1、目錄目錄 1 1 引言引言.1 2 2 系統實現系統實現.2 3 3 硬件設計硬件設計.2 3.1 方案實現原理.2 3.2 硬件設計框圖.3 3.3 硬件電路原理圖.4 3.4 槽型光電傳感器 ITR8402.4 3.5 ISP 下載口.5 3.6 電源電路.5 3.7 脈沖信號完成電路.5 3.8 單片機控制系統電路.6 3.9 超速報警電路.7 3.10 PCB 連線.8 4 4 程序設程序設計計.8 4.1 程序設計思路.9 4.2 系統程序.10 5 5 設計總結設計總結.14 參考文獻參考文獻.15 致謝致謝.16 附錄附錄.17 智能型電機轉速測定儀設計智能型電機轉速測定儀設計

2、摘要摘要：本文詳細介紹了一種基于單片機的智能型電機轉速測定儀的設計。該設計以 at89s52 單片機作為主控核心，與光電傳感器、LED 數碼管、蜂鳴器等構成硬件操作，再利 用 C 語言編程，最終完成電機轉速測定儀的設計。本文詳細闡述了如何利用光電傳感器實 現電機轉速的信號接受，運用單片機單片機 at89s52 對脈沖信號進行處理計算，然后通過 數碼顯示管顯示出來。 關鍵詞關鍵詞：測速；光電傳感器；at89s52 單片機最小系統；電機；數碼管； Intelligent Motor Speed Cryoscope Design Dengqiuling Information Science and

3、 Technology school, Zhanjiang Normal University, Zhanjiang , Abstract: This paper introduces a kind of intelligent motor speed based on single chip design of the HSP. This design as the core, at89s52 SCM control with photoelectric sensors, LED digital tube, hardware composition, etc, buzzer reusing

4、the C programming language, and finally finished the design of motor speed tester. This paper expounds how to realize the motor speed by photoelectric sensor signal by monolithic integrated circuit at89s52 SCM, on the pulse signal processing, and then calculated by XianShiGuan digital display. Keywo

5、rds: speed; Photoelectric sensor; At89s52 SCM system of minimum; Motor; Digital tube; 1 1 引言引言 近年來，隨著電力電子技術、計算機技術及控制技術等的快速發展，伺服 驅動系統不斷朝著數字化、智能化方向發展.要滿足高性能伺服驅動系統高精度、 高可靠性等要求，轉速控制是實現的關鍵環節.如何獲得電動機精確的轉速信號 以實現轉速的高精度控制，就成了單片機控制電機測度的一個突出的問題之一。 在電動機的調速系統中，在電動機的轉軸上安裝測速發電機或光電編碼盤 等測速裝置，利用電機中的轉子位置傳感器所產生的脈沖信號來反映

6、它的轉速。 通常所用的位置傳感器有霍爾傳感器和光電式傳感器。霍爾傳感器具有結構簡 單緊湊、靈敏度高，傳送過程無抖動現象，頻率響應寬、壽命長等優點。但霍 爾傳感器存在一定程度的磁不敏感區，會降低電機運行的可靠性，且對安裝位 置要求精確，因此安裝調試比較復雜，如要用于產品開發，會間接增加開發成 本。光電式傳感器是利用光電元件，對帶有糟口（或柵）的旋轉圓盤的位置進 行通斷信號變化的接收，產生一系列反映轉子位置的脈沖信號。其檢測分辨率 高，適用于檢測各種一般電動機。因為光電傳傳感器性能比較穩定，這在應用 中是相當重要的。 本設計介紹利用光電傳感器模塊來測定電機轉速的方法。相對于傳統的方 法而言，該方法

7、將大大降低成本，其性能穩定，器件體積小，適用于進行各種 電機測速。 2 系統實現系統實現 本系統利用光電傳感器和單片機相結合，運用了編碼盤不停的切割光電傳 感器產生一連串的脈沖，編碼管裝在電機上，當電機轉動的時候，編碼管就回 切割光電傳感器，產生信號，然后經過比較器產生一連串的脈沖信號，脈沖信 號通過單片機 at89s52T1 計數管腳輸入，單片機對脈沖進行計數，再通過算法 把計到的脈沖數轉為速度。 因為本設計是針對電機轉速測定，所以報警電路是必需。通過程序的編寫 和外部電路設定，共同完成了本測定儀的報警系統。外部超速報警電路按鍵是 用于設定額定速度值,每按一次單片機內部自加 1,并在數碼管中

