1、專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)題目光電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量設(shè)計(jì)院系：自動(dòng)化學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)：小組成員：指導(dǎo)教師：日期：2012年10月8-2012年10月19.課程設(shè)計(jì)描述采用單片機(jī)、uln2003為主要器件，設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度開(kāi)環(huán)可調(diào)。.課程設(shè)計(jì)具體要求1、通過(guò)按鍵選擇速度；2、轉(zhuǎn)速測(cè)量顯示范圍為09999轉(zhuǎn)/秒3、檢測(cè)并顯小各檔速度。三.主要元器件實(shí)驗(yàn)板 （中號(hào)）1個(gè)步進(jìn)電機(jī)1個(gè)STC89C521個(gè)電容（30pF、10uF）各1個(gè)數(shù)碼管 （共陽(yáng)、四位一體）1個(gè)晶振（12MHZ1個(gè)小按鍵4個(gè)ULN20031個(gè)電阻發(fā)光二極管1個(gè)三極管（NPN4個(gè)排阻1個(gè)四.原理闡述4.14.1系統(tǒng)簡(jiǎn)述按照題給要求，我們

2、最終設(shè)計(jì)了如下的解決方案：用戶通過(guò)鍵盤(pán)鍵入控制指令（開(kāi)關(guān)），微控制器在收到指令后改變輸出的PWM波，最終在ULN2003勺驅(qū)動(dòng)下電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生改變。 通過(guò)ST151傳感器測(cè)量電機(jī)扇葉的旋轉(zhuǎn)情況，將轉(zhuǎn)速顯示在數(shù)碼管上。在程序主循環(huán)中實(shí)現(xiàn)按鍵掃描與轉(zhuǎn)速顯示，將定時(shí)器0作為計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)ST151產(chǎn)生的下降沿，可算出轉(zhuǎn)速，并送至數(shù)碼管顯示。設(shè)計(jì)思路：（1）利用光電開(kāi)關(guān)管做電機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)拾取元件，在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)圓盤(pán)，在圓盤(pán)上挖1小洞，小洞上下分別對(duì)應(yīng)著光發(fā)射和光接受開(kāi)關(guān)，圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈即光電管導(dǎo)通1次，利用此信號(hào)做為脈沖計(jì)數(shù)所需。（2）對(duì)光電開(kāi)關(guān)信號(hào)整流放大。（3）脈沖經(jīng)過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器和定時(shí)器

3、進(jìn)行計(jì)數(shù)和定時(shí)。（4）顯示電路采用單片機(jī)動(dòng)態(tài)顯示。情學(xué)番整股甩蹄ATS9C5ATS9C51 1LEDLED4.24.2轉(zhuǎn)速測(cè)量原理在此采用頻率測(cè)量法，其測(cè)量原理為，在固定的測(cè)量時(shí)間內(nèi)，計(jì)取轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)，從而算出實(shí)際轉(zhuǎn)速。設(shè)固定的測(cè)量時(shí)間為T(mén)c(min),計(jì)數(shù)器計(jì)取的脈沖個(gè)數(shù)m假定脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)輸出p個(gè)脈沖，對(duì)應(yīng)被測(cè)轉(zhuǎn)速為N(r/min),則f=pN/60Hz；另在測(cè)量時(shí)間Tc內(nèi)， 計(jì)取轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖個(gè)數(shù)m為m=Tcf,所以，當(dāng)測(cè)得mfi時(shí)，就可算出實(shí)際轉(zhuǎn)速值川：N=60m/pTc(r/min)(1)4.34.3轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)組成框圖系統(tǒng)由信號(hào)預(yù)處理電路、單片機(jī)STC89C5系統(tǒng)

4、化LED顯示模塊、串口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路和系統(tǒng)軟件組成。其中信號(hào)預(yù)處理電路包含信號(hào)放大、波形變換和波形整形。對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大的目的是降低對(duì)待測(cè)信號(hào)的幅度要求；波形變換和波形整形電路則用來(lái)將放大的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可與單片機(jī)匹配的TTL信號(hào)；通過(guò)對(duì)單片機(jī)的編程設(shè)置可使內(nèi)部定時(shí)器T0對(duì)輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣就能精確地算出加到T0引腳的單位時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到的脈沖數(shù)； 設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)速顯示部分采用價(jià)格低廉且使用方便的LED模塊，通過(guò)相關(guān)計(jì)算方法計(jì)算得到的轉(zhuǎn)速通過(guò)I2C總線放到E2PRO而儲(chǔ)，既節(jié)省了所需單片機(jī)的口線和外圍器件，同時(shí)也簡(jiǎn)化了顯示部分的軟件編程。系統(tǒng)的原理框圖如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)的原理框圖五.系統(tǒng)硬件電

