1、專業課程設計題目光電傳感器的轉速測量設計院系：自動化學院專業班級：小組成員：指導教師：日期：2012年10月8-2012年10月19.課程設計描述采用單片機、uln2003為主要器件，設計步進電機調速系統，實現電機速度開環可調。.課程設計具體要求1、通過按鍵選擇速度；2、轉速測量顯示范圍為09999轉/秒3、檢測并顯小各檔速度。三.主要元器件實驗板 （中號）1個步進電機1個STC89C521個電容（30pF、10uF）各1個數碼管 （共陽、四位一體）1個晶振（12MHZ1個小按鍵4個ULN20031個電阻發光二極管1個三極管（NPN4個排阻1個四.原理闡述4.14.1系統簡述按照題給要求，我們

2、最終設計了如下的解決方案：用戶通過鍵盤鍵入控制指令（開關），微控制器在收到指令后改變輸出的PWM波，最終在ULN2003勺驅動下電機轉速發生改變。 通過ST151傳感器測量電機扇葉的旋轉情況，將轉速顯示在數碼管上。在程序主循環中實現按鍵掃描與轉速顯示，將定時器0作為計數器，計數ST151產生的下降沿，可算出轉速，并送至數碼管顯示。設計思路：（1）利用光電開關管做電機轉速的信號拾取元件，在電機的轉軸上安裝一個圓盤，在圓盤上挖1小洞，小洞上下分別對應著光發射和光接受開關，圓盤轉動一圈即光電管導通1次，利用此信號做為脈沖計數所需。（2）對光電開關信號整流放大。（3）脈沖經過單片機內部的計數器和定時器

3、進行計數和定時。（4）顯示電路采用單片機動態顯示。情學番整股甩蹄ATS9C5ATS9C51 1LEDLED4.24.2轉速測量原理在此采用頻率測量法，其測量原理為，在固定的測量時間內，計取轉速傳感器產生的脈沖個數，從而算出實際轉速。設固定的測量時間為Tc(min),計數器計取的脈沖個數m假定脈沖發生器每轉輸出p個脈沖，對應被測轉速為N(r/min),則f=pN/60Hz；另在測量時間Tc內， 計取轉速傳感器輸出的脈沖個數m為m=Tcf,所以，當測得mfi時，就可算出實際轉速值川：N=60m/pTc(r/min)(1)4.34.3轉速測量系統組成框圖系統由信號預處理電路、單片機STC89C5系統

4、化LED顯示模塊、串口數據存儲電路和系統軟件組成。其中信號預處理電路包含信號放大、波形變換和波形整形。對待測信號進行放大的目的是降低對待測信號的幅度要求；波形變換和波形整形電路則用來將放大的信號轉換成可與單片機匹配的TTL信號；通過對單片機的編程設置可使內部定時器T0對輸入脈沖進行計數，這樣就能精確地算出加到T0引腳的單位時間內檢測到的脈沖數； 設計中轉速顯示部分采用價格低廉且使用方便的LED模塊，通過相關計算方法計算得到的轉速通過I2C總線放到E2PRO而儲，既節省了所需單片機的口線和外圍器件，同時也簡化了顯示部分的軟件編程。系統的原理框圖如圖2.1所示。圖2.1系統的原理框圖五.系統硬件電

5、路的設計系統硬件部分包含輸入模塊、顯示模塊、控制模塊、測速模塊等。在硬件搭建前，先通過ProteusPro7.5進行硬件仿真實現。5.1脈沖產生電路設計傳感器整形驅動LM324設計采用了紅外光電傳感器，進行非接觸式檢測。當有物體擋在紅外光電發光二極管和高靈敏度的光電晶體管之間時，傳感器將會輸出一個低電平，而當沒有物體擋在中間時則輸出為高電平，從而形成一個脈沖。系統在光電傳感器收發端問加入電動機，并在電動機的轉軸上安裝一轉盤。在這個轉盤的邊沿處挖出若干個圓形過孔，把傳感器的檢測部分放在圓孔的圓心位置。每當轉盤隨著后輪旋轉的時候，傳感器將向外輸出若干個脈沖。把這些脈沖通過一系列的波形整形成單片機可

6、以識別的TTL電平，即可算出輪子即時的轉速。轉盤的圓孔的個數決定了測量的精度，個數越多，精度越高。這樣就可以在單位時間內盡可能多地得到脈沖數，從而避免了因為兩個過孔之間的距離過大，而正好在過孔之間或者是在下個過孔之前停止了，造成較大的誤差。設計中轉盤的圓孔的實際個數受到技術的限制。為了達到預定的效果設計在轉盤過孔的設計上采用11個過孔，從而留下了10個同等的間距。這樣在以后的軟件設計中能夠較為方便的計算出脈沖頻率。脈沖發生源的硬件結構圖如圖3.1所示。5.2光電轉換及信號調理電路設計由于系統需要將光信號轉換為電信號，因而需要使用光電傳感器并設計相應的信號調理電路，以得到符合要求的脈沖信號，送給

