度慢。轉(zhuǎn)速是工程上的一個(gè)常用參數(shù)。轉(zhuǎn)速通常以每秒種或每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)表示，因此單位為r/s或r/min。有時(shí)也用角速度表示，這時(shí)的單位相應(yīng)為rad/s。電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量單片機(jī)能夠處理二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速是物理量，非電量信號(hào)，需要中間電路把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以處理的信號(hào)3。傳感器是把外界信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件，是檢測(cè)和控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的局部，在當(dāng)代科學(xué)技術(shù)中，傳感器占據(jù)了及其

31、重要的地位。目前，集成技術(shù)在傳感器技術(shù)中的成功應(yīng)用，使傳感器小型化、長(zhǎng)壽命和低本錢(qián)，是現(xiàn)代傳感器的開(kāi)展方向之一。脈沖信號(hào)的獲得1、霍爾傳感器霍爾傳感器是對(duì)磁敏感的傳感元件，常用于開(kāi)關(guān)信號(hào)采集的有CS3020、CS3040等，這種傳感器是一個(gè)3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開(kāi)路OC門(mén)輸出，工作電壓圍寬，使用非常方便。如圖3.1所示是CS3020的外形圖，將有字面對(duì)準(zhǔn)自己，三根引腳從左向右分別是Vcc，地，輸出。圖3.1 CS3020外形圖使用霍爾傳感器獲得脈沖信號(hào)，其機(jī)械構(gòu)造也可以做得較為簡(jiǎn)單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開(kāi)關(guān)靠近磁鋼，就有信號(hào)輸

32、出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖輸出。在粘磁鋼時(shí)要注意，霍爾傳感器對(duì)磁場(chǎng)方向敏感，粘之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器，如果沒(méi)有信號(hào)輸出，可以換一個(gè)方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用廣泛。2、光電傳感器光電傳感器是應(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，根本的原理就是當(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。以透射式為例，如圖2所示，當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時(shí)，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，否則翻開(kāi)。為此，可以制作一個(gè)遮光葉片如圖3所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過(guò)時(shí)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí)

33、，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個(gè)脈沖信號(hào)。圖3.2 光電傳感器的原理圖圖3.3遮光葉片3、光電編碼器光電編碼器的工作原理與光電傳感器一樣，不過(guò)它已將光電傳感器、電子電路、碼盤(pán)等做成一個(gè)整體，只要用連軸器將光電傳感器的軸與轉(zhuǎn)軸相連，就能獲得多種輸出信號(hào)。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測(cè)定等需要檢測(cè)角度的裝置和設(shè)備中。如圖3.4所示，是*光電編碼器的外形。圖3.4 成品光電編碼器電機(jī)轉(zhuǎn)速的處理數(shù)據(jù)處理局部采用Intel公司MCS-51系列單片機(jī)單片機(jī)4。電機(jī)轉(zhuǎn)速的顯示顯示局部采用4位七段數(shù)碼管，可以顯示09999圍的數(shù)字。3.2 設(shè)計(jì)思路和方案1、光電傳感器是應(yīng)用非常廣泛的一

34、種器件，有各種各樣的形式，如透射式、反射式等，根本的原理就是當(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。以透射式為例，如圖3.5所示，當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時(shí)，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，否則翻開(kāi)。為此，可以制作一個(gè)遮光葉片如圖3所示，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過(guò)時(shí)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個(gè)脈沖信號(hào)。圖3.5光電傳感器的原理圖 圖3.6 遮光葉片2、計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)計(jì)數(shù)電路進(jìn)展有效的計(jì)數(shù)，按照設(shè)計(jì)要求每一秒種都必須對(duì)計(jì)數(shù)器清零一次，因?yàn)殡娐穼?shí)行秒更新，所以計(jì)數(shù)器到譯碼電路之間有鎖存電路，在計(jì)數(shù)器進(jìn)展計(jì)數(shù)的過(guò)程中對(duì)上一次的數(shù)據(jù)進(jìn)展鎖存顯示，這樣做不僅解決了數(shù)碼顯示的邏輯混亂

