光電傳感器課程設計---汽車測速系統(tǒng)

1、<p><b>　　光電信息技術</b></p><p><b>　　研究性教學報告</b></p><p><b>　　題目：汽車測速系統(tǒng)</b></p><p>　　學 院 機械與電子控制工程學院 </p><p>　　專 業(yè) 測控技術

2、與儀器 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、摘要2</b></p><p>　　二、系統(tǒng)整體方案設計2</p><p><b>　　1、系統(tǒng)框圖2</b></p><p><b>　　

3、2、光電傳感器3</b></p><p><b>　　三、系統(tǒng)結構4</b></p><p><b>　　1、傳感器4</b></p><p>　　2、調(diào)理電路設計5</p><p><b>　　3、單片機6</b></p><p>

4、;<b>　　4、顯示設備7</b></p><p><b>　　5|、軟件設計8</b></p><p><b>　　四、體會心得8</b></p><p><b>　　五、參考文獻8</b></p><p><b>　　一、摘要<

5、;/b></p><p>　　社會時代的快速發(fā)展，汽車在人們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓街匾S著汽車的日益普及，由于碰撞而引起的事故也越來越多，其中倒車碰撞、超速碰撞占碰撞事故的大部分。為了盡量防止超速等問題、提高安全性。本文設計了一種測速器系統(tǒng)，方便司機根據(jù)車速安全行車。</p><p>　　轉速測量方法轉速是指作圓周運動的物體在單位時間內(nèi)所轉過的圈數(shù) ,其大小及變化往往意味著機器設備運轉的

6、正常與否 ,因此 ,轉速測量一直是工業(yè)領域的一個重要問題。按照不同的理論方法 ,先后產(chǎn)生過模擬測速法 (如離心式轉速表 )、同步測速法 (如機械式或閃光式頻閃測速儀 )以及計數(shù)測速法。計數(shù)測速法又可分為機械式定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。對轉速的測量實際上是對轉子旋轉引起的周期脈沖信號的頻率進行測量。</p><p>　　在頻率的工程測量中 ,電子式定時計數(shù)測量頻率的方法一般有三種 :</p>&l

7、t;p>　　測頻率法 :在一定時間間隔ｔ內(nèi) ,計數(shù)被測信號的重復變化次數(shù)Ｎ ,則被測</p><p>　　信號的頻率ｆｘ 可表示為ｆｘ =Ｎｔ（1）；</p><p>　　測周期法 :在被測信號的一個周期內(nèi) ,計數(shù)時鐘脈沖數(shù)ｍ0 ,則被測信號頻率ｆｘ=ｆｃ/ｍ0 ,其中 ,ｆｃ 為時鐘脈沖信號頻率；</p><p>　　多周期測頻法 :在被測信號ｍ1個周期內(nèi)

8、,計數(shù)時鐘脈沖數(shù)ｍ2 ,從而得到被測信號頻率ｆｘ,則ｆｘ 可以表示為ｆｘ=ｍ1ｆｃｍ2,ｍ1由測量準確度確定。</p><p>　　二、系統(tǒng)整體方案設計</p><p><b>　　1、系統(tǒng)框圖</b></p><p><b>　　各部分模塊的功能：</b></p><p>　?、賯鞲衅鳎河脕韺π盘?/p>

9、的采樣。</p><p>　?、诜糯?、整形電路：對傳感器送過來的信號進行放大和整形，在送入單片機進行數(shù)據(jù)的處理轉換。</p><p>　　片機：對處理過的信號進行轉換成轉速的實際值，送入LED</p><p>　　LED顯示：用來對所測量到的轉速進行顯示。</p><p>　　2光電式轉速傳感器：</p><p>　　

10、光電式傳感器是將被測量的變化轉換成光信號的變化，再通過光電器件把光信號的變化轉換成電信號的一種傳感器。它具有頻譜寬、不易受電磁干擾的影響、非接觸式測量、響應快、可靠性高等優(yōu)點。</p><p>　　整個測量系統(tǒng)的組成框圖如圖3.3所示。從圖中可見,轉子由一直流調(diào)速電機驅動,可實現(xiàn)大轉速范圍內(nèi)的無級調(diào)速。轉速信號由光電傳感器拾取,使用時應先在轉子上做好光電標記,具體辦法可以是:將轉子表面擦干凈后用黑漆(或黑色膠布)

