基于光电传感器的转速测量系统设计说明

课程设计说明书

题目基于光电传感器的转速测量系统设计课程名称电力电子技术课程设计

院（系、部、中心）

专业电气工程及其自动化

班级

学生姓名

学号 240102224

设计时间2013. 6.3 ~ 6.14

设计地点工程实践中心8—315

指导教师

课程设计任务书

课程名称检测技术与系统课程设计院（系、部、中心）电力工程学院

专业电气工程及其自动化

班级电气101 起止日期 13.6.3~6.14

指导教师许大宇

5．课程设计进度安排

起止日期工作容

13年6月4日布置设计任务，熟悉课题，查找资料；

13年6月5日

结合测控对象，选择合适的传感器，理解传感器性能；

13年6月6日设计传感器测量电路，选择合适的单片机，设计其外围电路；

13年6月7日设计电路参数，有条件情况下，在实验室进行实验，进一步理解测量电路输入输出关系；

13年6月8日继续设计论证电路参数，完善系统设计方案；

13年 6月 9日查找资料，理解系统各部分工作原理；

13年 6月 10日理清系统说明要点，着手设计说明书的书写；

13年 6月 11日书写设计说明书，充分理解系统每一部分作用；

13年 6月 12日完善设计说明书，准备设计答辩。

13年 6月 14日设计答辩。

6．成绩考核办法

平时表现30%，设计成果40%，答辩表现30%.

教研室审查意见：

教研室主任签字：

年月日院（系、部、中心）意见：

主管领导签字：

年月日

目录

二、课程设计正文

1、光电传感器的应用概述

2、系统工作原理及方案

（1）系统框图

（2）光电传感器原理

(3)转速测量原理

3、系统硬件电路设计

（1）光电转换及信号调理电路

（2）脉冲产生电路设计

4、系统软件电路设计

（1）AT89C52基本性能及最小系统

（2）系统软件程序设计

（3）系统仿真结果

5、课程设计总结

6、主要参考文献

7、附录

1.概述

转速测量系统的发展背景

随着超大规模集成电路技术提高，尤其是单片机应用技术以其功能强大，价格低廉的显著特点，使全数字化测量转速系统得以广泛应用。由于单片机在测量转速方面具有体积小、性能强、成本低的特点，越来越受到企业用户的青睐。

本设计课题的目的和意义

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。要测速，首先要解决是采样问题。本课程设计使用单片机AT89C52采样信号。因此转速的测试具有重要的意义。

2.系统工作原理及方案

1.系统框图

系统由传感器检测单元、信号调理放大电路，单片机AT89C52、LED显示模块、系统软件组成。其中信号调理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；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置可使部定时器T0对输入脉冲进行计数，这样就能精确地算出加到T0引脚的单位时间检测到的脉冲数；系统的原理框图如下所示。

2.光电传感器的原理

检测原理

光电传感器是利用光电转换原理，来检测机械量转速的传感元件，将光源发出的光调制成与转速相关的光信号，再转换成电信号，通过检测信号频率或状态图形来测量转速。光电光转速传感器主要由光源，调制盘，光电转换元件三个部分组成。电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样。

光电传感器一般可以分为两大类：直射式、反射式。基本的原理就是当发射管光照射到接收管时，接收管导通，反之关断。

脉冲发生源的硬件结构图如图所示。

图1脉冲发生源硬件结构图（左为正视图，右为侧视图）

直射式光电转速计的工作原理如图1和图2，被测转轴上装有调制盘，调制盘是带孔或者带齿的圆盘，带孔的如图1，带齿的如图3，调制盘的一边放置光源，另一边放置光电元件。调制盘随轴转动，当光线通过小孔或齿缝时，光电元件就发生一个电脉冲。转轴连续转动，光电元件就输出一列与转速及调制盘上的孔（或齿）数成正比。电脉冲输入测量电路后经放大整形，再送入频率计技术现实。

图2光电传感器的原理图图3遮光叶片

转速测量原理

一般的转速长期测量系统是预先在轴上安装一个有60 齿的测速齿盘，当测速齿槽旋转一周，光敏元件就能感受与开孔数相等次数的光次数，即每转一周产生60个电脉冲信号。临时性转速测量系统，多采用光电传感器，从转轴上预先粘贴的一个标志上获得一转一个转速脉冲，随后利用电子倍频器和测频方法实现转速测量。不论长期或临时转速测量，都可以在微处理器的参与下，通过测量转轴上预留的一转一齿的鉴相信号或光电信号的周期，换算出转轴的频率或转速。即通过速度传感器，将转速信号变为电脉冲，利用微机在

单位时间对脉冲进行计数，再经过软件计算获得转速数据。

即:

n=N/ (mT)

◆n ———转速、单位:转/ 分钟;

◆N ———采样时间所计脉冲个数;

◆T———采样时间、单位:分钟;

◆m ———每旋转一周所产生的脉冲个数(通常指测速码盘的齿数) 。

通常m=60，那么1 秒钟脉冲个数N就是转速n，即:

n=N/ (mT) =N/60×1/60=N

3.系统硬件电路的设计

系统硬件部分包含输入模块、显示模块、控制模块、测速模块等。在硬件搭建前，先通过Proteus Pro 7.5进行硬件仿真实现。

光电转换及信号调理设计

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，以得到符合要求的脉冲信号，送给单片机AT89C52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。传感器将电机的转速信号转变成了电脉冲信号，该信号经过LM358集成运放整形驱动，送到单片机进行脉冲计数，从而测出电动机转速。

介绍一下LM358,：LM358里面包括有两个高增益、独立的、部频率补偿的双运放，适用于电压围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。