8、顯示。通過外 部按鍵設定超速額定值,這便于本電機轉速測定儀更智能化,更便利化。 3 3 硬件設計硬件設計 3.13.1 方案實現原理方案實現原理 光電傳感器是選用機械鼠標里面的對射式的光電傳感器。它的工作原理是： 當接收管接收到來自發射管的信號時，接收管就導通，沒接到信號時，接收管 就截止。利用它的這一特性，可以用一編碼盤不停的切割光電對管，利用光電 對管的特性產生一連串的脈沖，編碼盤就利用鼠標里面現成的。編碼盤裝在電 機上，電機轉動后，編碼盤就不停的切割光電對管。從而產生一定頻率的方波, 由于這樣直接產生的方波電壓比較小，不能被單片機的計數引腳直接識別。因 此直接產生的方波經過一個比較器產生

9、一個五伏左右的方波，該方波信號被單 片機的計數管腳 T1 接收，利用另一定時器定一中斷周期，然后處理這一周期內 接收到的脈沖次數，通過計算便可得出電機的轉速.編碼盤有十個孔，編碼盤轉 動一圈能夠產生 10 個脈沖，精度達到 0.1r/s，如果想要提高測速的精度，只 需改變編碼盤上的孔數即可。 3.23.2 硬件設計框圖硬件設計框圖 單片機單片機 控制系統控制系統 電源電源 脈沖信號脈沖信號 完成完成 外部信號外部信號 輸入輸入 數碼管顯數碼管顯 示示 圖圖 3-13-1 硬件設計框圖硬件設計框圖 如圖 3-2 的硬件電路原理圖所示,本硬件設計的電路過程如下:接通電源,裝 在電機的編碼管切割光電

10、傳感器得到信號,信號經比較器得到一個脈沖信號,脈 沖信號通過 T1 腳輸入單片機內,單片機進行計算、處理，在數碼管中顯示。如 電機轉速超過報警電路額定值，報警電路進行報警。 3.33.3 單片機單片機 89s5289s52 功能特性功能特性 圖圖 3-23-2 單片機單片機 89s5289s52 引腳圖引腳圖 如圖 3-2 所示，單片機 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器， 具有 8K 在系統可編程 Flash 存儲器.使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器 技術制造，與工業 80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲 器在系統可編程，亦適

11、于常規編程器.在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在 系統可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超 有效的解決方案。 3.43.4 槽型槽型光電傳感器光電傳感器 ITR8402ITR8402 圖圖 3-33-3 槽型槽型光電傳感器光電傳感器 ITR8402ITR8402 如圖 3-3 所示是槽型光電傳感器 ITR8402，此光電傳感器把一個光發射器 和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側。發光器能發出紅外光或可見光，在 無阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過時，光被遮擋，光 電開關便動作。輸出一個開關控制信號，切斷或接通負載電流，從而完

12、成一次 控制動作。槽形開關的檢測距離因為受整體結構的限制一般只有幾厘米。光電 傳感器裝載電機上，從電路板引出導線與其連接，當編碼盤切割光電傳感器的 時候，其信號就可通過導線傳到比較器，從而形成脈沖信號。光電傳感器是效 率最高、最可靠的檢測裝置。在現代電子領域中傳感器是獲取信息的工具，它 涉及整個科學技術、國防、航空、航天、交通運輸、能源、機械、石油、化工、 輕工、紡織等工業部門和環境保護、生物醫學工程等和日常生活的各個領域， 是現代信息技術的重要支柱技術之一。 3.53.5 ISPISP 下載口下載口 圖 3-4 所示的是 ISP 下載口，運用 ISP 下載口將程序下載在 89s52 大單片

13、機中，實現對射式光電傳感器與速度轉換的計算。ISP 下載口的 1、7、9 腳分 別與單片機 P1.5、P1.6 和 P1.7 連接，實現單片機程序下載完成，5 腳接單片 機的 RET 腳，這是復位鍵，實現復位使用.5V 電源是供電給下載口。 圖圖 3-43-4 ISPISP 下載口下載口 3.63.6 電源電路電源電路 圖 3-5 所示是電源電路，電源部分為整個電路提供穩定的 5 伏直流電，使 整個電路能正常工作。電源部分包括一個由四個二極管組成的整流管對電流起 到整流作用，C01、C02、C03 和 C04 在電路中起到濾波、加強負載的作用。 圖圖 3-53-5 電源部分電源部分 3.73.

14、7 脈沖信號完成電路脈沖信號完成電路 編碼管裝在電機上，當電機轉動時，編碼管就不斷對光電傳感器的光電對 管進行切割得到電機轉速信號，電機轉速信號通過比較器后得到一個脈沖信號， 脈沖信號輸入單片機 T1 腳，在單片機中進行處理、計算。脈沖信號生成電路中 的 RW1 電位器是用于調定圖中比較器 1 腳的電壓，使轉速信號轉為脈沖信號， 如圖 3-5 所示。 圖圖 3-63-6 脈沖信號生成電路脈沖信號生成電路 3.83.8 單片機控制系統電路單片機控制系統電路 脈沖信號通過 T1 腳輸入單片機 89s52，經過單片機的內部程序處理，將脈 沖信號轉變為速度在共陰數碼管顯示。單片機 X1 腳和 X2 腳

