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摘 要

本文介绍了一种利用光电传感器设计的转速测量装置。确定了转速测量仪器的整体设计思路，设计了整个测速系统的硬件电路与软件程序，并进行了系统调试。核心控制部分采用STC89C52单片机，为确保实现该测速装置的自动化与智能化；利用LM2596稳压模块系统对单片机和光电传感器进行供电；SD-1/2光电传感器对信号进行采集与处理，Keil仿真软件编写程序并生成相应代码；stc烧录软件将程序烧录至单片机；配置液晶显示模组，设计单片机显示驱动程序，通过1602液晶屏显示出最后结果，最终使得该测速装置能够准确测量物体转速。该设计所能测量的时间精确度为0.01s，其最大的特点是非接触式测量，相比于传统的转速测量仪器具有实用性强、精确度高、稳定性好。

关键词：STC89C52单片机 光电传感器 转速测量

Design Rotational Speed Measurement Device With Photoelectric Sensor

Abstract

A speed measuring device using photoelectric sensors. is introduced in this paper. The design idea of the rotational speed measurement device is determined, the hardware circuit and software program of the whole rotational speed measurement system are designed, the system debugging has aslo carried out. The core control part adopts STC89C52 microcontroller to ensure the automation and intelligence of the speed measuring device. The microcomputer and the photoelectric sensor are powered by the LM2596 stabilized regulator voltage system; The SD-1/2 photoelectric sensor is used for signal collection and processings Keil simulation software writes programs and generates corresponding codes; STC burning software burns program to the microcontroller; Configures the liquid crystal display module, designs the microcontroller display driver program, displays the final result through the 1602 liquid crystal screen, and finally enables the speed measuring device to accurately measure the object speed. Finally, the device can accurately measure the rotational speed of the object. The time accuracy of this design is 0.01s and the biggest advantage of this design is non-contact measurement, which is more practical, accurate and stable than the traditional rotational speed measurement device.

Key Words: STC89C52 microcontroller; Photoelectric sensor; Speed measurement

目 录

摘 要 II

Abstract III

第一章 绪论 1

1.1 光电传感器测速的发展现状 1

1.2 光电传感器测速的原理简述 2

1.3 单片机与光电传感器测速的应用 2

第二章 总体方案设计 4

2.1 转速测量原理 4

2.2 设计方案 4

第三章 硬件系统 6

3.1 稳压装置模块 6

3.2 光电传感器装置模块 6

3.3 单片机装置模块 7

3.4 液晶显示装置模块 9

第四章 软件程序设计 11

4.1 程序框图 11

4.2 系统程序 11

第五章 系统调试与结论 21

参考文献 22

致谢 24

第一章 绪论

1.1 光电传感器测速的发展现状

随着科学技术的发展，大功率、高转速、高效率的机械类转速设备逐渐进入我们的生产实践过程中。其中电机运转过程中的安全问题以及性能问题是我们在实际生产过程中需要关注的重点问题。在工、农业生产控制过程中，需要对电机的转速和稳定性进行实时的检测^[1-3]。目前中国国内测量电机转速的方法逐步多样，基于不同的操作理论，衍生出了多种不同的测速方法，如模拟测速法、同步测速法。同时传统的电机转速测速方法依然在某些领域有应用，如：测速发电机、光电数字脉冲编码器；但目前在电机测速领域，一些特殊的测速器正在逐步火热，它利用简介测量方式对电机速度进行测量，光电测速系统就是这种类型测速器的代表，应用较为广泛，相比于其他方法，该方法噪声和惯性都比较小 ^[4]。其实深究不同方法测速表的工作原理，便不难发现光电测速传感器能拥有上述优势的原因，实际上不论是传统的机械式转速表，还是接触式电子转速表都会在不同程度上干扰所测物体的旋转速度，这会不可避免的影响测量结果，但光电式测速表便不存在该问题，因为其在测速过程中，与被测物之间是有一定距离的，并无接触，所得结果也为脉冲信号，并能由单片机分析，直观呈现在液晶显示屏之上^[5]。分析完光电测速在测量过程中的优势，不妨对以几种实际装置对光电测转速系统进行分析。在光电测速领域之中，常见的智能转速系统是采用STC89C52单片机作为整个系统的核心控制部分，它的基本原理是由红外光电传感器收集相关信号，由单片机进行相关分析，最后呈现于液晶显示屏之上。实际运用的结果表明，该系统相较于其他测转速系统，拥有设计原理简单、造假低廉、抗干扰能力强、测量速快等优势^[6]。正是基于光电传感器在测速领域的这些优势，在近些年来才造就了测速领域光电测速占据主导的局面，这就是虽说随着近些年来光电领域技术的逐步成熟，运用视频处理技术的转速测量以及无传感器转速测量技术愈发火热，但在目前的实际运用之中，最常见的依旧还是光电式测速系统，这样的发展趋势本质上还是因为光电式测速系统在测量和控制环节中具有反应灵敏、性能稳定、分辨率优越的特点^[7]。

