光电传感器转速测量系统设计.docVIP

专业课程设计 题 目 光电传感器的转速测量设计 院 系： 自动化学院 专业班级： 小组成员： 指导教师： 日 期： 一．课程设计描述 采用单片机、uln2003为主要器件，设计步进电机调速系统，实现电机速度开环可调。 二．课程设计体要求 用户通过键盘键入控制指令（开关），微控制器在收到指令后改变输出的PWM波，最终在ULN2003的驱动下电机转速发生改变。通过ST151传感器测量电机扇叶的旋转情况，将转速显示在数码管上。 在程序主循环中实现按键扫描与转速显示，将定时器0作为计数器，计数ST151产生的下降沿，可算出转速，并送至数码管显示。 设计思路： 利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一个圆盘，在圆盘上挖1小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈即光电管导通1次，利用此信号做为脉冲计数所需。 对光电开关信号整流放大。 脉冲经过单片机内部的计数器和定时器进行计数和定时。 显示电路采用单片机动态显示。 4.2转速测量原理 在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N（r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]： N=60m/pTc (r/min) （1） 4.3转速测量系统组成框图 系统由信号预处理电路、单片机89C51、系统化LED显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。其中信号预处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的TTL信号；通过单片机的设置可使内部定时器对输入脉冲进行，这样能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中采用LED模块，通过得的I2C总线E2PROM存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。系统的原理框图如图1所示。 图1 系统的原理框图 图脉冲发生源硬件结构图（左为正视图，右为侧视图）LM324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。 光电转换部分与单片机的连接框图如图3.2所示。 图3.2 光电转换部分与单片机的连接框图 5.3时钟电路 系统采用12M晶振与两个30pF电容组成震荡电路，接STC89C52的XTAL1与XTAL2引脚，为微控制器提供时钟源 5.4按键电路 四个按键分别控制电机的不同转速，即控制PWM波高电平的占空比，以实现电机的速度控制，采用开环控制方法，不是十分精确，但控制简单，易实现，代码编写简单。 5.5显示部分 系统采用4位共阴极数码管实现转速显示。数码管的位选端1~4分别接STC89C52的P2.0~P2.3管脚，端选段A~G与DP分别接STC89C52的P0.0~P0.7管脚。 需要说明的是：实际焊接电路时，数码管的位选端需要焊接三极管，否则数码管显示亮度将会非常暗。 5.6电机控制与驱动部分 电机的运行通过PWM波控制。PWM波通过STC89C52的P2.4口输出。 说明：测速部分用的是Motro-encode电机，实际用ST151实现测速，焊接电路如下图： 其中R1=510Ω，R2=4.7KΩ ST内部电路： 5.7其他电路 复位电路如下所示： 完整仿真电路图： 软件部分设计 系统软件采用Keil集成开发环境开发 程序代码如下（带注释）： #include reg51.h sbit P2_0=P2^0; //数码管选定位 sbit P2_1=P2^1; sbit P2_2=P2^2; sbit P2_3=P2^3; sbit P2_4=P2^4; //电机控制位 sbit keysp0=P1^0; //电机转速为0的控制键 sbit keysp30=P1^1; //电机转速为30的控制键 sbit keysp60=P1^2; //电机转速为60的控制键 sbit keysp100=P1^3; //电机转速为100的控制键 unsigned char code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92, 0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e}; unsigned int motorspeed; //电机转速 unsigned char GE