5、路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件部分包含輸入模塊、顯示模塊、控制模塊、測(cè)速模塊等。在硬件搭建前，先通過(guò)ProteusPro7.5進(jìn)行硬件仿真實(shí)現(xiàn)。5.1脈沖產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)傳感器整形驅(qū)動(dòng)LM324設(shè)計(jì)采用了紅外光電傳感器，進(jìn)行非接觸式檢測(cè)。當(dāng)有物體擋在紅外光電發(fā)光二極管和高靈敏度的光電晶體管之間時(shí)，傳感器將會(huì)輸出一個(gè)低電平，而當(dāng)沒(méi)有物體擋在中間時(shí)則輸出為高電平，從而形成一個(gè)脈沖。系統(tǒng)在光電傳感器收發(fā)端問(wèn)加入電動(dòng)機(jī)，并在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝一轉(zhuǎn)盤(pán)。在這個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)的邊沿處挖出若干個(gè)圓形過(guò)孔，把傳感器的檢測(cè)部分放在圓孔的圓心位置。每當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)隨著后輪旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，傳感器將向外輸出若干個(gè)脈沖。把這些脈沖通過(guò)一系列的波形整形成單片機(jī)可

6、以識(shí)別的TTL電平，即可算出輪子即時(shí)的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)盤(pán)的圓孔的個(gè)數(shù)決定了測(cè)量的精度，個(gè)數(shù)越多，精度越高。這樣就可以在單位時(shí)間內(nèi)盡可能多地得到脈沖數(shù)，從而避免了因?yàn)閮蓚€(gè)過(guò)孔之間的距離過(guò)大，而正好在過(guò)孔之間或者是在下個(gè)過(guò)孔之前停止了，造成較大的誤差。設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)盤(pán)的圓孔的實(shí)際個(gè)數(shù)受到技術(shù)的限制。為了達(dá)到預(yù)定的效果設(shè)計(jì)在轉(zhuǎn)盤(pán)過(guò)孔的設(shè)計(jì)上采用11個(gè)過(guò)孔，從而留下了10個(gè)同等的間距。這樣在以后的軟件設(shè)計(jì)中能夠較為方便的計(jì)算出脈沖頻率。脈沖發(fā)生源的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。5.2光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)由于系統(tǒng)需要將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，因而需要使用光電傳感器并設(shè)計(jì)相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路，以得到符合要求的脈沖信號(hào)，送給

7、單片機(jī)STC89C5進(jìn)行計(jì)數(shù)，同時(shí)得到計(jì)數(shù)的時(shí)間，由單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算以得到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。傳感器將電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)LM32磔成運(yùn)放整形驅(qū)動(dòng)，送到單片機(jī)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，從而測(cè)出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。光電轉(zhuǎn)換部分與單片機(jī)的連接框圖如圖3.2所示圖3.1脈沖發(fā)生源硬件結(jié)構(gòu)圖（左為正視圖，右為側(cè)視圖）計(jì)數(shù)脈沖STC89C51圖3.2光電轉(zhuǎn)換部分與單片機(jī)的連接框圖5.3時(shí)鐘電路系統(tǒng)采用12M晶振與兩個(gè)30pF電容組成震蕩電路，接STC89C52勺XTAL1與XTAL2引腳，為微控制器提供時(shí)鐘源5.5顯示部分5.4按鍵電路四個(gè)按鍵分別控制電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速，即控制PW峨高電平的占空比，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)

8、的速度控制，采用開(kāi)環(huán)控制方法，不是十分精確，但控制簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，代碼編寫(xiě)簡(jiǎn)單。1234P1.0P1.1P1.2P1.3P14P15P16P1.7AT89c51RP1.RESFACk：,i,ii品TEXT熱PO.O/ADOPPO.O/ADOPO.1I/AD1O.1I/AD1PO3MgPO3Mg陽(yáng)百旭D5PO6/AD0PD5PO6/AD0P07/AD707/AD7PZQABPZQABPZ.UASiPPZ.UASiPZWFMQP2.3/ZWFMQP2.3/A11P2#A12PA11P2#A12P2.5/A13F2.2.5/A13F2.6/A14P2.7/6/A14P2.7/A15A15P3.D/RX

