基于光电传感器的转速测量系统设计 单片机 光电转速传感器 转速测量 数据处理

毕业设计

学生姓名Xxx学号170302041 院(系) 电子与电气工程

专业Xxx

题目基于光电传感器的转速测量系统设计指导教师

年月

目录

1 引言 (2)

2 系统组成及工作原理 (2)

2.1转速测量原理 (2)

2.2转速测量系统组成框图 (2)

3 系统硬件电路的设计 (3)

3.1 脉冲产生电路设计 (3)

3.2 光电转换及信号调理电路设计 (4)

3.2.1 光电传感器简介 (4)

3.2.2 光电转换及信号调理电路设计 (5)

3.3 测量系统主机部分设计 (7)

3.3.1 单片机 (7)

3.3.2 键盘显示模块设计 (8)

3.3.3 串行通信模块设计 (10)

3.3.4 电源模块设计 (11)

4 系统软件设计 (12)

4.1 主程序设计 (12)

4.2 数据处理过程 (14)

4.3 浮点数学运算程序 (15)

5 制作调试 (15)

6 结果分析 (17)

结论 (18)

参考文献 (19)

致谢 (20)

1引言

转速测量是社会生产和日常生活中重要的测量和控制对象。近年来，由于世界范围内对转速测量合理利用的日益重视，促使转速测量技术的迅速发展，各种新型的测量仪表相继问世并越来越多地得到应用。进行转速测量的检测控制，可以使用多种传感器。由于技术保密，厂家不会提供详细电路图和源代码，用户很难自行进行二次开发和改进。针对这种现状，使用光电传感器结合STC公司的STC 89C51型单片机设计的一种转速测量与控制系统。STC 89C51单片机采用了CMOS工艺和高密度非易失性存储器技术，而且其输入/输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容，是开发该系统的适合芯片。

2 系统组成及工作原理

2.1 转速测量原理

在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N（r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]：

N=60m/pTc (r/min) （1）

2.2 转速测量系统组成框图

系统由信号预处理电路、单片机STC 89C51、系统化LED显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机匹配的TTL信号；通过对单片机的编程设置可使内部定时器T0对输入脉冲进行计数，这样就能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中转速显示部分采用价格低廉且使用方便的LED模块，通过相关计算方法计算得到的转速通过I2C总线放到E2PROM存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。系统的原理框图如图2.1所示。

图2.1 系统的原理框图

3 系统硬件电路的设计

3.1 脉冲产生电路设计

设计采用了红外光电传感器，进行非接触式检测。当有物体挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时，传感器将会输出一个低电平，而当没有物体挡在中间时则输出为高电平，从而形成一个脉冲。系统在光电传感器收发端间加入电动机，并在电动机的转轴上安装一转盘。在这个转盘的边沿处挖出若干个圆形过孔，把传感器的检测部分放在圆孔的圆心位置。每当转盘随着后轮旋转的时候，传感器将向外输出若干个脉冲。把这些脉冲通过一系列的波形整形成单片机可以识别的TTL电平，即可算出轮子即时的转速。

转盘的圆孔的个数决定了测量的精度，个数越多，精度越高。这样就可以在单位时间内尽可能多地得到脉冲数，从而避免了因为两个过孔之间的距离过大，而正好在过孔之间或者是在下个过孔之前停止了，造成较大的误差。设计中转盘的圆孔的实际个数受到技术的限制。为了达到预定的效果设计在转盘过孔的设计上采用11个过孔，从而留下了10个同等的间距。这样在以后的软件设计中能够较为方便的计算出脉冲频率。脉冲发生源的硬件结构图如图3.1所示。

图3.1脉冲发生源硬件结构图（左为正视图，右为侧视图）

3.2 光电转换及信号调理电路设计

由于系统需要将光信号转换为电信号，因而需要使用光电传感器并设计相应的信号调理电路，以得到符合要求的脉冲信号，送给单片机STC89C51进行计数，同时得到计数的时间，由单片机进行相关计算以得到电动机转速。

3.2.1 光电传感器简介

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，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。

