光电转速计课程设计报告.doc

光信息科学与技术课程设计报告 设计题目： 光电转速计设计 专 业：光信息科学与技术 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导老师： 设计时间： 2012年下学期 2012年7月1日 目录 一、系统方案设计 3 1.1 概述 3 1.2 系统方案图 3 二、工作原理 4 2.1 电动机控制模块设计 4 2.1.1 电机控制系统电路原理 4 2.1.2 控制单元主要元器件的选择 5 2.2光电检测模块设计 5 2.2.1 光电耦合器 5 2.2.2 光电耦合开关 7 2.3 数据处理及显示模块 8 2.3.1 数据处理及显示模块原理 8 2.3.2 主要元器件的介绍 9 三、实验测试过程及结果 11 3.1 实验过程 11 3.2 实验结果 12 四、课程设计心得体会 12 五、参考文献 13 一、系统方案设计 1.1 概述 在工业生产和科学实验中，转速的测量是一个很重要的问题。物体运动的速度可分为线速度和加速度。随着生产过程自动化程度的提高，开发出了各种各样的检测线速度和角速度的方法，如磁电式速度计、光电速度计、测速发动机等。 由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多，一般情况下又具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和快等优点，加之激光光源、光栅、CCD器件、光导纤维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。 图1 系统方案框图 图2 系统方案实物图 二、工作原理 本转速计系统主要包含电动机控制模块、光电检测模块、数据处理及显示三大模块，通过对信号的采集、A/D转换、信号滤波、整流、稳压、放大等一系列的处理，使其转换为可以被单片机识别处理的高低电平脉冲信号，利用AT89S51单片机以及ICL7109 A/D转换芯片完成对信号的计数及显示处理，使LED数码显示管能够直接显示出电机的转速。 2.1 电动机控制模块设计 2.1.1 电机控制系统电路原理 下图为电机控制系统电路原理图：直流电动机的转速与加在电动机两端的电压成正比，电压越高，转速越快。该电路采用电压反馈方式控制电动机的转速，NE555为比较器工作方式，3脚输出电压的占空比受2脚电压的控制，调节W1可以设定电动机的转速。当电动机两端电压增大时，其转速超过设定的转速，此时R1上电压降增大，该压降馈送到NE555的2脚，则3脚输出脉冲电压的占空比减小，即脉冲高电平时间变短，Q1导通时间缩短，加到电动机两端电压降低，电动机转速下降，从而保持电动机转速为恒定值。 图3 电机控制系统原理图 2.1.2 控制单元主要元器件的选择 控制单元主要采取了NE555芯片，它属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生 的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。 图4 NE555芯片及其内部功能框图 选取该芯片其是因为它具有以下特点： 只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。 2.2.1 光电耦合器 1) 光电耦合器件的含义 在工业检测、电信号的传送处理和计算机系统中，常用继电器、脉冲变压器和复杂的电路来实现输入、输出端装置与主机之间的隔离、开关、匹配和抗干扰等功能。而继电器动作慢、有触点工作不可靠；变压器体积大，频带窄，所以它们都不是理想的部件。随着光电技术的发展，70年代以后出现了一种新的功能器件——光电耦合器件。它是将发光器件(LED)和光敏器件(光敏二、三极管等)密封装在一起形成的一个电—光—电器件，如下图所示。 图5 把发光器件与光敏器件封装在一起构成光电耦台器件 这种器件在信息的传输过程中是用光作为媒介把输入边和输出边的电信号耦合在一起的，在它的线性工作范围内，这种耦合具有线性变化关系。由于输入边和输出边仅用光来耦合，在电性能上完全是隔离的。因此，光电耦合器件的电隔离性能、线性传输性能等许多特性都是从“光耦合”这一基本特点中引伸出来的。故有人把光电耦合器件也称为光电隔离器或光电耦合器。这些名称的共同点都是为了突出“光耦合”这一基本特点，这也是它区别于其它器件的