11、全部涂黑,再將一塊反光材料貼在其上作為光電標記,然后將光電傳感器(光電頭)固定在正對光電標記的某一適當距離處。光電頭采用低功耗高亮度LED ,光源為高可靠性可見紅光,無論黑夜還是白天,或是背景光強有大范圍改變都不影響接收效果。光電頭包含有前置電路，輸出0—5V的脈沖信號。接到單片機89C51的相應管腳上，通過89C51內(nèi)部定時/計時器T0、T1及相應的程序設計，組成一個數(shù)字式轉速測量系統(tǒng)。</p><p>　　3

12、.3光電測量系統(tǒng)組織框圖</p><p><b>　　三、系統(tǒng)結構</b></p><p><b>　　1、傳感器</b></p><p>　　選用的傳感器型號為SZGB-3（單向）</p><p>　　SZGB-3, 20電源電壓為12V DC </p><p>　　SZ

13、GB-3型傳感器主要性能介紹如下：</p><p>　　1)供單向計數(shù)器使用，測量轉速和線速度.</p><p>　　2)采用密封結構性能穩(wěn)定.</p><p>　　3）光源用紅外發(fā)光管，功耗小，壽命長.</p><p>　　4) SZGB-3, 20電源電壓為12V DC</p><p>　　SZGB-3型傳感器主

14、要性能介紹如下：</p><p>　　SZGB-3.型光電轉速傳感器，使用時通過連軸節(jié)與被測轉軸連接，當轉軸旋轉時，將轉角位移轉換成電脈沖信號，供二次儀表計數(shù)使用。</p><p>　　(1)輸出脈沖數(shù)：60脈沖（每一轉）</p><p>　　(2)輸出信號幅值：50r/min時300mV</p><p>　　(3)測速范圍:50---500

15、0r/min</p><p>　　(4)使用時間:可連續(xù)使用,使用中勿需加潤滑油5)工作環(huán)境:溫度-10～40℃,相對濕度≤85%無腐蝕性氣體</p><p><b>　　調(diào)理電路設計</b></p><p><b>　　濾波電路</b></p><p>　　轉速信號處理電路包括信號放大電路、整形及

16、三極管整形電路。由于產(chǎn)生的電壓信號很小，所以要進行放大處理，一般要放大至少1000倍（≥60dB），然后在進行信號處理工作。信號放大裝置選用運算放大器TL084作為放大電壓放大元件，采用兩級放大電路，每一級都采用反響比例運算電路如圖，設計的電壓放大倍數(shù)為3000倍。其中第一級放大倍數(shù)為30，第二級放大倍數(shù)為100.放大后電壓變化范圍為0～4.8V。TL084采用12V雙電源供電，由于電源的供電電壓在一定范圍內(nèi)有副值上的波動，形成干擾信號

17、。為起到消除干擾，實現(xiàn)濾波作用，故供電電源兩端需接10UF的電容接地。</p><p>　　一次整形后的信號基本上為±5V的電平的脈沖信號，在脈沖計數(shù)時，常用的是+5V的脈沖信號。如果直接采用-5V的脈沖計數(shù)，會增加電路的復雜性，故一般不直接使用，而是先進行二次整形。</p><p>　　第二次用三極管整形電路，當輸出為-5V的信號時，三極管VT2（8050）的基-射極和電阻R1

18、8組成并聯(lián)電路電流經(jīng)過R18.R17,三極管VT2處于反向偏置狀態(tài)，所以，VT2的集-射極未接通，故處于截止狀態(tài)。電源回路由R19，三極管VT2的集-射極組成，采用單電源+12V供電，由于集射極截止，處于斷路狀態(tài)，故輸出電壓U0為V。當?shù)谝淮握屋敵鰹?5V的信號時，三極管VT2基-射極處于正向偏置狀態(tài)，有電流I通過，故此時三極管的集-射極處于通路狀態(tài)。電源電流流經(jīng)電阻R19，三極管的集-射極到地端，由于集-射極導通時的電阻很小，可以忽