35、，而且防止了數(shù)碼顯示的閃爍問(wèn)題。3、對(duì)于脈沖記數(shù)，有測(cè)周和測(cè)頻的方式。測(cè)周電路的測(cè)量精度主要受電路系統(tǒng)的脈沖產(chǎn)生電路的影響，對(duì)于低頻率信號(hào)，其精度較高。測(cè)頻電路其對(duì)于正負(fù)一的信號(hào)差比擬敏感，對(duì)于低頻率信號(hào)的測(cè)量誤差較大，但是本電路仍然采用測(cè)頻方式，原因是本電路對(duì)于馬達(dá)電機(jī)轉(zhuǎn)速精度要求較低，本電路還有升級(jí)為頻率計(jì)使用，而測(cè)頻方式對(duì)高頻的精度還是很高的。4、顯示電路采用靜態(tài)顯示方法5，由于靜態(tài)顯示易于制作和調(diào)試，原理也較簡(jiǎn)單，所需元易于購(gòu)置。5、電路時(shí)鐘是整個(gè)電路的關(guān)鍵，他是整個(gè)電路有效工作的核心，負(fù)責(zé)電路的鎖存和清零。其根本思路是：產(chǎn)生頻率一秒是時(shí)鐘，當(dāng)秒時(shí)鐘到來(lái)時(shí)，既上升沿到來(lái)時(shí)，對(duì)鎖存電路進(jìn)

36、展鎖存，鎖存以后才能對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)展清零，鎖存和清零間隔要充分小，否則就影響電路的計(jì)數(shù)準(zhǔn)確度。鑒于此，對(duì)鎖存集成必須采用邊沿觸發(fā)形式的集成，并且計(jì)數(shù)器應(yīng)該與鎖存同步工作，既都在秒時(shí)鐘的上升沿觸發(fā)工作。另外大多的譯碼器都帶有鎖存功能6，但是他的鎖存方式根本上都是電平觸發(fā)，假設(shè)設(shè)計(jì)成電平觸發(fā)的話(huà)，勢(shì)必會(huì)增加電路的復(fù)雜度，還不如直接采用邊沿瑣存的單集成，所以不使用譯碼器中的鎖存電路。時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)方法很多，本電路采用晶振電路，已求得高精度的時(shí)鐘需求。3.3 系統(tǒng)構(gòu)成測(cè)速系統(tǒng)總體構(gòu)造如圖3.7所示，主要包括紅外測(cè)速傳感器由紅外發(fā)射與接收電路和齒盤(pán)組成、信號(hào)處理電路、單片機(jī)以及數(shù)字顯示局部。其工作過(guò)程如下：當(dāng)齒盤(pán)

37、旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于輪齒的遮擋，紅外發(fā)射管與接收管之間的紅外線(xiàn)光路時(shí)斷時(shí)續(xù)，信號(hào)處理電路將此變化的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，一個(gè)脈沖信號(hào)即表示齒盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒。單片機(jī)對(duì)脈沖進(jìn)展計(jì)數(shù)，同時(shí)通過(guò)其部的計(jì)時(shí)器對(duì)接收一定數(shù)目的脈沖計(jì)時(shí)，根據(jù)脈沖數(shù)目及所用時(shí)間就可計(jì)算出齒盤(pán)的轉(zhuǎn)速，最后通過(guò)數(shù)字顯示局部將轉(zhuǎn)速顯示出來(lái)7。圖 3.7 測(cè)速系統(tǒng)總體構(gòu)造原理框圖譯碼器鎖存器計(jì)數(shù)器整形電路單穩(wěn)態(tài)時(shí)鐘電路顯示電路圖3.8 測(cè)速系統(tǒng)原理框圖4硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路的功能主要包括：電機(jī)及其相關(guān)處理，實(shí)時(shí)顯示電機(jī)信息。硬件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)模塊：電源，電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)試電路及顯示電路。下面對(duì)電路模塊進(jìn)展說(shuō)明。4.1 電源電路因?yàn)閱纹瑱C(jī)工作