9、DPP3.D/RXDP3.13.1/TXD/TXDP3.P3.2/INT0P3.32/INT0P3.3/INT1/INT1P3.4/TDP3.4/TDP3.5/T1P3.5/T1系統(tǒng)采用4位共陰極數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速顯示。數(shù)碼管的位選端14分別接STC89C52勺P2.0P2.3管腳，端選段AG與DP分另接STC89C52勺P0.0P0.7管腳。需要說(shuō)明的是：實(shí)際焊接電路時(shí)，數(shù)碼管的位選端需要焊接三極管，否則數(shù)碼管顯示亮度將會(huì)非常暗。5.6電機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)部分電機(jī)的運(yùn)行通過(guò)PWMa空制。PW瞰通過(guò)STC89C52勺P2.4口輸出。P2.3/A1I1P2.4/A12P2.5/A13P2.6ZA14P2.

10、7/A15P2.7/A15FS.O/RXDP3.1/TXDP3.2/INTOP3.3/INT1P3,i4/TOP3,i4/TOP3.P3.g/T1g/T1P3.S/WRP3.P3.S/WRP3.13131515仃7/RD7/RD說(shuō)明：測(cè)速部分用的是Motro-encode電機(jī)，實(shí)際用ST151實(shí)現(xiàn)測(cè)速，焊接電路如下圖：vcc其中R1=510Q,R2=4.7KQST內(nèi)部電路：18.6底視圖內(nèi)部電路5.7其他電路復(fù)位電路如下所示：2-03.5以圖(Z)PSPSALEAEA30pF30pF- -TE.4X1.CRYSTALCRYSTAL3030pF,TEXT；: :U1U116XTXT完整仿真電路圖

11、:六、軟件部分設(shè)計(jì)讀P1口取反后取有效按鍵位ISISXTMZXTMZra.mwi也聲阻印 舉 口ra,t司 牙 s匐 后 卻H.TflWRP1炳股解噓謠舊平舊程muFZ.tfMmuFZ.tfMZrzsraofZrzsraofijfiranFijfiranF2.TrtS2.TrtSP3HMPUMP3HMPUMpaaTmpaaTm”= =rmrmP3VTDPi5P3VTDPi5mpjjSni1mpjjSni13.TiTO3.TiTO尋一*一ouna!x:*cKMEU;返回延遲10ms防抖相應(yīng)項(xiàng)目值的設(shè)定系統(tǒng)軟件采用Keil集成開(kāi)發(fā)環(huán)境開(kāi)發(fā)程序代碼如下(帶注釋)：#includesbitP2_0=P

12、2A0;/數(shù)碼管選定位sbitP2_1=P2A1；sbitP2_2=P2A2;sbitP2_3=P2A3;sbitP2_4=P2A4;/電機(jī)控制位sbitkeysp0=P1A0;/電機(jī)轉(zhuǎn)速為0的控制鍵sbitkeysp30=P1A1;/電機(jī)轉(zhuǎn)速為30的控制鍵sbitkeysp60=P1A2;/電機(jī)轉(zhuǎn)速為60的控制鍵sbitkeysp100=P1A3;/電機(jī)轉(zhuǎn)速為100的控制鍵unsignedcharcodetable=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90,0 x88,0 x83,0 xc6,0 xa1,0 x86

13、,0 x8e;unsignedintmotorspeed;/電機(jī)轉(zhuǎn)速u(mài)nsignedcharGE,SHI,BAI,QIAN;/電機(jī)轉(zhuǎn)速motorspeed的各個(gè)位unsignedintcounter=0;/光電傳感器脈沖數(shù)unsignedintpwm;/pwm占空比unsignedintmid;/占空比設(shè)置值unsignedintcalsp;/設(shè)定多長(zhǎng)時(shí)間計(jì)算一次速度voiddisplay();/數(shù)碼管顯示電機(jī)速度9voiddelay();/延遲函數(shù)voidcontrolpwm();/控制電機(jī)占空比voidcalspeed();計(jì)算電機(jī)速度，放于motorspeed變量中voidkeyscan