15、連接的時起振電路， P2.6 腳連接本設計的報警電路，當輸入的電機轉速超過設定的速度時，P2.6 腳 就會發出信號令報警電路鳴響。當脈沖信號輸入，單片機對脈沖信號進行處理、 計算，然后通過 PO 口輸出，在數碼管中顯示 RET 腳連接的是復位電路，當按鍵 按下的時候，單片機復位，如圖 3-7 所示。 圖圖 3-83-8 單片機控制系統電路單片機控制系統電路 3.93.9 超速報警電路超速報警電路 圖 3-8 所示的是超速報警電路，該電路用于電機速度超過本電路設定速度 的時候進行報警，圖中的 Q9013 三極管用于報警電路的開關，該三極管是 PNP 管，低電平有效。當輸入為低電平的時候，三極管處

16、于飽和導通狀態，報警器 鳴響，BEEP 是報警器。當測到的速度大于設定的額定速度值時，報警器就會鳴 響，這時就知道電機的轉速超過了設定的速度。圖中的 P2.6 是連接單片機 P2.6 腳，超速信號從 P2.6 腳輸出，經過 Q9013 三極管到蜂鳴器，報警器鳴響。 圖圖 3-83-8 報警電路報警電路 3.103.10 PCBPCB 連線連線 圖圖 3-93-9 智能型電機轉速測定儀智能型電機轉速測定儀 PCBPCB 電路電路 4 4 程序設計程序設計 4.14.1 程序設計思路程序設計思路 本程序使用 C 語言進行編程，首先設定初始值為 50ms，信號進入的中斷時 間為 50ms，計數 20

17、 次即為 1s.因為使用 T1 腳的外部中斷功能，只有脈沖信號 進入單片機時，單片機才進行計算。脈沖信號進入單片機，單片機內部的程序 運用 zhuansu=(TL1+256*TH1)/50 公式進行計算出此時的電機轉速.此時電機的 速度，將數據 p0 腳輸出，共陰數碼管顯示，如果電機的轉速超過報警電路設定 的速度，那么報警器就會響，超速的速度通過數碼管顯示出來。報警電路的速 度額定值是運用外部設定，單片機內部只要設定自加 1 程序，根據外部報警電 路的指示進行額定值設定。此次設計電機轉速測定儀的程序采用的是 C 程序設 計，程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此之間也是相互獨立的。這種結 構化

18、方式可使程序層次清晰, 便于使用、維護以及調試。圖 4-1 就是本次程序 設計的流程框圖，其清楚地表明本次程序設計的思路和步驟。 N N Y Y Y Y N N N N 圖圖 4-1 軟件設計流程圖軟件設計流程圖 設初值為 50ms 讀出計算的脈沖數 計數 1s 時間? 開始 計算出轉速 報警 顯示 超速 4.24.2 系統程序系統程序 #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit p26=P26; /百位 sbit p25=P25; /十位 sbit p24=P24; /個位 sbit

19、 p20=P20 ; sbit p21=P21; sbit p22=P22; sbit beep=P23; void delay(uchar n); void key_s1(void) ; void key_s2(void) ; void key_s3(void) ; void xianshi1(); void xianshi2(); void chuli(uint m); void beeping(unsigned char t); uchar dop; /標志位 uchar cishu; char temp1=60; uchar status_flag; unsigned char bai

20、,shi,ge; uint l,cmp; uchar a10=0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F; uint zhuansu; void delay(uchar n) uint i,j; for(i=0;in;i+) for(j=0;j121;j+) ; void key_s1(void) uint i; p20=1; if(p20=0) temp1+; for(i=0;i50;i+) xianshi2(); void key_s2(void) uint i; p21=1; if(p21=0) temp1-; for(i=0;i1

21、) status_flag=0; if(status_flag=0) for(i=0;i15;i+) xianshi1(); if(status_flag=1) for(i=0;i0;t-) beep=!beep; for (bmp=0;bmp100;bmp+) xianshi1(); main() beep=0; xianshi1(); TMOD=0 x51;/T0 工作在定時器方式，操作模式 1，T1 工作在計數方式操作模 式 1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; TH1=0;/T1 自動計算輸入脈沖的值 TL1=0; ET0=1;

22、/允許定時器 0 溢出中斷 TR0=1;/ 定時器 0 運行 ET1=1;/允許計數器 1 溢出中斷 TR1=1;/計數器 1 運行 EA=1; while(1) key_s3(); switch(status_flag) case 1: key_s1(); key_s2(); for(l=0;ltemp1) beeping(4); chuli(cmp); xianshi1(); break; default: break; 5 5 設計總結設計總結及展望及展望 本次設計從 3 月上旬到 5 月中旬這段時間進行的，在這段時間內，通過自 身的努力、指導老師和同學們的幫助，設計任務還是順利完成的,