38、電源為+5V，且底層電路功耗很小。采用7805三端穩(wěn)壓片即可滿(mǎn)足要求6。具體電路圖如下：圖 4.1 電源電路圖4.2 轉(zhuǎn)速測(cè)量電路紅外發(fā)光二極管或稱(chēng)電/光二級(jí)管SE303白色，出紅外光近紅外線(xiàn)約0.93m 。管壓降約1.4V ，工作電流一般小于20mA，外形尺寸:5mm。紅外接收二極管或稱(chēng)光/電二級(jí)管黑色品牌:金威 型號(hào):PD5308B-B 工作電壓:1.4-1.6 波長(zhǎng):940 工作電流:20 接收距離:10-12 外形尺寸:5mm。紅外接收二極管工作在反向狀態(tài)，當(dāng)沒(méi)有接收到紅外發(fā)光二極管的光信號(hào)時(shí)，二極管截至，負(fù)級(jí)輸出低電平。當(dāng)承受到紅外發(fā)光二極管的光信號(hào)時(shí)，二極管導(dǎo)通，負(fù)極輸出高電平。能

39、正常承受到紅外發(fā)光二極管的光信號(hào)的距離大概為34米，這取決于發(fā)射管的發(fā)射功率。實(shí)物圖片及原理圖如下：圖 4.2 紅外發(fā)光二極管實(shí)物圖接收紅外線(xiàn)紅外接收二極管發(fā)射紅外線(xiàn)紅外發(fā)光二極管圖4.3 工作原理圖實(shí)際焊接電路如下：圖4.4 紅外發(fā)光二極管焊接電路電路核心由一個(gè)光電開(kāi)關(guān)管組成，平時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)輪靜止，發(fā)光二極管所發(fā)出的光被輪子擋住，所以接收管處于截止?fàn)顟B(tài)，1端為高電平。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，會(huì)使接收管導(dǎo)通一次，1端輸出一個(gè)低電平，1端波形為：圖4.5 1端的輸出波形圖在實(shí)際電機(jī)工作狀態(tài)中，會(huì)受到各方面的干擾，波形會(huì)存在許多雜波成分，需要對(duì)波形進(jìn)展處理，處理成符合記計(jì)數(shù)器所需要的矩型波。波形處理電路有一個(gè)

40、三極管組成，如上圖。當(dāng)輸入電壓逐步升高時(shí)，紅外接收管收到紅外發(fā)光二極管發(fā)出的光時(shí)導(dǎo)通，三極管就不導(dǎo)通，輸出高電平；當(dāng)紅外接收管沒(méi)有接到紅外發(fā)光二極管發(fā)出的光時(shí)截止，三極管導(dǎo)通。這樣就有效的防止了雜波的干擾，并使輸出得到矩形脈沖，符合了下級(jí)計(jì)數(shù)的需求。工作波形如下：圖4.6 經(jīng)處理電路后的輸出波形圖4.3 LED顯示模塊電路原理圖如下：圖4.7 LED顯示接口電路四位數(shù)碼管可以顯示的圍為00009999，用單片機(jī)的P0口控制每根數(shù)碼管的閃動(dòng)，用P2.0-P2.4口片選，屬于動(dòng)態(tài)顯示電路，逐位輪流點(diǎn)亮各個(gè)LED，每位點(diǎn)亮1ms，這樣利用人眼的視覺(jué)暫留，就好似6個(gè)LED是同時(shí)點(diǎn)亮的。84.4 系統(tǒng)硬

41、件設(shè)計(jì)根據(jù)紅外測(cè)速的原理，系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)如圖4.8所示。9圖 4.8 紅外測(cè)速系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖本系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)，它是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片含8KB的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash程序存儲(chǔ)器和256B的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片置有8位中央處理器CPU。功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)適用于許多較為復(fù)雜的控制應(yīng)用場(chǎng)合。10電路中選用紅外光敏二極管作為受光器件，它與紅外發(fā)光二極管一起組成一對(duì)紅外發(fā)射接收管，紅外光敏二極管在電路中處于反向工作狀態(tài)。沒(méi)有光照射時(shí)，光