7、單片機STC89C5進行計數，同時得到計數的時間，由單片機進行相關計算以得到電動機轉速。傳感器將電機的轉速信號轉變成了電脈沖信號，該信號經過LM32磔成運放整形驅動，送到單片機進行脈沖計數，從而測出電動機轉速。光電轉換部分與單片機的連接框圖如圖3.2所示圖3.1脈沖發生源硬件結構圖（左為正視圖，右為側視圖）計數脈沖STC89C51圖3.2光電轉換部分與單片機的連接框圖5.3時鐘電路系統采用12M晶振與兩個30pF電容組成震蕩電路，接STC89C52勺XTAL1與XTAL2引腳，為微控制器提供時鐘源5.5顯示部分5.4按鍵電路四個按鍵分別控制電機的不同轉速，即控制PW峨高電平的占空比，以實現電機

8、的速度控制，采用開環控制方法，不是十分精確，但控制簡單，易實現，代碼編寫簡單。1234P1.0P1.1P1.2P1.3P14P15P16P1.7AT89c51RP1.RESFACk：,i,ii品TEXT熱PO.O/ADOPPO.O/ADOPO.1I/AD1O.1I/AD1PO3MgPO3Mg陽百旭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系統采用4位共陰極數碼管實現轉速顯示。數碼管的位選端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。需要說明的是：實際焊接電路時，數碼管的位選端需要焊接三極管，否則數碼管顯示亮度將會非常暗。5.6電機控制與驅動部分電機的運行通過PWMa空制。PW瞰通過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說明：測速部分用的是Motro-encode電機，實際用ST151實現測速，焊接電路如下圖：vcc其中R1=510Q,R2=4.7KQST內部電路：18.6底視圖內部電路5.7其他電路復位電路如下所示：2-03.5以圖(Z)PSPSALEAEA30pF30pF- -TE.4X1.CRYSTALCRYSTAL3030pF,TEXT；: :U1U116XTXT完整仿真電路圖

11、:六、軟件部分設計讀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防抖相應項目值的設定系統軟件采用Keil集成開發環境開發程序代碼如下(帶注釋)：#includesbitP2_0=P

12、2A0;/數碼管選定位sbitP2_1=P2A1；sbitP2_2=P2A2;sbitP2_3=P2A3;sbitP2_4=P2A4;/電機控制位sbitkeysp0=P1A0;/電機轉速為0的控制鍵sbitkeysp30=P1A1;/電機轉速為30的控制鍵sbitkeysp60=P1A2;/電機轉速為60的控制鍵sbitkeysp100=P1A3;/電機轉速為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;/電機轉速unsignedcharGE,SHI,BAI,QIAN;/電機轉速motorspeed的各個位unsignedintcounter=0;/光電傳感器脈沖數unsignedintpwm;/pwm占空比unsignedintmid;/占空比設置值unsignedintcalsp;/設定多長時間計算一次速度voiddisplay();/數碼管顯示電機速度9voiddelay();/延遲函數voidcontrolpwm();/控制電機占空比voidcalspeed();計算電機速度，放于motorspeed變量中voidkeyscan

14、();/按鍵掃描voidmain()P2=P2&0 x0f;mid=0;EA=1;開啟總中斷EX0=1;/開啟外部中斷0IT0=1;/設置成下降沿觸發方式TMOD=0 x01;/設置定時器0為模式1,即16位計數模式TH0=(65536-10000)/256;/計數時間為10msTL0=(65536-10000)%256;ET0=1;開啟定時器0中斷TR0=1;啟動定時器0while(1)keyscan();display();controlpwm();calspeed();voidkeyscan()/鍵盤掃描if(keysp0=0)delay();/延遲防止抖動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計算一次電機轉速(motorspeed=counter/3;/轉的圈數除以時間counter=0;/清零脈沖數calsp=0;/清零標志)voidcontrolpwm()(if(pwm=0&pwm=mid&pwm10)(P2_4=0;/

16、電機不加速)elsepwm=0;)void_TIMER0()interrupt1(.TH0=(65536-10000)/256;/重新裝入初值，計數時間為TL0=(65536-10000)%256;pwm+;calsp+;1110msvoid_INT0()interrupt0counter+;/接受脈沖數)voiddisplay。/數碼管顯示函數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unsignedchari=10;while(i-);)12七.系統測試測試方案：測試包含仿真測試和硬件測試兩個部分。仿真測試指使用ProteusPro7.5對系統進行仿真測試。主要測試系統電路的設計和驗證程序邏輯的正確性。硬件測試指系統搭建后對硬件電氣性能的測試。 主要測試各功能的完整性可靠性，以及系統

18、電氣性能的穩定性。測試工具為示波器萬用表等。仿真測試結果：真測試中，系統運行正常，程序邏輯正確。按鍵輸入正常、數碼管顯示正確。P2.4管腳間輸出PW快正常。硬件測試結果：系統硬件搭建完畢后，進行硬件測試。系統加電后，振蕩電路正常起振，STC89C52S時鐘源電路的驅動下運行正常。系統可在復位電路的作用下正常復位。系統按鍵輸入正常，并能夠正確消除抖動。系統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，頻率與調速要求一致。ST151傳感器測量正常。數碼管轉速顯示正常，數碼管可正確顯示并正確顯示電機轉速。八.設計中的問題分析1、在最初的設計電路時中沒有使用采用硬件消抖的方式來避免三個按鍵按下時帶來的不穩定信號，錄入數據往往出錯，后來使用軟件消抖來解決這個問題，但是由于按鍵復用程度比較高，因此軟件消抖浪費了不少一部分系統資源，后來采用RC電路硬件消抖比較完美的解決了這個問題。2、在硬件調試過程中出現過某些零件不靈的情況，根據已經畫好的電路圖使用外用表可以很快的查找到問題的所在。