23、實現了電機轉 速測定 。通過此次的設計，讓我更加鞏固 C 語言編程和 protel 的應用，而且 很擴展了相關電子的知識。這一切成果都是在本次設計中收獲的.第一點是我制 作電路板的時候遇到了很多的問題，例如：protel 的模擬調試常常無法調試正 確，PCB 連線圖出現了不少跳線等一些問題。不過我不灰心，也得到了大家的 幫助，最終把硬件的原理圖完成了，并把電路板制作出來。第二點就是在程序 編寫和調試中，出現了超速而無法報警，復位電路無法工作，晶振無法起振等 一些問題，這非常讓人苦惱，但是經過劉老師和同學們的幫助，目前問題都一 一解決了。 在本次設計中讓我更加掌握了 C 語言和 protel 的

24、知識，更讓我熟悉了相關 元件的一些功能和特性，例如 at89s52 芯片的應用，光電傳感器的特性，穩壓 管的特點等一些元件的使用。 經過不斷努力，在設計的時間段內完成論文和產品設計。產品硬件的檢測、 硬件和軟件的調試，論文書面稿都在設計時間內完成。由于時間的限制，本設 計還存在許多值得研究和改進的地方，例如：本設計是通過編碼盤切割光電傳 感器而進行的電機測速，其精確度和數字化程度還有待改進，目前本電機轉速 測定儀無法準確精細、快速地測出電機速度，結果顯示存在一定的誤差。電機 轉速的超速設定值是通過外部按鍵設定的，雖然可根據情況而設定其額定值， 但具有一定的不便性。今后必將努力學習相關的電子知識

25、，對本設計的不足加 以改進。 參考文獻參考文獻 1 高有堂.設計與實戰指導M .武漢：電子工業出版社，1999.8：25-86. 2 鞠劍平.C 語言程序設計教程M.武漢：華中科技大學出版社， 2004.3：19-23. 3 顧斌、趙偉軍、王泰.單片機微計算機原理、開發及應用M.北京：高等教 育出版社，2000.6：97-104. 4 譚浩強.C 語言程序設計M.清華大學出版社，1995.9：18-89. 5 劉南平電子產品設計與制作技術M.北京：北京科學出版社， 2006.7：85-95. 6 趙承利.Protel DXP 電路設計基礎案例篇M.北京：北京中國鐵道出 版社.2000：27-3

26、6. 7 范力旻單片機原理及應用技術M.北京：電子工業出版社，2009.9:59- 95. 8 張洪潤, 朱博, 馬鳴鶴編著 單片機應用技術教程M.北京：清華大學出 版社，2009.9：02-46. 9 高平主編電子裝備設計技術M.西安：西安電子科技大學出版社， 2009.10:86-159. 致謝致謝 在此，要感謝我的指導老師劉如軍老師！感謝他在百忙之中抽空幫忙解決 問題，指導我完成硬件的測試，使我對課題的研究不斷得到深入，系統設計不 斷得到完善。同時也對關心我、幫助過我的老師和同學表示真誠的感謝！ 附錄附錄 硬件電路原理圖：硬件電路原理圖： 123456 A B C D 654321 D

27、C B A Title NumberRevisionSize B Date:21-May-2010Sheet of File:E:測測測測2.ddbDrawn By: A 1 K 2 C 3 E 4 guangdianchuanganqi R4 50K R3 1K R5 10K Rw1 10k C5 0.01uF IN- 2 IN+ 3 OUT 1 V+ 4 V- 11 bijiaoqi Vin 1 GND 2 Vout 3 7805 C2 104 C4 104 C1 2200u/16v C3 1000u/16v P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5

28、6 P1.6 7 P1.7 8 RET 9 RXT 10 TXT 11 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 WR 16 RD 17 X2 18 X1 19 GND 20 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE 30 EA/VPP 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 VCC 40 P2.0 21 89S52 89S52 C8 30P C7 30P YY 12M R7 10K C6 10

29、U/16VS4 P10 +5V +5V +5V LED2 LED1 LED3 A 1 a 2 f 3 B 4 C 5 b 6 e 7 d 8 p 9 c 10 g 11 D 12 LE58 a a b b c c d d e e f f g g p p LED1 LED2 LED3 +5Vp15 ret ret p16 p17 p16 p17 R1 1k +5V 12 34 56 78 910 XIAZAI XIAZAI t1 t1 R8 1k R9 1k R10 1k R11 1k R12 1k R13 1k R14 1k R15 1k +5V 1 2 3 4 qiaodui * p15 S1 S2 S3 Q1 9013 R17 1K P26 P26 BEEP +5V 1 1 2 2 D2 1 2 3 J1 tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs5