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目錄： 1、摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------3 2、系統結構----------------------------------------------------------------------------------------------3 3、獲取脈沖信號的方法----------------------------------------------------------------------------4 3、1霍爾傳感器-------------------------------------------------------------4 3、2 光電傳感器-------------------------------------------------------------5 3．3光電編碼器-------------------------------------------------------------6 4、硬件連接圖及原理------------------------------------------------------------------------------6 5、實驗程序及分析-----------------------------------------------------------------------------------8 6．仿真-----------------------------------------------------------------15 7、PROTEL DXP原理圖-------------------------------------------------------------------16 8、PCB圖-------------------------------------------------------------------------------------------------16 9、硬件調試結果與分析-------------------------------------------------------------------------17 10、謝詞---------------------------------------------------------------------------------------------------17 11、參考文獻--------------------------------------------------------------------------------------------18
1.摘要 測速是工農業生產中經常遇到的問題，學會使用單片機技術設計測速儀表具有很重要的意義。
要測速，首先要解決是采樣的問題。在使用模擬技術制作測速表時，常用測速發電機的方法，即將測速發電機的轉軸與待測軸相連，測速發電機的電壓高低反映了轉速的高低。使用單片機進行測速，可以使用簡單的脈沖計數法。只要轉軸每旋轉一周，產生一個或固定的多個脈沖，并將脈沖送入單片機中進行計數，即可獲得轉速的信息。
2.系統結構
本文主要針對電機的轉速進行測量，然后用數碼管把電機的轉速顯示出來！ 本裝置主要有兩部分構成。1光電測速部分。2測得的脈沖處理處理和顯示部分！ 光電測速部分主要由光電傳感器構成！脈沖處理部分主要經施密特觸發器對接收到的脈沖進行波形校正，由單片機的T1口輸入，經80C51處理后顯示輸出電機的轉速
下面我們來了解一下光電測速部分！ 。 3、脈沖信號的獲得
可以有多種方式來獲得脈沖信號，這些方法有各自的應用場合。下面逐一進行分析。
3．1霍爾傳感器
霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于開關信號采集的有CS3020、CS3040等，這種傳感器是一個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路（OC）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。如圖1所示是CS3020的外形圖，將有字面對準自己，三根引腳從左向右分別是Vcc，地，輸出。
圖1 CS3020外形圖
使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機械結構也可以做得較為簡單，只要在轉軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關靠近磁鋼，就有信號輸出，轉軸旋轉時，就會不斷地產生脈沖信號輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實現旋轉一周，獲得多個脈沖輸出。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。 這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業現場應用廣泛。
3.2．光電傳感器
光電傳感器是應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，基本的原理就是當發射管光照射到接收管時，接收管導通，反之關斷。以透射式為例，如圖2所示，當不透光的物體擋住發射與接收之間的間隙時，開關管關斷，否則打開。為此，可以制作一個遮光葉片如圖3所示，安裝在轉軸上，當扇葉經過時，產生脈沖信號。當葉片數較多時，旋轉一周可以獲得多個脈沖信號。
圖2光電傳感器的原理圖
圖3遮光葉片
3.3．光電編碼器
光電編碼器的工作原理與光電傳感器一樣，不過它已將光電傳感器、電子電路、碼盤等做成一個整體，只要用連軸器將光電傳感器的軸與轉軸相連，就能獲得多種輸出信號。它廣泛應用于數控機床、回轉臺、伺服傳動、機器人、雷達、軍事目標測定等需要檢測角度的裝置和設備中。如圖4所示，是某光電編碼器的外形。
圖4 成品光電編碼器 這次課設我選的是光電傳感器，采用穿透法測量電機轉速。光電傳感器的原理上面有詳細的介紹。 當不透光的物體擋住發射與接收之間的間隙時，開關管關斷，否則打開。為此，可以制作一個遮光葉片如圖3所示，安裝在轉軸上，當扇葉經過時，產生脈沖信號。當葉片數較多時，旋轉一周可以獲得多個脈沖信號。 這里我們才用轉10個孔的方式！在一分鐘的時間內，假如產生了10000脈沖，則電機的轉速就為1000r/min. 4、硬件連接
測速的方法決定了測速信號的硬件連接，測速實際上就是測頻，因此，頻率測量的一些原則同樣適用于測速。
通常，可以用計數法、測脈寬法和等精度法來進行測試。所謂計數法，就是給定一個閘門時間，在閘門時間內計數輸入的脈沖個數；測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計數門，對一個高精度的高頻計數信號進行計數。由于閘門與被測信號不能同步，因此，這兩種方法都存在±1誤差的問題，第一種方法適用于信號頻率高時使用，第二種方法則在信號頻率低時使用。等精度法則對高、低頻信號都有很好的適應性。
這里為簡化討論，僅采用計數法來進行測試。
如上圖：因為光電傳感器不好仿真，這里我們采用了555芯片構成一個施密特觸發器，由光電傳感器得到的脈沖由2，5腳輸入，經3腳輸出接到單片機的T1（P3.5）.。經89C51編程處理后由P1口輸出通過數碼管顯示出轉速！ 5、實驗程序及分析
