1、 光電測量系統檢測飛輪的轉動速度和判斷正反方向班級; 姓名：學號：一、飛輪的轉速和方向的測量原理1.1轉速測量原理 對轉盤轉速的測量是基于對單位時間內轉盤上鏡面產生的光脈沖的計數。其基本原理如圖1所示 圖1（轉速測量原理） 發光管發出的光束照射在轉盤上，當固定在轉盤上的反光材料經過光束，產生的反射光脈沖被光電探測器接收，產生電脈沖信號。轉盤轉動產生的一串電脈沖信號經放大電路和整形電路處理后送入計數電路，便可以計算出單位時間內接收到的信號個數，即轉盤單位時間內的轉數。示意圖如下所示（圖2）： 圖2（脈沖計數）1.2方向測量原理在飛輪轉速方向上設置兩個光電探測器，調試光路使之均能接收反射材料的反射

2、光，通過判別兩個探測器輸出電信號的初相位即可對飛輪的轉動方向作出判斷，飛輪轉動的正反方向用兩個不同顏色的LED來標示。 示意如圖3所示： 圖3（判向電路）理論上，只要判斷誰“先到”，即可判斷轉向，若左探測器超前右探測器t，為左轉，反之，右轉。1.3數據顯示原理由計數電路計下飛輪速度，產生的轉速信號經由鎖存器輸出，顯示器件用發光二極管數碼顯示管，鎖存器輸出的信號是一組二進制數字符號，必須進行譯碼顯示，采用74LS04集成譯碼顯示芯片。送到數碼管顯示電路顯示出來，使得每一計數脈沖下降沿一來都可以對轉速進行更新，同時又可以鎖存前一脈沖所記錄的轉速。如圖4所示： 圖4（數據顯示原理圖） 綜合

3、以上的考慮，設計的飛輪轉速測量和方向判斷的設計整體圖如下所示： 圖5（飛輪轉速和方向測量光電測試系統）工作過程總體為：發光二極管發出紅外光，由轉盤上的反光材料反射，并分別被光電探測器1和2所接收。探測器1和2進行光電轉換后，由放大器放大，送入整形電路，轉化成方波信號，分別進行計數和方向判別。電機控制電路可分檔控制電機的轉速；秒脈沖電路產生周期為2秒的方波信號，供計數電路計數；譯碼器和數碼管顯示電路，顯示轉動速度（r/s轉每秒）2、 飛輪的轉速和方向的測量設計2.1光電發送接收部分 光電發送接收是測量系統的光電轉換部分。 根據LED和光電三極管分離的形式，采用一個紅外LED和兩個光電三極管。 如

4、圖6所示，發光二極管發出紅外光經反射材料反射被探測器1、2分別接收。 圖6（光電發送和接收系統） 反光材料的兩個反光面有一定夾角，LED垂直入射，當反光材料沿逆時針方向（沿光束方向觀察）經過探測器時，LED先直射左葉，調節探測器1接收角度使反射光垂直入射，之后LED直射右葉，調節探測器2接收角度使反射光垂直入射。對不同距離的測量，可通過調節反光材料角度和探測器接收角度來實現。如增大探測距離，要調小反射材料與飛輪夾角，同時保證探測器與飛輪法線夾角是反射材料與飛輪夾角的2倍。 器件選擇: 紅外發射管 AlxGa1-x As 發光二極管（940nm） 紅外接收管 Si 光電三極管（940nm） 波段

5、選擇 近紅外940nm（優缺點如前所述） 發射強度 一定程度上，越強越好，不用考慮相應的線性度，探測距離越遠，需將強度調得更高。 這個設計的優點在于探測距離更長。 2.2放大電路整形部分2.2.1光電二極管偏置與放大電路圖7 圖7（光電二極管偏置與放大電路）2.2.2整形電路 用兩個非門也可以直接實現整形的功能，數字芯片一般都有一定的輸入門限電壓，高于門限輸出為高電平，低于門限則為低電平。使用這種方案可以使電路簡潔，且效果很好。圖8 圖8（整形電路）2.2.3方向判別電路 方向判別原理如前所示，具體電路如圖9所示，Singal1 是左探測器輸出信號，Singal2是右探測器輸出信號，若在Sin

6、gal2上升沿Singal1是高電平，管腳5為高電平，管腳6為低電平，LED1亮，LED2滅，說明飛輪在左轉；相反，若在Singal2上升沿Singal1是低電平，管腳6為高電平，管腳5為低電平，LED2亮，LED1滅，說明飛輪在左轉。 圖9（方向判別電路）2.2.4計數電路 計數電路由3片異步清零的模十74LS160計數器和3個4位寄存器組成 首先，3片74LS160通過時鐘端級聯組成模1000計數器，信號作為計數時鐘接到第一級的時鐘端，使計數器對信號脈沖進行計數。 同時，把秒脈沖接到3個計數器的使能端、清零端以及寄存器的時鐘端，控制計數器在脈沖高電平時計數，下降沿鎖存計數結果，以便輸出顯示

7、，低電平時清零計數器，以便下一個秒脈沖重新開始計數。 3、 系統中的改進建議 （1）改進建議一： 可以改進探測方法只用一個探測器判斷轉向，實現方法有兩種：1、用兩個反射率不同的反射材料使探測器先后接受不同的光強信號，轉化為不同的電壓信號，然后將這兩個電壓信號通過簡單的ADC量化編碼，如01、11，輸入單片機或計算機系統，根據兩信號的相位關系進行判向處理。 2、可安裝3片不等間距的反射材料，用單片機或計算機系統判斷三個信號的相位關系和“間距長短”，然后根據“長間距”與“短間距”的“先后順序”判向。 （2）改進建議二：對于有輻條結構或有類似鏤空結構的飛輪，可不使用反射材料，直接利用輻條的周期性擋光來計數 （3）改進建議三：在實際中反光材料容易受到外界環境的污染，其反光率和反光方向都有可能發