基礎課程設計---轉速測量電路的設計

1、<p>　　基礎課程設計（論文）</p><p><b>　　轉速測量電路的設計</b></p><p><b>　　學生姓名：</b></p><p><b>　　指導教師：</b></p><p><b>　　學生學號：</b></p&

2、gt;<p>　　專 業(yè)：電氣工程及其自動化</p><p>　　信息技術學院電氣工程系</p><p>　　2011年11月16 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　轉速是工程中應用非常廣泛的一個參數(shù),其測量方法較多,模擬量的采集和模擬處理一直是轉速測量的主要方法。轉速是

3、電動機極為重要的一個狀態(tài)參數(shù),在很多運動系統(tǒng)的測控中,都需要對電機的轉速進行測量,速度測量的精度直接影響系統(tǒng)的控制情況,它是關系測控效果的一個重要因素。不論是直流調(diào)速系統(tǒng)還是交流調(diào)速系統(tǒng),只有轉速的高精度檢測才能得到高精度的控制系統(tǒng)。本文利用C8051F020系統(tǒng)板，設計一個轉速測量電路。利用反射式光電傳感器設計測量系統(tǒng)，對轉速進行測量。當傳感器對準風扇時，葉片上的白色反光，黑色不反光，利用這個原理，進行轉速測量。并在LCD上顯示轉速值

4、，保證誤差在1Hz以內(nèi)。</p><p>　　關鍵詞：電機轉速測量；反射式光電傳感器；C8051F020；LM393</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　這部分是目錄內(nèi)容……應是論文的提綱，也是論文組成部分大小標題。目錄一般列至二級標題，以阿拉伯數(shù)字分級標出，目錄應獨立成頁。字體</p><p>

5、;<b>　　1 緒論</b></p><p>　　隨著科學技術的飛速發(fā)展，在工業(yè)的實時控制中，在各種機械設備中控制轉速的應用逐漸增多。由于轉速控制對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著至關重要的影響,轉速的檢測與控制在工業(yè)控制中占有很大的比重。為了準確了解工作的情況并加以實時控制，對轉速的檢測與控制是十分必要的。目前，雖然在市面上有一些轉速測量儀，但它的體積相對龐大、結構復雜、價格比較昂貴，不方便對轉速進行測

6、量。電機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程實施控制中，轉速的檢測與控制一般占有很大比例，它對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差及動態(tài)響應性能都有著至關重要的影響。</p><p>　　在本次設計中，反射式光電傳感器轉速測量采用C8051F020單片機作為主控制器，筆者開發(fā)出以C8051F020控制器的電機轉速檢測控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用不同于其他的傳感器檢測電機的轉速。本次利用反射式光電傳感器，進行轉速測量。這個方案，只需在電機葉片上貼上白紙，在其中一段

7、貼上黑膠布，這樣，傳感器發(fā)射光時，在白紙上得到反射，在黑膠布上不反射，電平得到轉換，產(chǎn)生方波，可以進行計數(shù)。其中那個用的是LM393芯片；LM393是高增益,寬頻帶器件，象大多數(shù)比較器一樣，如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合，則很容易產(chǎn)生振蕩。這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當比較器改變狀態(tài)時，輸出電壓過渡的間隙，電源加旁路濾波并不能解決這個問題，標準PC板的設計對減小輸入—輸出寄生電容耦合是有助的。減小輸入電阻至小于10K將減小反饋信號，而且增

8、加甚至很小的正反饋量(滯回1.0~10mV)能導致快速轉換,使得不可能產(chǎn)生由于寄生電容引起的振蕩，除非利用滯后，否則直接插入IC(集成電路板integrated circuit，縮寫：IC) 并在引腳上加上電阻將引起輸入—輸出在很短的轉換周期內(nèi)振蕩，如果輸入信號是脈沖波形，并且上升和下降時</p><p><b>　　2 總體方案設計</b></p><p><

