电机转速测量系统设计光电传感器课程设计报告

题目电机转速测量系统设计（光电转速

1、传感器）《传感器原理与应用》课程设计院校专业姓名学号班级指导老师:二一六年六月0红外传感器是运用红外线的物理性质来进行测量的传感器，为反射式红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，反映快等优点但红外线的发射、接受不好控制，并且容易受到外界光线和环境的干扰方案二采用霍尔传感器霍尔传感器是根据霍尔效应原理制成的霍尔元件传感器的定子上有2个互相垂直的绕组A和B,在绕组的中心线上粘有霍尔片HA和HB,转子为永久磁钢，霍尔元件HA和HB的激励电机分别与绕组A和B相连，它们的霍尔电极串联后作为传感器的输出采用霍尔传感器在信号采样的时图1霍尔转速传感器结构图候，会出现采样不精确，由于它是靠磁性感应才采集脉冲的，使用时间久了会出现磁性变小，影响脉冲的采样精度方案三采用光电传感器光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号也尔比1牛的变化来实现控制的光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为发送器、接受器和检测电路发送器对准目的发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管LED、激光二极管及红外发射二极管光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度接受器有光电二极管、光电三极管、光电池组成在接受器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号此外，光电开关的结构元件中尚有发射板和光导纤维三角反射板是结构牢固的发射装置它由很小的三角锥体反射材料组成，可以使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义图2光电传感器原理示意图综合以上3种方案，选择方案三显示模块方案一用数码管动态显示，可以显示数字，但显示的内容有限，接线繁多,且不能连续显示字符，有一定局限性方案二采用LED点阵显示，能动态扫描，变换颜色，但体积比较大，需要很多点阵组合使用，显示较为繁琐，但需要的I/O资源较多，影响总体布局方案三采用LCD液晶显示，显示内容最丰富，不仅编程灵活，显示可靠,并且电路简朴，易与单片机连接，明亮对比度可调，显示非常清楚，是一种非常好的方案综合以上，选择方案三

3.2方案描述本设计重要用STC89C52单片机作为控制核心，由光电传感器、LCD动态显示屏构成STC89c52单片机接受光电传感器传来的脉冲信号，单片机根据外部中断，以及内部定期器进行记数计算出电忡速送到T|CD显示，使能实时读出电机的转速I光电传感器信号n图3系统总体方框图第四章系统理论分析与计算

4.1信号采集电路的分析T1T1R41k--TEKTR

2.600•.TEXT采集光信号的电路原理图如图4所示:图4采集光信号的电路原理图在图中，U3为槽型光耦，它的左端是发光二极管，由于发光二极管的驱动电流为5〜20mA,所以设立R2的值为500Q,同理设立，光电接受晶体管的下拉电阻即R3为10KQoU3光耦的输出端用三极管进行电压放大5，为使T1输出的电平为TTL电平，将R5和R4的2DP.TQCDUPLER-NPN阻值设定为1KQ TEXT该部分设计采用了红外光电传感器，进行非接触式检测当有物体挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时，传感器将会输出一个低电平，而当没有物体挡在中间时，则输出高电平，从而形成一个脉冲系统在光电传感器收发端之间加上电动机，并在电动机转轴上安装一转盘在这个转盘的边沿处挖若干个圆形通光孔，把传感器的检测部分放在圆孔的圆心位置每当转盘旋转时，传感器将输出若干个脉冲把这些脉冲通过放大整形成单片机可以辨认的TTL电平，即可计算出轮子的转速目录第一章《传感器原理与应用》课程设计任务书

1.2总任务

1.3设计题目

1.4设计内容

1.5设计进度或计划

1.6设计说明书涉及的重要内容第二章系统介名第三章系统设计方案

3.1方案的设计与选择

3.

1.1转速测量的方法

3.

1.2整体控制方式

3.

1.3传感器模块11第四章系统理论分析与计算

133.2方案描述4」信号采集电路的分析

155.

155.

185.