42、敏二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電阻很大，反向電流暗電流很小。隨著光照的增強(qiáng)，光敏二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，其反向電阻減小，反向電流光電流增大，其光電流與照度之間呈線(xiàn)性關(guān)系。轉(zhuǎn)速顯示選用字符型液晶顯示模塊LCMJHD12864，可顯示16×8或16×16點(diǎn)陣字符。其主控制驅(qū)動(dòng)電路為HD44780，具有標(biāo)準(zhǔn)的接口特性，適配M6800系列和MCS-51系列MCU的操作時(shí)序；模塊部具有64個(gè)字節(jié)的自定義字符RAM，可自定義顯示字符。該模塊采用+5V電源供電，共有20個(gè)引腳，其與單片機(jī)的接口路如圖2所示,其中可變電阻RW2用來(lái)調(diào)節(jié)顯示器的比照度。5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 計(jì)時(shí)方案的選擇根據(jù)計(jì)時(shí)方

43、案的不同，目前數(shù)字式轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置的計(jì)時(shí)方法主要有M 法、T法和同步MT法。M 法測(cè)速是在相等的時(shí)間間隔t讀取脈沖數(shù)M，由Mt計(jì)算出轉(zhuǎn)速，速度越高在t時(shí)間計(jì)得的M 就越多，由±1個(gè)計(jì)數(shù)脈沖誤差所引起的轉(zhuǎn)速測(cè)量誤差就越小，故該法適用于高速。T法測(cè)速是根據(jù)相鄰兩個(gè)脈沖時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)值m 來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)速的，轉(zhuǎn)速越慢或每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)越多，其計(jì)數(shù)值m就越多，計(jì)數(shù)器±l個(gè)計(jì)數(shù)脈沖所引起的誤差就越小，故該法適用于低速。上述兩種方法測(cè)量的絕對(duì)誤差反比于速度采樣時(shí)間T(Hp：時(shí)間間隔t或計(jì)數(shù)值m)，因此在穩(wěn)態(tài)測(cè)量和實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合，可取較大的T 以保證足夠的測(cè)量精度。但在動(dòng)態(tài)測(cè)量和實(shí)時(shí)

44、控制系統(tǒng)中，往往對(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量的實(shí)時(shí)性有較高的要求。因此，采樣時(shí)間T不能隨意取大，為了解決既要周期小，又要測(cè)速精度高的矛盾，可采用同步M/T法。這種方法的特點(diǎn)是不固定定時(shí)時(shí)間t，以記錄到完整的盤(pán)脈沖為準(zhǔn)，主要是設(shè)法使M 與t同步，從整數(shù)個(gè)盤(pán)脈沖開(kāi)場(chǎng)計(jì)時(shí)，同樣在整數(shù)個(gè)盤(pán)脈沖完畢計(jì)時(shí)，記錄到的是整數(shù)個(gè)盤(pán)脈沖，且與計(jì)時(shí)是“同步 的。其原理如圖5.1所示，在采樣時(shí)間t時(shí)間實(shí)際計(jì)時(shí)時(shí)間t開(kāi)場(chǎng)于第一盤(pán)脈沖的下降沿，終止于最后一個(gè)脈沖的下降沿，因而得到整數(shù)個(gè)盤(pán)脈沖，消除了M 法和T法中±1個(gè)脈沖引入的誤差。鑒于幾種方法的比擬，在設(shè)計(jì)中采用同步M/T法設(shè)計(jì)本測(cè)速系統(tǒng)。圖 5.1 同步M/T法測(cè)速原理圖5