9、b>　　2.1方案論證</b></p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　利用對射式光電傳感器，進行轉速測量。這個方案，需要對射式光電傳感器，發(fā)光源接電機葉片，接收器接收到一次光時，進行高低電平轉換。形成方波?？梢赃M行計數(shù)。此方案的缺點是傳感器的裝置比較難。</p><p><b>　　方案二

10、：</b></p><p>　　利用反射式光電傳感器，進行轉速測量。這個方案，只需在電機葉片上貼上白紙，在其中一段貼上黑膠布，這樣，傳感器發(fā)射光時，在白紙上得到反射，在黑膠布上不反射，電平得到轉換，產(chǎn)生方波，可以進行計數(shù)。當被測軸上不能安裝發(fā)訊盤或遮光盤時，可以直接在被測軸上粘貼反光標簽（或在光潔的軸上涂黑），用光電傳感器（WO-DNPW2）來測量。 當被測軸上不能安裝發(fā)訊盤或遮光盤時，可以直接在被測

11、軸上粘貼反光標簽（或在光潔的軸上涂黑），用光電傳感器（WO-DNPW2）來測量。測量距離在 ），用光電傳感器 5～80mm。反光標簽容易污損的環(huán)境下，需即時更換。此方案電路設計簡單。</p><p>　　綜上論證，選用方案二。</p><p>　　2.2 具體方案設計</p><p>　　根據(jù)方案二設計的系統(tǒng)框圖如下：</p><p><

12、;b>　　3硬件電路的設計</b></p><p>　　3.1傳感器的介紹及使用注意事項</p><p>　　3.1.1傳感器的介紹</p><p>　　反射式光電傳感器是將紅外發(fā)光管和硅光敏三極管等，以相同的方向裝在支架上。當紅外線發(fā)光管通電發(fā)光時，光通過被照射物反射到硅光敏三極管窗口上，使硅光敏三極管導通，從而有一定大的電流輸出，以此檢測物體的

13、有無。反射式光電傳感器廣泛應用于點鈔機、限位開關、計數(shù)器、電機測速、打印機、復印機、液位開關、金融設備、娛樂設備（自動麻將機）、舞臺燈光控制、監(jiān)控云臺控制、運動方向判別、計數(shù)、電動繞線機計數(shù)、電能表轉數(shù)計量等。 </p><p>　　3.1.2傳感器使用注意事項</p><p>　　1·反射取樣式光電傳感器的工作原理是傳感器紅外發(fā)射管發(fā)射出紅外光，接收管根據(jù)反射回來的紅外光強度大

14、小來計數(shù)的，故被檢測的工件或物體表面必須有黑白相間的部位用于吸收和反射紅外光，這樣接收管才能有效的截止和飽和達到計數(shù)的目的。所以在選擇工作點、安裝及使用中最關健的一點是接收管必須工作于截止區(qū)和飽和區(qū)。 2·使用中光電傳感器的前端面與被檢測的工件或物體表面必須保持平行，這樣光電傳感器的轉換效率最高。 3·光電傳感器的前端面與反光板的距離保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。 4·光電傳感器必須安裝在沒有強光直

15、接照射處，因強光中的紅外光將影響接收管的正常工作。 5·光電傳感器的紅外發(fā)射管的電流在2～10mA之間時發(fā)光強度與電流的線性最佳，所以在電流取值一般不超過這個范圍，若取值太大發(fā)射管的光衰也大長時間工作影響壽命；若在電池供電的情況下電流取值應小，此時抗干擾性下降，在結構設計時應考慮這點，盡量避免外界光干擾等不利因素。 6·光電傳感器在具體的工作環(huán)境中最佳工作狀態(tài)的參數(shù)選擇方法：根據(jù)實際的檢測距離選取光電傳感

16、器的型號。</p><p>　　3.2傳感器的電路設計</p><p>　　3.2.1傳感器的介紹</p><p>　　LM393是高增益,寬頻帶器件,象大多數(shù)比較器一樣,如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合,則 很容易產(chǎn)生振蕩.這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當比較器改變狀態(tài)時,輸出電壓過渡的間隙.電源加旁路濾波并不能解決這個問題,標準PC板的設計對減小輸入—輸出寄

17、生電容耦合是有助的.減小輸入電阻至小于10K將減小反饋信號,而且增加甚至很小的正反饋量(滯回1.0~10mV)能導致快速轉換,使得不可能產(chǎn)生由于寄生電容引起的振蕩.除非利用滯后,否則直接插入IC并在引腳上加上電阻將引起輸入—輸出在很短的轉換周期內(nèi)振蕩,如果輸入信號是脈沖波形,并且上升和下降時間相當快,則滯回將不需要。比較器的所有沒有用的引腳必須接地. LM393偏置網(wǎng)絡確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍 2.0~30V無關。通常電源不需要加

18、旁路電容。差分輸入電壓可以大于Vcc并不損壞器件.保護部分必須能阻止輸入電壓向負端超過-0.3V. LM393的輸出部分是集電極開路,發(fā)射極接地的 NPN輸出晶體管,輸出負載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上,不受 Vcc端電壓值的限制.此輸出能作為一個簡單的對地SPS開路(當不用負載電阻沒被運用),輸出部</p><p>　　LM393的主要功能是輸出負載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源

19、電壓上，不受 Vcc端電壓值的限制.此輸出能作為一個簡單的對地SPS開路(當不用負載電阻沒被運用)，輸出部分的陷電流被可能得到的驅動和器件的β值所限制.當達到極限電流(16mA)時，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。輸出飽和電壓被輸出晶體管大約60ohm 的γSAT限制。當負載電流很小時,輸出晶體管的低失調(diào)電壓(約1.0mV)允許 輸出箝位在零電平</p><p>　　本電路采用LM393比較器。3端為參考

20、電壓，當2端電壓大于3端時，1端輸出高電平，當2端電壓小于3端時，1端輸出低電平。電源電路是給單片機供電，單片機上的+5V和GND給傳感器電路供電。LCD顯示電路是顯示電機的轉速值。</p><p>　　3.2.2傳感器的電路設計原理圖</p><p>　　LM393 是雙電壓比較器集成電路。該電路的特點如下：工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源：2～36V，雙電源:

21、7;1～±18V；消耗電流小，Icc=0.8mA；輸入失調(diào)電壓小，VIO=±2mV；輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；輸出可以用開路集電極連接“或”門；采用雙列直插8 腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列8 腳塑料封裝（SOP8）</p><p>　　比較器的所有沒有用的引腳必須接地。LM393偏置網(wǎng)絡確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍 2.0~30V無關。通常電源不需要加旁路電容。

22、差分輸入電壓可以大于Vcc并不損壞器件，保護部分必須能阻止輸入電壓向負端超過-0.3V。 LM393的輸出部分是集電極開路，發(fā)射極接地的 NPN輸出晶體管，可以用多集電極輸出提供或OR。</p><p><b>　　4硬件電路的設計</b></p><p><b>　　主程序設計：</b></p><p>　　void m

23、ain()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　CloseWDT(); //關看門狗</p><p>　　SysClkInit();//系統(tǒng)初始化</p><p>　　PortInit();//I/O端口配置</p><p>　　LCD1602_Init

24、();//lcd1602初始化</p><p>　　TMOD=0x51; //定時器0，計數(shù)器1，都為方式1</p><p>　　TH1=0x00;//賦初值</p><p><b>　　TL1=0x00;</b></p><p>　　TH0=(65536-50000)/256;</p>&l

25、t;p>　　TL0=(65536-50000)%256;//默認12分頻，為0.5微秒，50000次為25豪秒</p><p>　　LCD_SET_CURSOR(1,1);//設置1602顯示坐標在第一行第一個字</p><p>　　Print(lcd_buff0,16);//LCD1602顯示第一行</p><p>　　LCD_SET_CURSOR(

26、2,1);//設置1602顯示坐標在第二行第一個字</p><p>　　Print(lcd_buff1,16); //LCD1602顯示第二行</p><p>　　EA=1;//開中斷</p><p>　　ET0=1;//定時器0和計數(shù)器1中斷使能ET1=1;</p><p>　　TR0=1;//開中斷