由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器。模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流，它与被测量间呈单值关系。模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法可分为透射(吸收)式、漫反射式、遮光式(光束阻档)三大类。所谓透射式是指被测物体放在光路中，恒光源发出的光能量穿过被测物，部份被吸收后，透射光投射到光电元件上；所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上，再从被测物体表面反射后投射到光电元件上；所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份，使投射刭光电元件上的光通量改变，改变的程度与被测物体在光路位置有关。

光源是许多光电传感器的重要组成部分，要使光电传感器很好地工作，除了合理选用光电元件外，还必须配备合适的光源。

发光二极管是一种把电能转变成光能的半导体器件。它具有体积小、功耗低、寿命长、响应快、机械强度高等优点，并能和集成电路相匹配。因此，广泛地用于计算机、仪器仪

表和自动控制设备中。

钨丝灯泡是一种最常用的光源，它具有丰富的红外线。如果选用的光电元件对红外光敏感，构成传感器时可加滤色片将钨丝灯泡的可见光滤除，而仅用它的红外线做光源，这样，可有效防止其他光线的干扰。

激光与普通光线相比具有能量高度集中，方向性好，频率单纯、相干性好等优点，是很理想的光源。

综上所述，各种光源各具优点，但从经济与使用便利方面考虑，并考虑到抗干扰性能，我们决定选用红外光二极管做系统测量的光源。

由光源、光学通路和光电器件组成的光电传感器在用于光电检测时，还必须配备适当的信号调理电路。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。

3.2.2 光电转换及信号调理电路设计

传感器将电机的转速信号转变成了电脉冲信号，该信号经过LM324集成运放整形驱动，送到单片机进行脉冲计数，从而测出电动机转速。

光电转换部分与单片机的连接框图如图3.2所示。

图3.2 光电转换部分与单片机的连接框图

LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图3.3所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反;Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图3.4

图3.3放大器图图3.4 引脚图

由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。

本设计计划采用高性能集成四运放LM324来进行光电信号调理电路设计。电路采用两级放大电路对脉冲信号进行放大，防止信号脉冲太小以至对实验结果不产生影响。此外，还设计了有源带通滤波器。

为了达到预定效果，对系统运用MULTISIM 8进行模拟仿真，并利用模拟仿真结果对有关元器件进行参数设定，以使电路满足要求。如图3.5所示是MULTISIM 进行电路模拟仿真示意图及其模拟仿真结果。

图3.5 电路模拟仿真示意图及其模拟仿真结果

3.3 测量系统主机部分设计

3.3.1 单片机

单片机是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）的简称，是指在一块芯片上集成了中央处理器CPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM或EPROM、定时器/计数器、中断控制器以及串行和并行I/O接口等部件，构成一个完整的微型计算机。目前，新型单片机内还有A/D及D/A转换器、高速输入/输出等部件。由于它的结构和指令功能都是按工业控制要求设计的，特别适用于工业控制及其数据处理场合，因此，确切的称谓应是微控制器（Microcontroller）.

系统使用的单片机是STC 89C51型单片机。STC 89C51单片机是基于MCS-51单片机为内核的，其输入/输出管脚以及指令系统和MCS-51单片机是完全兼容的。其优越的性价比使其成为颇受欢迎的8位单片机。如图3.6是STC 89C51结构框图。

STC 89C51单片机的特点：

⑴它内部有一个8位的CPU，具有4KB的EEPROM。

⑵128字节的RAM数据存储器，21个特殊功能寄存器SFR。

⑶4个8位并行I/O口，其中P0、P2为地址/数据线，可寻址64KB ROM和64KB RAM.

⑷一个可编程全双工串行口,具有5个中断源。

⑸两个16位定时器/计数器。

计数脉冲输入 T0 T1

P0 P1 P2 P3TXD RXD INT0 INT1

中断输入

图3.6 STC 89C51结构框图

图3.7是STC 89C51单片机引脚分布图。由图我们可以看到，单片机的引脚除了电源、

复位、时钟接入、用户I/O口外，其余管脚是为实现系统扩展而设置的。这些引脚构成MCS-51单片机片外三总线结构，即：

①地址总线（AB）：地址总线宽为16位，因此，其外部存储器直接寻址为64K字节，16位地址总线由P0口经地址锁存器提供8位地址（A0至A7）；P2口直接提供8位地址。