14、();/按鍵掃描voidmain()P2=P2&0 x0f;mid=0;EA=1;開(kāi)啟總中斷EX0=1;/開(kāi)啟外部中斷0IT0=1;/設(shè)置成下降沿觸發(fā)方式TMOD=0 x01;/設(shè)置定時(shí)器0為模式1,即16位計(jì)數(shù)模式TH0=(65536-10000)/256;/計(jì)數(shù)時(shí)間為10msTL0=(65536-10000)%256;ET0=1;開(kāi)啟定時(shí)器0中斷TR0=1;啟動(dòng)定時(shí)器0while(1)keyscan();display();controlpwm();calspeed();voidkeyscan()/鍵盤(pán)掃描if(keysp0=0)delay();/延遲防止抖動(dòng)if(keysp0=0

15、)mid=0;if(keysp30=0)delay();if(keysp30=0)mid=1;if(keysp60=0)10delay();if(keysp60=0)mid=3;)if(keysp100=0)(delay();if(keysp100=0)mid=5;)voidcalspeed()(if(calsp=100)/100*10ms=1s計(jì)算一次電機(jī)轉(zhuǎn)速(motorspeed=counter/3;/轉(zhuǎn)的圈數(shù)除以時(shí)間counter=0;/清零脈沖數(shù)calsp=0;/清零標(biāo)志)voidcontrolpwm()(if(pwm=0&pwm=mid&pwm10)(P2_4=0;/

16、電機(jī)不加速)elsepwm=0;)void_TIMER0()interrupt1(.TH0=(65536-10000)/256;/重新裝入初值，計(jì)數(shù)時(shí)間為T(mén)L0=(65536-10000)%256;pwm+;calsp+;1110msvoid_INT0()interrupt0counter+;/接受脈沖數(shù))voiddisplay。/數(shù)碼管顯示函數(shù)GE=motorspeed%10;SHI=motorspeed/10%10;BAI=motorspeed/100%10;QIAN=motorspeed/1000%10;P2_0=0;P0=tableQIAN;delay();P0=0 xff;P2_0=

17、1;P2_1=0;P0=tableBAI;delay();P0=0 xff;P2_1=1;P2_2=0;P0=tableSHI;delay();P0=0 xff;P2_2=1;P2_3=0;P0=tableGE;delay();P0=0 xff;P2_3=1;)voiddelay()/延遲函數(shù)unsignedchari=10;while(i-);)12七.系統(tǒng)測(cè)試測(cè)試方案：測(cè)試包含仿真測(cè)試和硬件測(cè)試兩個(gè)部分。仿真測(cè)試指使用ProteusPro7.5對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真測(cè)試。主要測(cè)試系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證程序邏輯的正確性。硬件測(cè)試指系統(tǒng)搭建后對(duì)硬件電氣性能的測(cè)試。 主要測(cè)試各功能的完整性可靠性，以及系統(tǒng)

18、電氣性能的穩(wěn)定性。測(cè)試工具為示波器萬(wàn)用表等。仿真測(cè)試結(jié)果：真測(cè)試中，系統(tǒng)運(yùn)行正常，程序邏輯正確。按鍵輸入正常、數(shù)碼管顯示正確。P2.4管腳間輸出PW快正常。硬件測(cè)試結(jié)果：系統(tǒng)硬件搭建完畢后，進(jìn)行硬件測(cè)試。系統(tǒng)加電后，振蕩電路正常起振，STC89C52S時(shí)鐘源電路的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行正常。系統(tǒng)可在復(fù)位電路的作用下正常復(fù)位。系統(tǒng)按鍵輸入正常，并能夠正確消除抖動(dòng)。系統(tǒng)PW械輸出正常。將示波器接STC89C52勺P2.4管腳，可觀察到峰峰值5V左右的方波，頻率與調(diào)速要求一致。ST151傳感器測(cè)量正常。數(shù)碼管轉(zhuǎn)速顯示正常，數(shù)碼管可正確顯示并正確顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速。八.設(shè)計(jì)中的問(wèn)題分析1、在最初的設(shè)計(jì)電路時(shí)中沒(méi)有使用采用硬件消抖的方式來(lái)避免三個(gè)按鍵按下時(shí)帶來(lái)的不穩(wěn)定信號(hào)，錄入數(shù)據(jù)往往出錯(cuò)，后來(lái)使用軟件消抖來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，但是由于按鍵復(fù)用程度比較高，因此軟件消抖浪費(fèi)了不少一部分系統(tǒng)資源，后來(lái)采用RC電路硬件消抖比較完美的解決了這個(gè)問(wèn)題。2、在硬件調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)某些零件不靈的情況，根據(jù)已經(jīng)畫(huà)好的電路圖使用外用表可以很快的查找到問(wèn)題的所在。