基于51单机的红外反射式光电传感器测速机的简易设计.doc

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基于51单机的红外反射式光电传感器测速机的简易设计

光电传感器 ——基于红外反射式的测速机 引言 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合。转速是电动机极为重要的一个状态参数,在很多运动系统的测控中,都需要对电机的转速进行测量,不论是直流调速系统还是交流调速系统,只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。迄今为止,测速可分为两类:模拟电路测速和数字电路测速。随着微电子技术的发展,计算机技术的广泛应用,出现了以计算机为核心的数字测速装置。这样的速度测量装置测量范围宽、工作方式灵活多变、适应面广,具有普通数字测速装置不可比拟的快速性、精确性和优越性。 一:设计思路 用一个红外发光二极管和一个接受红外光的二极管组成一套光电管。当检测到物表面为黑色时,反射光很弱,接收端检测到的光线可以忽略,使接收端呈现一种状态,例如开关管截止;当被检测物表面为白色时,反射光强烈,发射端发射的红外线被接收端全部接收,使接收端呈现另一种相反的状态,例如开关管开通。这两种相反的状态表现在电路中,就是高低电平组成的脉冲信号。由此,我想到用一个比较器来比较两种接受到的信号,从而输出“0”“1”两种高低电平,并把两种信号传给单片机进行统计,然后利用设定算法进行计算,最后通过数码显示管显示计算结果。 二:所需模块 本测速系统共有两个模块构成,一个为光电传感器部分,用于接收光信号并转换为电信号,即高低电平信号;另一个为单片机部分,用于接收高低电平信号并通过内部计算,然后再通过数码显示管显示测出的结果。 (一) 光电传感器部分 (1)LM339工作原理及管脚图: LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。 两个输入端中的一个称为同相输入端,用“+”表示,另一个称为反相输入端,用“-”表示。当用作比较两个电压时,任意一个输入端加一个固定电压做参考电压(也称为门限电平,它可选择LM339输入共模范围的任何一点),另一端加一个待比较的信号电压,当“+”端电压高于“-”端时,输出管截止,相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时,输出管饱和,相当于输出端接高电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态,因此,把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。 LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管,在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻(称为上拉电阻,选3-15K)。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时,它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。 下图(1a)给出了一个LM399的基本单限比较器。输入信号Uin为待比较电压,把它加到同相输入端,在反相输入端接一个参考电压(门限电平)Ur。当输入电压UinUr时,输出为高电平UOH。图(1b)为其传输特性。图(1c)为LM339的管脚图。 (c) 图(1)LM339工作原理图及管脚图 (2)整体连线图:如下图(2)所示: 图(2) 比较型光电传感器整体电路图 在上图中, LED灯相当于一个红外线发射管,JP1是红外线接收管,接收光强在上面转换成电流,在R上成为电压信号。当光线照射到白色面上时,光线反射强烈,光线照射到黑色面上时,光线反射较弱。因此当光照在不同颜色面上时,阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值与RA1的标准值进行比较,就可以从LM339输出逻辑电平给单片机。 (二) 单片机部分 (1)单片机外部连线图:如下图(3)所示 图(3)单片机连线图 在上接线图中,可在数码管与单片机之间接上一个分压电阻,起到保护作用。单片机型号选89C51或89C52都行。在试验板上把图(1)中的2管脚(逻辑电平输出管脚)和图(2)中的12管脚(中断输入管脚)连接,即可构成整个测速系统。 (2)单片机内部主程序流程图 主程序是控制单片机系统按照预定的操作方式运转,它完成人机对话和各种控制功能,是单片机系统程序的框架。主程序的主要任务是完成系统自检、初始化、处理键盘命令等功能。在本实验中,未涉及到键盘命令。 本系统的主程序流程如下图(4)所示。 图(4)主程序流程图 图(5)外部中断0 中断程序流程图 在该测速系统的程序中,主程序执行的过程中共执行了3 个中断程序,即外部中断0 中断、外部脉冲计数0 中断和定时器1 中断。图(5)所示为外部中断0 中断程序流程图。外部中断0 中断程序主要用于测速起始。当测速开始时,执行外部中断0 中断,外部脉冲计数加1,并判断T0、T1 是否开启,若没有开启则开启,再判断1S 定时到了没有,若1S 定时到计算转速,并关INT0、T0、T1 软件清零。 图(6)为T0 中断程序流程图。T0 对内部时钟脉冲计数, T0 为8 位定时器,1S 定时的内部时钟脉冲超过了T

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