[光电传感器的转速测量设计.docVIP

一 课程设计任务书 题目：转速检测显示装置设计 1.1课程设计任务 测速是工农业生产中经常遇到的问题，人们经常需要精确测量每秒钟转轴的转速，学会对电机转速的测量和显示具有重要的意义。本设计采用光电传感器感受输入光信号，产生的脉冲电信号，该脉冲信号送入计数器，累计所产生的脉冲数，并使计数器每秒钟做一次清零，就可以记下每秒钟的转速。在每次周期性的清零前一时刻，将计数器记下的数值传入寄存器存储，并进行显示，这就是测量到的上一秒钟的转速。 1.2课程设计目的 1）掌握利用光电传感器进行非接触式转速测量的方法； 2）掌握测量和显示电路的设计方法； 3）培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。 1.3课程设计要求 1）转速测量显示范围为0~9999转/秒。 2）转速测量误差每秒不超过一圈，内部时钟稳定度每天不超一秒。 3）电路原理要求简单，便于制作调试，元件成本低廉易购。 1.4课程设计内容 1、整形电路、计数电路、锁存电路、时钟电路和译码显示电路的设计； 2、电路的连接和各部分调试； 3、硬件电路原理图及清单。 1.5课程设计报告要求 报告中提供如下内容： 　 1、目录 2、正文 2.1课程设计任务书； 总体设计方案 4、参考文献 1.6课程设计进度安排 进度表如表1-1所示 表1-1 工作日 工作内容 第1天 布置课程设计任务，查找相关资料，熟悉相关芯片 第2天 设计总体方案和绘制原理图 第3天 调试各部分电路 第4天 调试各部分电路，系统联调 第5天 完成课程设计报告，答辩 1.7课程设计考核办法 本课程设计满分为100分，从课程设计平时表现、课程设计报告及课程设计答辩三个方面进行评分，其所占比例分别为20%、40%、40%。 二 概述 2.1相关背景和简介 目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号．其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点．加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。 2.2总体设计方案 设计思路： 利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一个圆盘，在圆盘上挖1小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈即光电管导通1次，利用此信号做为脉冲计数所需。 对光电开关信号整流放大 脉冲经过单片机内部的计数器和定时器进行计数和定时 显示电路采用单片机动态显示： 三 硬件的电路设计 3.1传感器的类型 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此， 这些信号调理电路负责将光电传感器输出的微弱的光电信号进行放大、整形，转换成所单片机定时计数所需要的脉冲信号。不同的光电元件，所要求的测量电路也不相同，为此设计时必须详加考虑。我们采用光电开关管，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通，基本的原理就是当发射管光照射到接收管时，接收管导通，反之关断。以透射式为例，如图所示，当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时，开关管关断，否则打开。为此，可以制作一个如图所示，安装在转轴上，当经过时，产生脉冲信号。当数较多时，旋转一周可以获得多个脉冲信号。 图光电传感器的原理图 图脉冲发生源硬件结构图（左为正视图，右为侧视图） 电路核心由一个光电开关管组成，平时电机转轮静止，发光二极管所发出的光被轮子挡住，所以接收管处于截止状态，1端为高电平。当电机转动一圈，会使接收管导通一次，1端输出一个低电平，1端波形为图3所示： 图3 在实际电机工作状态中，会受到各方面的干扰，波形会存在许多杂波成分，需要对波形进行处理，处理成符合记计数器所需要的矩型波。 波形处理电路有一个施密特触发器组成，如上图3-6所示。当输入电压逐步升高时