27、</p><p><b>　　TR1=1;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　freq_show();//顯示轉速</p><p><b>　　}

28、</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　主程序分析：</b></p><p>　　首先要對系統(tǒng)各模塊進行初始化，系統(tǒng)采樣默認值12分頻，為2M。定時器0中斷初值設為25ms，并循環(huán)顯示轉速值。</p><p><b>　　顯示程序設計：&l

29、t;/b></p><p>　　void freq_show()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　lcd_buff1[8] = (count/10000)%10+0x30;Delay_Ms(200);//顯示萬位</p><p>　　lcd_buff1[9] = (count/1000)

30、%10+0x30;Delay_Ms(200);//顯示千位</p><p>　　lcd_buff1[10] = (count/100)%10+0x30;Delay_Ms(200);//顯示百位</p><p>　　lcd_buff1[11] = (count/10)%10+0x30;Delay_Ms(200);//顯示十位</p><p>　　lcd_buff1[

31、12] = count%10+0x30;Delay_Ms(200);//顯示個位</p><p>　　LCD_SET_CURSOR(2,1);//設置1602顯示坐標在第二行第一個字</p><p>　　Print(lcd_buff1,16); //LCD1602顯示第二行</p><p><b>　　}</b></p>

32、<p><b>　　顯示程序分析：</b></p><p>　　對計數(shù)值進行分離，并分別顯示。</p><p><b>　　中斷程序設計：</b></p><p>　　void time1(void) interrupt 3</p><p><b>　　{</b>

33、</p><p>　　TH1=0x00; //計數(shù)模式</p><p><b>　　TL1=0x00;</b></p><p><b>　　TR1=1;</b></p><p>　　j++; //計數(shù)溢出j加1</p><p><b>　　}&

34、lt;/b></p><p>　　void time0(void) interrupt 1</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　TR0 = 1;</b></p><p>　　TH0 = (65536-50000)/256;</p><p&g

35、t;　　TL0 = (65536-50000)%256;</p><p><b>　　sec++;</b></p><p>　　if(sec == 40) //40次為1秒</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　sec = 0;</b>&

36、lt;/p><p>　　TR1 = 0; //關中斷</p><p>　　count = 65536*j+256*TH1+TL1; //一秒到了計算計數(shù)值</p><p><b>　　j=0;</b></p><p><b>　　TH1=0x00;</b></p>&

37、lt;p>　　TL1=0x00; //各寄存器清零</p><p>　　TR1=1; //開中斷</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　中斷程序分析：</b></

38、p><p>　　用定時器0進行定時，為1秒。用計數(shù)器1進行計數(shù)，當1秒到，關閉計數(shù)器1，計算頻率值，完后各寄存器清零并打開中斷，重新開始計數(shù)。</p><p><b>　　5 心得體會</b></p><p>　　通過此次課程設計，使我更加扎實的掌握了有關單片機和傳感器方面的知識，在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的

39、檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。</p><p>　　過而能改，善莫大焉。在課程設計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領悟。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在老師的指導下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學習實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題

40、所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠不可能得到社會及他人對你的認可！此次設計也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時請教或上網(wǎng)查詢，只要認真鉆研，動腦思考，動手實踐，就沒有弄不懂的知識，收獲頗豐。</p><p><b>　　參考文獻:</b></p><

41、p>　　[1] 華正權. 信號處理與變換電路[ M] . 北京: 電子工業(yè)出版社,1994.</p><p>　　[2] 張國雄. 測控電路[M] . 北京:機械工業(yè)出版社,1999.</p><p>　　[3] 趙長德. MCS - 51/ 98 單片機原理與應用[M] . 北京:機械工業(yè)出版社,1998.</p><p>　　[4] 劉君華. 現(xiàn)代檢測技術

42、與測試系統(tǒng)設計[M] . 西安:西安交通大學出版社,1995.</p><p>　　[5] OM RON 傳感器綜合樣本[ Z] . 21 世紀第一版.</p><p>　　[6] 張穎光, 楊　光. 頻率- 電壓集成轉換器LM 2917 及其應用[ J] . 國外電子元器件. 1997, ( 7) .</p><p>　　[7] 陸名珠, 等. 一種光電編碼器的譯