19、略不計。電源電壓主要在R19上，其輸出電壓約為0V。綜上所述，三極管整形的電路的輸入關系是：信號為-5V時，U0=+12V；信號為+5V時，U0=0V。</p><p><b>　　3、單片機</b></p><p>　?。?）單片機AT89C51</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Fa

20、lsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。</p><p>　　

21、AT89C51單片機的功能：</p><p><b>　　1、主要特性：</b></p><p>　　◆與MCS-51 兼容 </p><p>　　◆4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 </p><p>　　◆壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p>　　◆數(shù)據(jù)保留時間：10年</p><

22、;p>　　◆全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz</p><p>　　◆三級程序存儲器鎖定</p><p>　　◆128*8位內(nèi)部RAM</p><p>　　◆32可編程I/O線</p><p>　　◆兩個16位定時器/計數(shù)器</p><p><b>　　◆5個中斷源 </b></p>

23、<p><b>　　◆可編程串行通道</b></p><p>　　◆低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　◆片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 </p><p><b>　　2、管腳說明：</b></p><p>　　●VCC：供電電壓，</p><p>　　●GND：接

24、地。 </p><p>　　●P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，

25、P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。</p><p>　　●P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。

26、 </p><p>　　●P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位

27、地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 </p><p>　?。?）單片機程序流程圖</p><p><b>　　4、顯示設備</b></p><p>　　共陰級14腳4位帶時間顯示數(shù)碼管</p><p><b>　　5、軟件

28、設計</b></p><p>　?、僦鞒绦蛄鞒虉D5.1</p><p>　　②顯示子程序流程圖5.2</p><p>　?、鄱〞r計數(shù)子程序流程圖5.3</p><p><b>　?。?）動態(tài)顯示仿真</b></p><p><b>　　動態(tài)顯示程序：</b><

29、;/p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　uint mm=1234; </p><p><b>　　

30、uchar jj;</b></p><p>　　uchar code table[]={0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,}; </p><p>　　delay(uint m)</p><p>　　{ uint i,j;</p><p>　　for(i=m;i>

31、;0;i--)</p><p>　　for(j=110;j>0;j--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　xian_shi() </p><p>　　{ uchar qian,bei,shi,ge;</p><p>　　qian=mm/1000;

32、</p><p>　　bei=mm%1000/100;</p><p>　　shi=mm%100/10;</p><p><b>　　ge=mm%10;</b></p><p><b>　　P2=0x80;</b></p><p>　　P0=table[qian];</

33、p><p>　　delay(50);</p><p><b>　　P2=0;</b></p><p><b>　　P2=0x40;</b></p><p>　　P0=table[bei];</p><p>　　delay(50);</p><p><

34、b>　　P2=0;</b></p><p><b>　　P2=0x20;</b></p><p>　　P0=table[shi];</p><p>　　delay(50);</p><p><b>　　P2=0;</b></p><p><b>　

35、　P2=0x10;</b></p><p>　　P0=table[ge];</p><p>　　delay(50);</p><p><b>　　P2=0;</b></p><p><b>　　四、體會心得</b></p><p>　　通過這次研究性教學，讓我們深

36、入了解了光電傳感器的原理及其應用，提高了我們的創(chuàng)新能力，擴展了我們的想象、設計能力。我們通過借鑒期刊、論文、報告，完成了此次研究性教學。雖然在設計和書寫過程中遇到了很多的問題，但是我們都努力突破。當然，我們的設計系統(tǒng)仍存在很多不足，還有很多的地方需要創(chuàng)新或者新技術的改進。但是，我們整個小組基本對此次研究性教學環(huán)節(jié)較為滿意。在學習過程中，組員之間的協(xié)作能力也同時得到了提高。</p><p><b>　　五