1.1总规定课设题目尽量侧重于传感器检测模块设计，重要是绘制系统原理图、制作传感部分前端电路、实验调试及分析、撰写实验报告等电路图传感检测/接口电路/控制电路、单片机检测系统电路（若题目规定,则应加上）程序主程序、部分子程序（若题目规定，则应加上）说明书按规范撰写

1.2总任务针对总规定进行原理及方案论证、模块设计、接口电路设计、焊接或插接与调试、精度分析以及撰写报告等工作

1.3设计题目电机转速测量系统设计

1.4设计内容实现所有规定的实物功能，性能稳定，外形美观

1.5设计进度或计划

1、准备及查阅资料一天

2、方案设计及论证（总体方案）二天

3、硬件设计三天

4、程序设计三天

5、实验室调试及结果分析二天

6、整理报告及准备答辩三天

1.6设计说明书涉及的重要内容

1、封面

2、目录

3、设计任务书

4、正文（可按下列内容撰写、仅供参考）

（1）摘要可涉及系统工作原理的介绍等

（2）方案设计及论证可按模块进行方案设计与论证，各模块设计中应涉及适当的精度分析及选型等

（3）实验或系统调试可涉及实验调试工具仪器、实验结果及适当的分析等

（4）心得体会

（5）重要参考文献第二章系统介绍转速的测量原理有两种对于较高的转速，记录单位时间内的转速或角度，即频率测量法；对于较低的转速，记录每转所用的时间或没特定角度多用的时间，即周期测量法由于本系统测量对象为直流电动机，转速较高，所以选择频率测量法，即在固定的测量时间内，对传感器产生的脉冲进行计数，从而算出实际转速假设测量时间为Tc min,脉冲个数为R光码盘的小孔个数为处则可算出实际转速Nr/min为N=60xn/PxTc当采样周期为Is,光码盘开孔数为4个时，其实际转速N为N=60x P/4本设计中采用光电传感器采集信号，方便了信号的采集，也提高了测量的精度，但容易受外界光线和环境的干扰，编码盘与电机转轴的固定连接，都是本设计的难点用1602LCD的数码管以动态扫描清楚的显示了实时的转速，程序的编写成了本设计的重点第三章系统设计方案本系统重要由单片机模块、传感器模块以及显示模块组成，下面分别论述这几个模块的选择

3.1方案的设计与选择

3.

1.1转速测量的方法方案一测周期法T法它是测量光电脉冲发生器所产生的相邻两个转速脉冲信号的时间来拟定转速相邻两个转速脉冲信号时间的测量是采用对已知高频脉冲信号进行计数来实现的在极端情况下，时间的测量会产生±1个高频脉冲周期，因此T法在被测转速较低（相邻两个转速脉冲信号时间较大）时，才有较高的测量精度，所以T法适合于低速测量方案二测频法（M法）在规定的检测时间内，检测光电脉冲发生器所产生的脉冲信号的个数来拟定转速虽然检测时间一定，但检测的起止时间具有随机性，因此M法测量转速在极端情况下会产生土1个转速脉冲的误差当被测转速较高或电机转动一圈发出的转速脉冲信号的个数较大时，才有较高的测量精度，因此M法适合于高速测量方案三频率/周期法（M/T法）它是同时测量检测时间和在此检测时间内光电脉冲发生器所产生的转速脉冲信号的个数来拟定转速由于同时对两种脉冲信号进行计数，因此只要“同时性”解决得当,M/T法在高速和低速时都具有较高的测速精度由于M/T法可在整个速度范围内获得高分辨率，可在不损失精度和分辨率的前提下获得快速响应由于这次使用的是小马达，所以我选择使用方案二，测频法

3.

1.2整体控制方式方案一采用集成电路控制方式光电传感器感受到光信号并转换成电信号，此时的电信号为模拟信号，经信号解决电路滤除干扰，并转换成能被计数器接受的方波信号或脉冲信号，再通过计数、译码、显示电路，由数码管显示转速可实现功能，但电路较复杂，系统调试也较繁杂方案二采用单片机模块控制方式单片机模块接受脉冲信号，进行计数、解决，把数据传送给LCD显示模块,达成实时检测和反馈的功能基于单片机的转速测量系统，具有硬件电路简朴，程序简朴和运算速度快，测速范围广，抗干扰性能好的特点综合以上两种方案，选择方案二

3.

1.3传感器模块方案一采用红外传感器。