0637机械工程测试技术.doc

《机械工程测试技术》 课程设计 自行车车速/里程测量仪设计 姓 名： 王新波 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 2010级本科3班 学 号： 20105130637 完 成 日 期： 2012年12月28日 摘 要 本文介绍了霍尔传感器测速的原理，设计了基于单片机AT89C51的测量车速系统。完成了车速测量系统的硬件电路设计、霍尔传感器测量电路的设计、显示电路的设计。测量转速的霍尔传感器和车轴同轴连接，车轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路部分输出幅度为12V的脉冲。经光电隔离器后成为输出幅度为5V转数计数器的计数脉冲。控制定时器计数时间，即可实现对车速的测量。在显示电路设计中，通过1602实现在LCD上直观地显示车轮的转速值。与软件配合，实现了显示、报警功能。 关键词：车速测量； 霍尔传感器； 单片机； 89C51； LCD 目 录 一、绪论 1 1.1 设计内容 2 1.2 设计要求 2 二、霍尔传感器测量车速系统硬件设计 3 2.1 车速测量系统的硬件电路设计 3 2.1.1 总体硬件设计 3 2.1.2 系统电路设计 4 2.2 霍尔传感器测量电路设计 5 2.2.1 霍尔元件 5 2.2.2 霍尔传感器测量原理 6 2.2.3 转速测量方法 6 2.2.4 反相器74LS14 7 2.2.5 光电耦合器 7 2.2.6 蜂鸣器 9 2.3 单片机AT89C51 9 2.3.1 AT89C51芯片 10 2.3.2 定时器 10 2.3.3 外部中断 11 2.4 显示电路设计 11 2.4.1 1602字符型LCD简介 11 2.4.2 1602LCD的基本参数及引脚功能 11 三、霍尔传感器测量车速系统软件设计 113 3.1 设计思想 113 3.2 总体软件流程 113 四、设计中的问题及解决方法 14 4.1 出现的问题 14 4.2 解决方法 14 附录 完整电路图 15 参考文献 16  一、绪 论 1.1 设计内容 现要求设计一个测量系统，在小车的适当位置安装霍尔元件及磁钢，使之具有以下功能： 1）LED数码管显示小车的行驶距离（单位：cm）。 2）具有小车前进和后退检测功能，并用指示灯显示。 3）记录小车的行驶时间，并实时计算小车的行驶速度。 4）距离测量误差＜2cm。 5）其它。 1.2 设计要求 1 2）独立设计原理图及相应的硬件电路。 3）设计说明书格式规范，层次合理，重点突出。并附上详细的原理图。 二、霍尔传感器测量车速系统硬件设计 2.1测量车速系统的硬件电路设计 2.1.1 使用单片机测量车速的基本结构如图2-1所示。该系统包括霍尔传感器、隔离整形电路、主CPU、显示电路、报警电路及电源等部分。 图2-1 系统总体结构图 其测量过程是测量转速的霍尔传感器和小车车轴同轴连接，车轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路输出。经过电耦合器后，即经过隔离整形电路后，成为转数计数器的计数脉冲。同时霍尔传感器电路输出幅度为12V的脉冲经光电耦合后降为5V，保持同单片机AT89C51逻辑电平相一致，控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应车轴的转速值。主CPU将该值数据处理后，在LCD液晶显示器上显示出来。一旦转动方向改变，CPU通过喇叭和转灯发出声、光报警信号。 1.传感器部分 主要分为两个部分。第一部分是利用霍尔器件将小车的转速转化为脉冲信号。霍尔测速模块由铁质的测速齿轮和带有霍尔元件的支架构成。测速齿轮如图2-2所示，齿轮厚度大约2mm，将其固定在待测车轮的转轴上。将霍尔元件固定在距齿轮外圆1mm的探头上，霍尔元件的对面粘贴小磁钢，当测速齿轮的每个齿经过探头正前方时，改变了磁通密度，霍尔元件就输出一个脉冲信号。第二部分是使用六反相器和光耦，将传感器输出的信号进行整形隔离，减少计数的干扰。 测速齿轮 霍尔元件 图2-2 转速变换装置 2.处理器 采用AT89C51单片机作为系统的处理器。 3.显示部分 该部分有两个功能，在正常情况下，通过LCD液晶显示器显示当前的频率数值，当小车的转动方向改变后，通过蜂鸣器进行报警。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具