測量轉速，使用光電傳感器，被測電機帶動紙片旋轉，我們在紙片上開了10小孔，電機每旋轉一周就會產生10個脈沖，產生12個脈沖，要求將轉速值（轉/分）顯示在數碼管上。 實驗程序如下： #include <REG52.H> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define ulong unsigned long #define LED_DAT P1 sbit LED_SEG0 = P0^3; sbit LED_SEG1 = P0^2; sbit LED_SEG2 = P0^1; sbit LED_SEG3 = P0^0; //sbit pin_SpeedSenser = P3^5; //光電傳感器信號接在T1上 #define TIME_CYLC 100 //12M晶振，定時器10ms 中斷一次 我們1秒計算一次轉速 // 1000ms/10ms = 100 #define PLUS_PER 10 //碼盤的齒數 ，這里假定碼盤上有10個齒，即傳感器檢測到10個脈沖，認為1圈 #define K 100.0 //校準系數
unsigned char code table[]= {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
uchar data Disbuf[4];// 顯示緩沖區 uint Tcounter = 0; //時間計數器 bit Flag_Fresh = 0; // 刷新標志 bit Flag_clac = 0; //計算轉速標志 bit Flag_Err = 0; //超量程標志 //在數碼管上顯示一個四位數 void DisplayFresh(); //計算轉速，并把結果放入數碼管緩沖區 void ClacSpeed(); //初始化定時器T0 void init_timer0(); //初始化定時器T1 void init_timer1(); //延時函數 void Delay(uint ms); void it_timer0() interrupt 1 /* interrupt address is 0x000b */ { TF0 = 0; //d定時器 T0用于數碼管的動態刷新 // TH0 = 0xC0; /* init values */ TL0 = 0x00; Flag_Fresh = 1; Tcounter++; if(Tcounter>TIME_CYLC) { Flag_clac = 1;//周期到，該重新計算轉速了 } } void it_timer1() interrupt 3 /* interrupt address is 0x001b */ { TF1 = 0; //定時器T1用于單位時間內收到的脈沖數 //要速度不是很快，T1永遠不會益處 Flag_Err = 1; //如果速度很高，我們應考慮另外一種測速方法，：脈沖寬度算轉速
} void main(void) { Disbuf[0] = 0; //開機時，初始化為0000 Disbuf[1] = 0; Disbuf[2] = 0; Disbuf[3] = 0; init_timer0(); init_timer1(); while(1) { if(Flag_Fresh) { Flag_Fresh = 0; DisplayFresh(); // 定時刷新數碼管顯示 } if(Flag_clac) { Flag_clac = 0; ClacSpeed(); //計算轉速，并把結果放入數碼管緩沖區 Tcounter = 0;//周期定時 清零 TH1=TL1 = 0x00;//脈沖計數清零
} if(Flag_Err) //超量程處理 { //數碼管顯示字母'EEEE' Disbuf[0] = 0x9e; //開機時，初始化為0000 Disbuf[1] = 0x9e; Disbuf[2] = 0x9e; Disbuf[3] = 0x9e; while(1) { DisplayFresh();//不再測速 等待復位i } }
} }
//在數碼管上顯示一個四位數 void DisplayFresh() { P2 |= 0xF0; LED_SEG0 = 0; LED_DAT = table[Disbuf[0]]; Delay(1); P2 |= 0xF0; LED_SEG1 = 0; LED_DAT = table[Disbuf[1]]; Delay(1); P2 |= 0xF0; LED_SEG2 = 0; LED_DAT = table[Disbuf[2]]; Delay(1); P2 |= 0xF0; LED_SEG3 = 0; LED_DAT = table[Disbuf[3]]; Delay(1); P2 |= 0xF0;
} //計算轉速，并把結果放入數碼管緩沖區 void ClacSpeed() { uint speed ; uint PlusCounter;
PlusCounter = TH1*256 + TL1; speed = K*(PlusCounter/PLUS_PER)/60;//K是校準系數，如速度不準，調節K的大小 Disbuf[0] = (speed/1000)%10; Disbuf[1] = (speed/100)%10; Disbuf[2] = (speed/10)%10; Disbuf[3] = speed%10; } //初始化定時器T0 void init_timer0() { TMOD &= 0xf0; //定時10毫秒 /* Timer 0 mode 1 with software gate */ TMOD |= 0x01; /* GATE0=0; C/T0#=0; M10=0; M00=1; */
TH0 = 0xC0; /* init values */ TL0 = 0x00; ET0=1; /* enable timer0 interrupt */ EA=1; /* enable interrupts */ TR0=1; /* timer0 run */ } //延時函數 void Delay(uint ms) { uchar i; while(ms--) for(i=0;i<100;i++); } //初始化定時器T1 void init_timer1() { TMOD &= 0x0F; /* Counter 1 mode 1 with software gate */ TMOD |= 0x50; /* GATE0=0; C/T0#=1; M10=0; M00=1; */
TH1 = 0x00; /* init values */ TL1 = 0x00; ET1=1; /* enable timer1 interrupt */ EA=1; /* enable interrupts */ TR1=1; /* timer1 run */ }
6.軟件仿真： 如上圖：光電傳感器測得脈沖由555的2或5腳輸入，由555的三腳輸出，接入AT9C51的P3.5口。P2.4---P2.7為數碼管的位選端口，p1為數據端口。 7．用protel DXP畫出原理圖如下： 8、根據原理圖得到的PCB：
9、硬件調試結果： 這次課程設計，主要對電機進行測速，在電機的碼盤上轉了10個孔， 沒10ms 對電機測量一次轉速！由于工具不太足，做硬件的時候遇到了不少的困難！ 總體來說能夠實現其基本功能！電機轉速700---1500r/min.
謝詞：謝謝高老師對我們這次課程設計的指導，在很多模糊的部分給出很多很好的意見，例如光電測速部分等等，再一次謝謝高老師。
10、參考文獻：
電工電子技術實踐教程 化學工業出版社 單片機原理及應用 機械工業出版社
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