②数据总线（DB）：数据总线宽度为8位，由P0提供。

③控制总线（CB）：由P3口的第二功能状态和4根独立控制线RESET、EA、ALE、PSEN 组成。

图 3.7S T C89C51管脚图

3.3.2 键盘显示模块设计

图3.8为键盘电路图，按键功能通过软件编程设置：

按 K0为清零、复位；

按K1显示计时时间；

按K2显示计数脉冲数；

此按键电路为低电平有效，当无按键按下时，单片机输入引脚P1.0、P1.1、P1.2、P1.3端口均为高电平。当其中任一按键按下时，其对应的P1端口变为低电平，在软件中利用这个低电平设计其功能。软件中还设置了按键防抖动误触发功能，软件中设置定时器 1 50ms中断一次，每次中断都对按键进行扫描，如果扫描到有按键按下，则延迟10ms，再次进行键扫描，若仍有按键按下，则按键为真，并从P1口读取数据，低电平对应的即为

有效按键。

图3.8 按键电路图

显示部分采用价廉方便的LED数码管，图3.9为数码管的引脚接线图。测量系统有8位共阳的LED数码管，表3.1为驱动LED数码管的段代码表，1-代表对应的笔段亮，0-代表对应的笔段不亮。若需要在最右边（S0）显示“5”，只要将从表中查得相应的段代码写入P0口，在将P2.0置高，P2.1-P2.7置低即可。

表3.1 驱动LED数码管的段代码表

显示电路如图3.10，其电路采用动态显示方式。电机转速的测量结果经过译码，输出的8位并行数据通过STC89C51 的并行口(P0口)输出，送至7段LED ，同时由P2口输出位扫描信号以实现测量数据的动态显示。P0口和 P2口都是准双向口，输出时需要接上拉电阻。P0内部没有上拉电阻，P2口内部有弱上拉。所以P0口外围电路设计为低电平

有效，高电平无效。要使数码管S0-S7的其中一个亮，其对应的P2端口要置高，P2的其余端口置低。如：S0亮：P2.0置高，P2.1-P2.7置低。

系统将定时把缓冲区的数据送出，在数码管上显示。

图3.10 显示电路图

3.3.3 串行通信模块设计

STC89 C51单片机的串行通讯接口的输入\输出为TTL高电平为3.8V-5V，低电平为0-0.3V，这对近距离通讯还可以，但当通讯距离远时，就会因为TTL电平低，抗干扰能力弱而影响可靠性。为了提高串行通讯接口的抗干扰能力和增强可靠性，于是就出现了许多通讯标准和规程。目前，RS-232标准就是其中比较常用的一种，这样，一方面可提高这些设备的通用性，另一方面又增强了数据传送时的可靠性。

232电平转换采用MAX232芯片把TTL电平转换成RS－232电平格式，可以用于单片机与微机通信，以及单片机与单片机之间的通信，测量系统设计了两个DB9的接口，其中一

个用于ISP下载器模块的程序下载接口，称为“ISP Interface”，另一个接口为单片机与其它具有RS232接口的通信端口，称为“Common Port”。具体的电路原理图如图3.11所示。

图3.11电路原理图

3.3.4 电源模块设计

电源模块为系统板上其它模块提供＋5V电源以及±15V电源。电源的设计有分立元件和集成稳压器几种方法，目前较常用的是用集成稳压器来设计稳压电源。常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。常用可调式集成稳压器有LM317系列，它们的输出电压从1.25V－37伏可调，负端则为LM337等。最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。

系统需要设计两个电源，其中＋5V电源采用7805，电路原理图如图3.12所示。原理：9V的交流电压输入后经桥堆整流，通过1000μF的电解电容进行滤波，再经过集成稳压器7805稳压，C17、C19等电容对其进行滤波后，最后输出+5V电压。供系统板上的其它模块使用。