1.2 光电传感器测速的原理简述

目前常见的通用测速系统一般由五部分组成，一是由光电开关或是光电传感器所组成的测速传感器；二是对信号进行分析的处理部分；三是直观显示测量结果的转速实时显示部分；四是装置安装的硬件部分；五是上位计算机或与之相关的其他仪表通讯部分，这五部分各司其职，保证了常见的通用测转速装置的平稳运行^[8]。在这其中光电传感器的工作原理是：基于设备运行过程中对于光的遮挡以及反射，通过点回路的联通与否，反映出设备的运行状态从而完成对于最原始测量数据的收集；对于信息数据的处理一般则依托于各种型号的单片机，这一部分是光电传感器测转速的最核心部分，单片机本质上是一种功耗超低的混合信号控制器，其中运用最广泛的有美国STC公司开发的STC89C52系列单片机；通讯部分的主要功能则是利用通讯接口，将装置与上位计算机进行连接，并以上位计算机上所预设的参数以及经单片机进行过处理的数据为基础，与其他仪表进行通讯，从而形成完整的智能测量系统；硬件部分则主要是为了更加方便的设定不同的参数，从而满足不同的工业现场的实际需求^[9-10]。

1.3 单片机与光电传感器测速的应用

单片机作为一种微型的嵌入式控制器，其具有很多优点，因此，在生活和工业上都有着很大的应用市场^[11]。在实际生产中对直流电机速度的控制非常重要，利用单片机，采用脉宽调制方法，可以通过红外遥控器直接设定直流电机旋转的方向和速度^[12],从而使直流电机的工作状态得到很好的控制，然后可以根据实际生产需要可以控制直流电机的正转、反转、停止等状态^[13-15]。可以利用单片机来控制风扇的启动和停止，设计基于单片机的智能遥控风扇等^[16]。

光电传感器测速装置有众多优点，因此在各领域应用及其广泛。在风机性能测试相关的实验中，可设计出与之相符的由光电传感器作为基础的相关测转速智能系统，该智能系统在运行期间，不但可以实时监测风机的转速，还能在事先设好规定安全值、报警值、其他参数的基础上，在风机出现运行过程中转速超过允许转速时，根据工业现场的相关实际情况，进行警示，极大的加强了风机的运行安全^[17]。光电传感器测转速的应用并不简单的局限于风机、电动机转速的测量之中，实际上，在真实的工业现场中，不论是机床主轴、电动机、还是卷扬机等，可以说只要涉及到旋转设备的运行与监控，都能找到光电测转速设备的影子^[18]。在电动机转速的测量之中，以光电传感器为基础的设备同样也已经逐步取代了之前笨重的模拟测速装置，形成这一趋势的主要原因有，对于电动机转速的测量一般存在于一个闭环调速系统之中，因此不但要具备系统数据反馈实时的特点，同时还需具备优良的动态响应性能。而利用光电传感器设计的转速测量装置不但可以满足高精度、高抗干扰性、大测量范围的要求，同时还能极大限度的节约测量成本^[19-20]。所以本文设计主要利用STC89C52单片机作为整个系统的智能控制部分设计一个利用光电传感器来测量转速的装置。

第二章 总体方案设计

2.1 转速测量原理

本次课题设计利用SD-1/2对射式光电传感器作为核心器件设计非接触式转速检测装置。本转速测量系统主要包括：稳压模块、SD-1/2对射式光电传感器、STC89C52单片机、1602液晶显示等装置。结构示意图如图所示。工作原理如下:缺口轮盘在旋转时,由于轮盘齿轮的遮挡,光电三极管接收到不连续的红外线光信号，然后光电传感器向单片机输出脉冲信号，一个脉冲信号表示缺口轮盘的齿轮经过光电传感器检测装置一次,单片机读取相应的电平信号,利用一定的算法得到相应的转速^[21-24]。当系统进行测速时,单片机接收到脉冲电信号后开始计数,同时,单片机内部的计时器开始工作。单片机计时器计时1分钟,单片机接收到的脉冲信号的数目就是缺口轮盘齿轮经过的个数,之后在液晶屏上进行显示。根据每个轮盘上齿轮的个数与每分钟内缺口轮盘齿轮的个数，最后计算出轮盘的转速。

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