数字式光电转速计的设计论文

沈阳航空航天大学

课程设计

（论文）

题目数字式光电转速计的设计

班级 94070301 学号 ************* 学生姓名刘鹏

指导教师刘利秋

沈阳航空航天大学

课程设计任务书

课程名称专业基础课程设计B

院（系）自动化学院专业运载器综合测试技术

班级94070301 学号2009040703018 姓名刘鹏

课程设计题目数字式光电转速计的设计

课程设计时间: 2012 年7 月9 日至2012 年7月20 日

课程设计的内容及要求：

1.内容

设计采用单片机、光电传感器的数字式光电转速计。实现转速的实时测量和LED显示，键盘设定转速上限值，并能给出转速超标报警提示。

2.技术指标

（1）测量范围：0~50转/秒（r/s）。

（2）L ED显示：××r/s。

（3）键盘设定上限阈值。

（4）能给出转速超标的声、光报警提示。

3.要求

（1）制定设计方案，并绘制出系统工作框图。

（2）绘制电路原理图，并将传感器、单片机试验箱、电源等硬件正确可靠的连接。

（3）用单片机实验箱进行程序设计与系统调试。

（4）撰写一篇6000字到8000字的课程设计报告。

指导教师年月日

负责教师年月日

学生签字年月日

目录

0 前言 (1)

1 总体方案设计 (1)

2 硬件电路设计 (2)

2.1光电传感器 (3)

2.2放大电路 (3)

2.3单片机系统 (4)

2.4LED数码管显示 (5)

2.5键盘和报警电路 (6)

3 软件设计 (8)

3.1显示程序设计 (9)

3.2键盘和报警程序设计 (9)

3.3频率测量 (10)

4 调试分析 (11)

5 结论及进一步设想 (11)

参考文献 (11)

课设体会 (12)

附录1 电路原理图 (13)

附录2 程序清单 (14)

数字式光电转速计的设计

刘鹏沈阳航空航天大学自动化学院

摘要：本文设计了由单片机控制的数字式光电转速计，由光电传感器、单片机、键盘设置报警和LED数码显示组成，主要使用了、LED主要器件，主要解决方案是利用光电传感器、单片机学习板等设计一个由LED显示物体转速的转速计。此转速计具有测量精度高，操作简单明了等优点。

在选择设计方案时，除了要考虑能否实现测速性能，还要考虑价格以及测量精度问题，通过对转速测量资料的查阅还有我们的构思和设计，从而经过分析和比较，从实现难度、对器材的熟悉程度、器件用量、价格等方面进行综合考虑，然后最终确定方案。关键词：光电传感器；单片机；AT89C52；LED液晶显示。

0 前言

在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。目前国内外测量电机转速的方法有很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点。加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。这次设计的内容包含了多个方面，从脉冲信号的产生模块（即光电传感器部分）、脉冲信号的处理模块和转速的显示模块三个模块入手，全面锻炼了我们信号采集，处理和分析的工作能力。

本次用AT89C52单片机的两个定时器/计数器来实现转速测量，用单片机电子计数法测量频率有测量频率法和测周期法两种方法。单片机具有体积小、价格低廉、可靠性高、开发较为容易。测量频率主要是在单位定时时间里对被测信号脉冲进行计数。

定时和计数功能最终都是通过计数来实现的，若周期的事件源是周期固定的脉冲，则可以实现定时功能，否则只能实现计数功能。

1 总体方案设计

针对本课题的设计任务，进行分析得到：本次设计用光电传感器进行电压脉冲频率的测量，将电压频率转化为模拟电信号，再用单片机学习板够成一个能显示转速的测量仪器。

系统原理图如图1

图1 系统原理图 整个电路的工作原理是用光电传感器将光电传感器产生的脉冲信号经单片机控制送入LED 数码显示，用键盘设置上限阈值，超出设定值有报警电路LED 灯和蜂鸣器报警。

光电传感器测量方案整个测量系统的组成框图如图2所示。从图中可见，转子由一直流调速电机驱动，可实现大转速范围内的无级调速。转速信号由光电传感器拾取，使用时应先在转子上做好光电标记，具体办法可以是：将转子表面擦干净后用黑漆(或黑色胶布)全部涂黑，再将一块反光材料贴在其上作为光电标记，然后将光电传感器(光电头)固定在正对光电标记的某一适当距离处。光电头采用低功耗高亮度LED ，光源为高可靠性可见红光，无论黑夜还是白天，或是背景光强有大范围改变都不影响接收效果。光电头包含有前置电路，输出0—5V 的脉冲信号。接到单片机89C52的相应管脚上，通过89C52内部定时/计时器T0、T1及相应的程序设计，组成一个数字式转速测量系统。

图2 测量系统的组成框图 2 硬件电路设计

本设计通过单片机对LED 显示、键盘、报警等电路控制将由光电测得的电信号转化为脉冲频率显示，以达到测量转速的目的。硬件原理框图如图3所示

光电脉冲测量 报 警

单片机 数值显示 设置阈值