图3.12 5V电源模块电路图

±15V电源采用LM317与LM337设计，其典型电路如图3.13。220V的交流电压经变

压器变为±15V交流电压，再经桥堆整流器变为大小变化的直流电压。C

1～C

4

为滤波电容，

滤除电压中的高频部分，使电压趋于稳定的直流电压。其中LM317和LM337构成±15V直

流稳压电源的稳压部分，确保在其输出端的电压稳定在1.25V左右。D

1～D

4

对LM317和LM337

具有短路保护作用。通过对电位器R

3、R

4

的调节来获得所需的电压，即±15V稳定的直流

电压。

图3.13 ±15V直流稳压电源

4 系统软件设计

4.1程序模块设计

软件部分由数据处理程序、按键程序设计、中断服务子程序、LED显示程序等几个部分组成。

数据处理完成对各种测量数据的处理，如各种数据的计算、数据格式的转换等。

按键程序包括按键防抖动处理、判键及修改项目等。按键流程图如图4.1所示。

定时器1服务子程序设计，流程图如图4.2所示。定时器1完成定时功能，定时2Oms，并每隔20ms进行一次显示，每隔1秒读一次计数结果。单片机对在1秒内计数的值进行处理，转换成每分钟的速度送显存以便显示。

具体算法如下:主程序在对定时器、计数器、堆栈等进行初始化后即判断标志是否为1，如果为 1，说明要求对数据进行计算处理，首先将标志清零，以保证下次能正常判断，然后进入数据处理程序，由于这里的闸门时间为 1s，而显示要求为转/分，因此，要将测到的数据进行转换，转换的方法是将测得的数据乘以60，但由于转轴上安装有11只孔，每旋转一周可以得到11个脉冲，因此，要将测得的数据除以11，所以综合起来，将测得的数

据乘以5.4545即可得到每分钟的转速。计算得到的结果是二进制的整数，要将数据送往显示缓冲区需要将该数转化为BCD码。运算得到的是压缩BCD码，需要将其转换为非压缩BCD 码，从标号CBCD开始的一段程序即作了这样的处理。需要说明的是，这里多位二进制乘法和多位二进制到BCD码的转换都是用了现成的成熟子程序，因此，首先将二进制数转换为压结合实际BCD码，然后再转换成非压缩BCD码，看似多写了些程序，实际上这对于保证程序的质量很有好处。定时器T1用作定时发生器，在定时中断程序中进行数码管的动态扫描，同时产生1s的闸门信号。1s闸门信号的产生是通过一个计数器Count，每次中断时间为

20ms，每计50 次即为1s，到了1s后，即清除计数器Count，然后关闭作为计数器用的T0，读出TH0、TL0中的数值，分别送入SpCount和SpCoun+1单元，将T0中的值清空，置标志为1，要求主程序进行速度值的计算。

图4.1 按键流程图

图4.2定时器1服务子程序流程图

4.2 数据处理过程

在系统开始工作，或者完成一次频率测量，系统软件都进行测量初始化。测量初始化模块设置堆栈指针(SP) 、工作寄存器、中断控制和定时/ 计数器的工作方式。定时/ 计数器的工作首先被设置为计数器方式。

在对定时/ 计数器的计数寄存器清0 后，置运行控制位TR 为1 ，启动对待测信号的计数。计数闸门由软件延时程序实现，从计数闸门的最小值开始，也就是从测量频率的高量程开始。计数闸门结束时TR 清0 ，停止计数。计数寄存器中的值通过16进制数到10进制数转换程序转换为10进制数。对10进制数的最高位进行判别，若该位不为0 ，满足测量数据有效位数的要求，测量值和量程信息一起送到显示模块;若该位为0 ，将计数闸门的宽度扩大10倍，重新对待测信号的计数，直到满足测量数据有效位数的要求。

当上述测量判断过程直到计数闸门宽度达到1s ，这时对应的频率测量范围为100Hz - 999Hz ，如果测量结果仍不具有3 位有效数字，频率计则使用定时方法测量待测信号的周

期。定时/计数器的工作这时被设置为定时器方式，在对定时/ 计数器的计数寄存器清0 后，判断待测信号的上跳沿是否到来。待测信号的上跳沿到来后，置运行控制位TR 为1 ，以单片机工作周期为单位，启动对待测信号的周期测量。然后判断待测信号的下跳沿是否到来，待测信号的下跳沿到来后，运行控制位TR 清0 ，停止计数。16 位定时/ 计数器的最高计数值为65535 ，这样在待测信号的频率较低时，定时/ 计数器将发生溢出。当产生定时/ 计数器将溢出，程序进入定时器中断服务程序，中断服务程序对溢出次数进行计数。待测信号的周期由3个字节组成:定时/ 计数器溢出次数、定时/ 计数器的高8 位和低8 位。信号的频率f 与信号的周期T 之间的关系为:

f = 1/ T

完成信号的周期测量后，需要做一次倒数运算才能获得信号的频率。为提高运算精度，这里采用浮点数算术运算。浮点数用3个字节组成，第一字节最高位为数符，其余7 位为阶码;第二字节为尾数的高字节;第三字节为尾数的低字节。待测信号周期的3个字节定点数首先通过截取高16 位、设置数符和计算阶码转换为上述格式的浮点数。然后浮点数算术运算对其进行处理，获得用浮点数格式表达的信号频率值。浮点数到BCD 码转换模块把用浮点数格式表达的信号频率值变换成测转速的显示格式，送到显示模块显示待测信号的频率值。

4.3 浮点数学运算程序

STC89C51 系列单片机属于微控制器，由于其CPU字长和指令功能的限制，它适用于控制领域，在信号处理方面不很擅长。在频率计中需要完成周期到频率的换算，为保证测量结果的准确，这里应用了浮点数数学运算。从周期到频率的换算过程包括: 3字节定点数到浮点数的转换、浮点数数学运算和浮点数到十进制码的转换。

5 制作调试

在硬件调试与制作方面，可从下面系列着手考虑。

信号盘可用一般钢板制成，这个信号盘就是发动机实验时所用的转盘，盘上共有11个齿，每个大孔直径为6mm，盘中心还有一个中心孔。中心孔主要用于在固定发动机上。将信号盘与电机安装在一起，使其随电机转动；传感器固定在支架上，垂直于转速盘，当转速盘旋转时，光电传感器就输出矩形脉冲信号，每11个脉冲对应发动机1个工作循环，其中的2个宽脉冲信号配合上止点信号可精确确定上止点的位置。

此检测装置完全按照发动机上传感器的实际安装位置进行安装。如图5.1，将信号盘固

定在电动机转轴上，光电转速传感器正对着信号盘。光电转速传感器接有4根导线，其中黑线、黄线为电源输入线，红线为信号输出线，白线为共地线。测量头由光电转速传感器组成，而且测量头两端的距离与信号盘的距离相等。测量用器件封装后，固定装在贴近信号盘的位置，当信号盘转动时，光电元件即可输出正负交替的周期性脉冲信号。信号盘旋转一周产生的脉冲数，等于其上的孔数。因此，脉冲信号的频率大小就反映了信号盘转速的高低。此转速测量装置可以实现数字显示，成为数字式转速表。

图5.1 转速测速示意图

LM324整形电路调试。在焊接硬件电路时需细心排除元器件和焊接等方面可能出现的故障，元器件的安装位置出错或引脚差错可能导致电路短路或实现不了电路本身的功能，甚至烧坏元器件。单片机部分最容易出现的问题为元器件引脚的虚焊。

被测物理量经过传感器变换后，往往成为电阻、电流、电压、电感等某种电参数的变化值。为了进行信号的分析、处理、显示和记录，须对信号作放大、运算、分析等处理，这就引入了中间变化电路。查阅有关资料结合选用的光电传感器相关参数，我们设计了如图3.6所示的中间变换电路。当调制盘上的圆形孔旋转至与光电开关的透光位置重合时，触发器输出高电平；当通光孔被遮住时，触发器输出低电平。输出的信号经LM324电路整形调试，可以将信号源完好的整形成矩形脉冲信号。在把矩形脉冲信号输入单片机之前，先把矩形脉冲信号接入示波器进行调试。

除了要考虑到硬件方面，对软件调试也不能忽视。

程序应该模块化，便于修改。使用RAM或IO，必须先定义再使用，避免直接引用。将来需要调整时，只要修改定义部分就好了。写程序要有足够的注释、说明文档、流程图、原理图。每次修改程序，应该同步更新相关的注释、说明文档、流程图、原理图。免得下次再改时对不上号。