45、.2 軟件構(gòu)造劃分采用構(gòu)造化軟件設(shè)計(jì)的方法，使得設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于調(diào)試和移植，提高編程效率。采用構(gòu)造化設(shè)計(jì)軟件的方法將本系統(tǒng)軟件劃分為圖5.2所示的4個(gè)模塊：齒數(shù)計(jì)數(shù)模塊、計(jì)時(shí)模塊、轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊和轉(zhuǎn)速顯示模塊。其中最主要的是計(jì)時(shí)模塊和轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊。11圖5.2 軟件模塊劃分計(jì)時(shí)模塊由圖2可知當(dāng)紅外線(xiàn)發(fā)射管發(fā)射的紅外線(xiàn)未被輪齒擋住時(shí)，接收管受紅外線(xiàn)照射呈導(dǎo)通狀態(tài)，經(jīng)三極管輸入到單片機(jī)中斷端口的電壓為高電平，不產(chǎn)生中斷；而當(dāng)紅外線(xiàn)發(fā)射管發(fā)射的紅外線(xiàn)被輪齒擋住時(shí)，接收管不受紅外線(xiàn)照射則呈截止?fàn)顟B(tài)，經(jīng)三極管輸入到單片機(jī)中斷端口的電壓跳變?yōu)榈碗娖?。從而激活中斷程序?qū)γ}沖進(jìn)展計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)流程圖如圖5.3所示。由

46、于計(jì)數(shù)需要與計(jì)時(shí)同步，所以需要在產(chǎn)生第一次紅外光被擋住時(shí)(紅外光被擋住時(shí)Pass=0，反之Pass=1)，也即中斷口電位由高變低時(shí)翻開(kāi)定時(shí)器。圖 5.3 計(jì)數(shù)與計(jì)時(shí)程序流程圖轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊由于系統(tǒng)采用同步M/T法測(cè)量轉(zhuǎn)速，所以計(jì)算轉(zhuǎn)速時(shí)，需要的參數(shù)有盤(pán)脈沖數(shù)和計(jì)時(shí)值。本系統(tǒng)中AT89C52單片機(jī)采用頻率為12MHz的外接晶振，則每個(gè)機(jī)器周期為1us。單片機(jī)定時(shí)器的計(jì)數(shù)脈沖周期為一個(gè)機(jī)器周期，假設(shè)定時(shí)器從零開(kāi)時(shí)計(jì)數(shù)，關(guān)閉定時(shí)器時(shí)其計(jì)數(shù)值為m，則計(jì)時(shí)時(shí)間就是m微秒。計(jì)算轉(zhuǎn)速局部程序如下。m=TH0×256       

47、/讀出計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)變量TH0，并將其左移8位m=TH0+TL0               /獲得時(shí)鐘脈沖數(shù)time=m                 /計(jì)算出計(jì)時(shí)時(shí)間n=60*106/(9*time) /計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min 6設(shè)計(jì)心得與體會(huì)通過(guò)本次畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐，在很大程度上提高了我的

48、綜合素質(zhì)與工程能力；培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)與技能去分析與解決本專(zhuān)業(yè)圍具有一定復(fù)雜程度的工程技術(shù)問(wèn)題；使我樹(shù)立了正確的設(shè)計(jì)思想和了解了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和工作作風(fēng)，以及勇于實(shí)踐、勇于探索和開(kāi)拓創(chuàng)新精神。致此本人設(shè)計(jì)根本完成了預(yù)期的目標(biāo)，系統(tǒng)在硬件自動(dòng)測(cè)試，鍵盤(pán)操作，實(shí)時(shí)顯示方面做的比擬好。但是由于時(shí)間倉(cāng)促、條件有限，設(shè)計(jì)成果并不是很完美。我準(zhǔn)備在今后的工作過(guò)程中進(jìn)一步完善此設(shè)計(jì)。 7參考文獻(xiàn)1 錢(qián)建強(qiáng)，薛敏.紅外光電轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)xJ工業(yè)計(jì)量2003，6：33352 鮑鴻，明建. 數(shù)字化霍爾轉(zhuǎn)速儀的研究J工學(xué)院學(xué)報(bào).1996,9(3):67703 田，青等，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-

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