光電傳感器課程設(shè)計(jì)---汽車測速系統(tǒng)

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

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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)4</b></p><p><b>　　1、傳感器4</b></p><p>　　2、調(diào)理電路設(shè)計(jì)5</p><p><b>　　3、單片機(jī)6</b></p><p>

4、;<b>　　4、顯示設(shè)備7</b></p><p><b>　　5|、軟件設(shè)計(jì)8</b></p><p><b>　　四、體會心得8</b></p><p><b>　　五、參考文獻(xiàn)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?，隨著汽車的日益普及，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(shè)計(jì)了一種測速器系統(tǒng)，方便司機(jī)根據(jù)車速安全行車。</p><p>　　轉(zhuǎn)速測量方法轉(zhuǎn)速是指作圓周運(yùn)動的物體在單位時間內(nèi)所轉(zhuǎn)過的圈數(shù) ,其大小及變化往往意味著機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的

6、正常與否 ,因此 ,轉(zhuǎn)速測量一直是工業(yè)領(lǐng)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(zhuǎn)速表 )、同步測速法 (如機(jī)械式或閃光式頻閃測速儀 )以及計(jì)數(shù)測速法。計(jì)數(shù)測速法又可分為機(jī)械式定時計(jì)數(shù)法和電子式定時計(jì)數(shù)法。對轉(zhuǎn)速的測量實(shí)際上是對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的周期脈沖信號的頻率進(jìn)行測量。</p><p>　　在頻率的工程測量中 ,電子式定時計(jì)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(jì)數(shù)被測信號的重復(fù)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(jì)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(jì)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(zhǔn)確度確定。</p><p>　　二、系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)</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(jìn)行放大和整形，在送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理轉(zhuǎn)換。</p><p>　　片機(jī)：對處理過的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速的實(shí)際值，送入LED</p><p>　　LED顯示：用來對所測量到的轉(zhuǎn)速進(jìn)行顯示。</p><p>　　2光電式轉(zhuǎn)速傳感器：</p><p>　　

10、光電式傳感器是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，再通過光電器件把光信號的變化轉(zhuǎn)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(yīng)快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。</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(zhuǎn)子由一直流調(diào)速電機(jī)驅(qū)動,可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的無級調(diào)速。轉(zhuǎn)速信號由光電傳感器拾取,使用時應(yīng)先在轉(zhuǎn)子上做好光電標(biāo)記,具體辦法可以是:將轉(zhuǎn)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(biāo)記,然后將光電傳感器(光電頭)固定在正對光電標(biāo)記的某一適當(dāng)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(qiáng)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(jī)89C51的相應(yīng)管腳上，通過89C51內(nèi)部定時/計(jì)時器T0、T1及相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)，組成一個數(shù)字式轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)</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(jì)數(shù)器使用，測量轉(zhuǎn)速和線速度.</p><p>　　2)采用密封結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)速傳感器，使用時通過連軸節(jié)與被測轉(zhuǎn)軸連接，當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，將轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，供二次儀表計(jì)數(shù)使用。</p><p>　　(1)輸出脈沖數(shù)：60脈沖（每一轉(zhuǎn)）</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(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　濾波電路</b></p><p>　　轉(zhuǎn)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(jìn)行放大處理，一般要放大至少1000倍（≥60dB），然后在進(jìn)行信號處理工作。信號放大裝置選用運(yùn)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(yùn)算電路如圖，設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)數(shù)時，常用的是+5V的脈沖信號。如果直接采用-5V的脈沖計(jì)數(shù)，會增加電路的復(fù)雜性，故一般不直接使用，而是先進(jìn)行二次整形。</p><p>　　第二次用三極管整形電路，當(dāng)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?fàn)顟B(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(dāng)?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(dǎo)通時的電阻很小，可以忽

19、略不計(jì)。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(guān)系是：信號為-5V時，U0=+12V；信號為+5V時，U0=0V。</p><p><b>　　3、單片機(jī)</b></p><p>　?。?）單片機(jī)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(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(jì)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(dāng)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(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)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(yàn)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(dāng)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(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(dāng)對外部八位

27、地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。 </p><p>　?。?）單片機(jī)程序流程圖</p><p><b>　　4、顯示設(shè)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(shè)計(jì)</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(jì)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(xué)，讓我們深

36、入了解了光電傳感器的原理及其應(yīng)用，提高了我們的創(chuàng)新能力，擴(kuò)展了我們的想象、設(shè)計(jì)能力。我們通過借鑒期刊、論文、報告，完成了此次研究性教學(xué)。雖然在設(shè)計(jì)和書寫過程中遇到了很多的問題，但是我們都努力突破。當(dāng)然，我們的設(shè)計(jì)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(shù)的改進(jìn)。但是，我們整個小組基本對此次研究性教學(xué)環(huán)節(jié)較為滿意。在學(xué)習(xí)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