实验板与PC机连接时一定要先连接串行通信电缆，然后再将其电源线插入USB借口；拆除时先断开其电源，再断开串行通信电缆。否则极易损坏PC机的串口。

在进行软件编程调试时需要用到单片机的集成开发环境MedWin V2.39 软件，编程时容易出现键盘输入和无意的语法错误，还有一些模块达不到预期的功能，都要经过调试才能排除。MedWin V2.39 软件具有很强大的编程调试功能，能够模仿仿真实际单片机的端口和内部功能部件的状态值。该软件中有硬件调试和软件调试功能可以看到单片机内存单元对应的运行值，外围部件中可以显示单片机端口，中断、定时器1、定时器2、定时器3 还有串口对应的运行值。可以单步调试也可以模块调试，最好的是可以对你所怀疑的语句模块设置断点。所以MedWin V2.39 具有强大的编译调试功能。此系统将个功能模块：主程序、数据处理程序、按键程序设计、中断服务子程序、LED显示程序分开分别进行调试，最后整体调试。编译无误后生成目标代码BIN文件。

采用STC 单片机下载软件STC-ISP将其下载到实验板的单片机中。在最后一步点击软件STC-ISP界面中的[下载]按钮之前，一定要保持实验板的串行通信线及电源线与PC 机连接良好，并且实验板的电源开关处于关闭状态，然后点击[下载]按钮，再打开实验板电源开关，此时软件将自动完成程序下载。下载完毕，实验板上的单片机立即开始运行。

6 结果分析

设计已基本完成题目中的各项要求，但是还是有一定的误差，其中电机转速的测量与实际转速相差15 转/分左右，经分析主要是由以下原因造成的：中断处理的进入和中断处理程序都会有一定时间的延时，从而造成时间闸门的误差，这是造成测量误差的一个主要因素。另外，由于电机的转盘是采用塑料盘片磨制而成，高速旋转时容易打飘不稳，导致获得的脉冲信号频率与实际转速有一定的误差。

结论

所选的毕业设计的题目是利用单片机STC 89C51为核心，结合光电传感器、LM324设计电动机转速测量装置。单片机采用定时器定时中断的方法实现对信号脉冲的测量并计算出发动机的转速，具有较强的使用价值，结合实际再进一步完善设计可以应用于实际操作。

参考文献

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基于光电传感器的直流电机转速测量系统设计-课设报告

北京信息科技大学 测控综合实践 课程设计报告 题目：基于光电传感器的直流电机转速测量系统设计学院：仪器科学与光电工程学院 专业：测控技术与仪器 学生姓名：

摘要 摘要 基于单片机的转速测量方法较多，本次设计主要针对于光电传感器测量直流电机转速的原理进行简单介绍，并说明它是如何对电机转速进行测量的。通过实验得到结果并进行了数据分析。 本次设计应用了STC89C52RC单片机，采用光电传感器测量电机转速的方法，其中硬件系统包括脉冲信号的产生模块、脉冲信号的处理模块和转速的显示模块三个模块，采用C语言编程，结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。 关键词：直流电机；单片机；PWM调节；光电传感器

Abstract

目录 摘要................................................................................................I 第一章概述 (1) 1.1 课设目标 (1) 1.2 内容 (1) 第二章系统设计原理 (2) 2.1 STC89C52单片机介绍 (2) 2.2 STC89C52定时计数器 (4) 2.3 STC89C52中断控制 (6) 2.4 光电传感器 (6) 2.5 数码管介绍 (7) 第三章硬件系统设计 (10) 3.1测速信号采集及其处理 (10) 3.2 单片机处理电路设计 (11) 3.3 显示电路 (12) 3.4 PWM驱动电路 (13) 第四章软件设计 (14) 4.1语言选用 (14) 4.2程序设计流程图 (14) 4.3原程序代码 (15) 第五章数据分析 (19) 总结 (20) 附件 (21) 参考文献 (23)