43、碼電路[ J] . 電子與自動化, 1995, ( 3) .</p><p>　　[8] 趙合穩(wěn), 等. 用于光電編碼器的四倍頻測量電路[ J] . 電氣傳動自動化, 1997, ( 5) .</p><p><b>　　附錄：</b></p><p><b>　　軟件程序：</b></p><p>

44、;　　#include "c8051f020.h"</p><p>　　#include "sysinit.h"</p><p>　　#include "lcd1602.h"</p><p>　　extern unsigned char xdata lcd_buff0[16];//1602顯示緩沖區(qū)<

45、/p><p>　　extern unsigned char xdata lcd_buff1[16];</p><p>　　unsigned int sec=0,j=0,h=1,m,count=0;//定義各變量</p><p>　　void freq_show(); //定義顯示函數(shù)</p><p>　　void main()<

46、;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　CloseWDT(); //關看門狗</p><p>　　SysClkInit();//系統(tǒng)初始化</p><p>　　PortInit();//I/O端口配置</p><p>　　LCD1602_Init();//lcd1602

47、初始化</p><p>　　TMOD=0x51; //定時器0，計數(shù)器1，都為方式1</p><p>　　TH1=0x00;//賦初值</p><p><b>　　TL1=0x00;</b></p><p>　　TH0=(65536-50000)/256;</p><p>　　TL0=(6

48、5536-50000)%256;//默認12分頻，為0.5微秒，50000次為25微秒</p><p>　　LCD_SET_CURSOR(1,1);//設置1602顯示坐標在第一行第一個字</p><p>　　Print(lcd_buff0,16);//LCD1602顯示第一行</p><p>　　LCD_SET_CURSOR(2,1);//設置1602顯示

49、坐標在第二行第一個字</p><p>　　Print(lcd_buff1,16); //LCD1602顯示第二行</p><p>　　EA=1;//開中斷</p><p>　　ET0=1;//定時器0和計數(shù)器1中斷使能</p><p><b>　　ET1=1;</b></p>&l

50、t;p>　　TR0=1;//開中斷</p><p><b>　　TR1=1;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　freq_show();//顯示轉速</p>

51、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void freq_show()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　lcd_buff1[8] = (count/10000)%10+0x30;D

52、elay_Ms(200);//顯示萬位</p><p>　　lcd_buff1[9] = (count/1000)%10+0x30;Delay_Ms(200);//顯示千位</p><p>　　lcd_buff1[10] = (count/100)%10+0x30;Delay_Ms(200);//顯示百位</p><p>　　lcd_buff1[11] = (

53、count/10)%10+0x30;Delay_Ms(200);//顯示十位</p><p>　　lcd_buff1[12] = count%10+0x30;Delay_Ms(200);//顯示個位</p><p>　　LCD_SET_CURSOR(2,1);//設置1602顯示坐標在第二行第一個字</p><p>　　Print(lcd_buff1,1

54、6); //LCD1602顯示第二行</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void time1(void) interrupt 3</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH1=0x00; //計數(shù)模式</p><p&

55、gt;<b>　　TL1=0x00;</b></p><p><b>　　TR1=1;</b></p><p>　　j++; //計數(shù)溢出j加1</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void time0(void) interrupt 1&l

56、t;/p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　TR0 = 1;</b></p><p>　　TH0 = (65536-50000)/256;</p><p>　　TL0 = (65536-50000)%256;</p><p><b>　　se

57、c++;</b></p><p>　　if(sec == 40) //40次為1秒</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　sec = 0;</b></p><p>　　TR1 = 0; //關中斷</p><p&

58、gt;　　count = 65536*j+256*TH1+TL1; //一秒到了計算計數(shù)值</p><p><b>　　j=0;</b></p><p><b>　　TH1=0x00;</b></p><p>　　TL1=0x00; //各寄存器清零</p><p>　　TR1