基于51单片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

自动化传感器实验报告十三 光电转速传感器测速实验

广东技术师范学院实验报告 学院：自动化专业：自动化班级： 08自动化 成绩： 姓名：学号： 组 别： 组员： 实验地点：实验日期：指导教师签名： 实验十二项目名称：光电转速传感器测速实验 一、实验目的 了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。 二、基本原理 光电式转速转速传感器有反射型和透射型两种，本实验装置是透射型的，传感器端部有发光管和光电管，发光管发出的光源通过转盘上开的孔透射后由光电二极管接受转换成电 信号，由于转盘上有相间的6个孔，转动时将获得与转速及孔数有关的脉冲，将电脉冲计数 处理即可得到转速值。 三、需用器件与单元 光电转速传感器、直流电源5V、转动源及2~24V直流电源、智能转速表。 四、实验步骤 1．光电转速传感器已经安装在传感器实验箱（二）上。 2．将+5V直流源加于光电转速传感器的电源端。 3．将光电转速传感器的输出接到面板上的智能转速表。 4．将面板上的0~30V稳压电源调节到5 V，接入传感器实验箱（二）上的转动电源处。 5．调节转动源的输入电压，使转盘的速度发生变化，观察转速表上转速的变化。 电压(V) 5 6 7 8 9 10 11 12 频率 （HZ) 45 60 78 95 113 130 150 169 6．调节转动源的输入电压，使转盘的转速发生变化，把界面切换到示波器状态，观察传感器输出波形的变化。 电压越大，波形越窄。 五、注意事项 1．转动源的正负输入端不能接反，否则可能击穿电机里面的晶体管。 2．转动源的输入电压不可超过24V，否则容易烧毁电机。 3．转动源的输入电压不可低于2V，否则由于电机转矩不够大，不能带动转盘，长时间

根据光电传感器的转速测量系统设计

课程设计说明书 题目基于光电传感器的转速测量系统设计课程名称电力电子技术课程设计 院（系、部、中心） 专业电气工程及其自动化 班级 学生姓名 学号240102224 设计时间2013. 6.3 ~ 6.14 设计地点工程实践中心8—315 指导教师

课程设计任务书 课程名称检测技术与系统课程设计院（系、部、中心）电力工程学院 专业电气工程及其自动化 班级电气101 起止日期13.6.3~6.14 指导教师许大宇

(1)给出设计说明书一份； (2)有条件的情况下尽量给出必要的实验数据； (3)在说明书中附上完整的系统电路原理图（手画或用PROTEL画）。 4．主要参考文献 1、李现明，吴皓编著.自动检测技术.北京：机械工业出版社，2009 2、徐仁贵.单片微型计算机应用技术.北京：机械工业出版社.2001 3、陈爱弟.Protel99实用培训教程.北京：人民邮电出版社.2000 5．课程设计进度安排

13年6月4日布置设计任务，熟悉课题，查找资料； 13年6月5日结合测控对象，选择合适的传感器，理解传感器性能； 13年6月6日设计传感器测量电路，选择合适的单片机，设计其外围电路； 13年6月7日设计电路参数，有条件情况下，在实验室进行实验，进一步理解测量电路输入输出关系； 13年6月8日继续设计论证电路参数，完善系统设计方案； 13年6月9日查找资料，理解系统各部分工作原理； 13年6月10日理清系统说明要点，着手设计说明书的书写； 13年6月11日书写设计说明书，充分理解系统每一部分作用； 13年6月12日完善设计说明书，准备设计答辩。 13年6月14日设计答辩。 6．成绩考核办法 平时表现30%，设计成果40%，答辩表现30%. 教研室审查意见： 教研室主任签字： 年月日院（系、部、中心）意见： 主管领导签字： 年月日

传感器设计实验―光电测转速

光电式传感器测转速实验报告 ——传感器与检测技术 班级：1321202 专业：测控技术与仪器学号：201320120209 姓名：林建宇

1.实验目的： 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）了解光电式传感器以及示波器的使用方法。 2.实验基本原理： 光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的(光电断续器也称光耦)，传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管，发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的6个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲数，脉冲经处理由频率表显示ｆ，即可得到转速ｎ=10f。实验原理框图如下图所示。 光耦测转速实验原理框图 3.需用器件与单元： 主机箱中的直流稳压电源、示波器、电压表、频率\转速表；转动源、光电转速传感器—光电断续器(已装在转动源上)。 4.实验步骤： （1）、按图1所示接线，并且接上示波器，将直流稳压电源调到10V档。

图1、光电传感器测速实验接线示意图 （2）、检查接线无误后，合上主机箱电源开关，调节电机控制旋钮，F/V表以及示波器就会显示相应的频率f，计算转速为n=10f。实验完毕，关闭主、副电源。 5、实验结论与总结 组数 1 2 3 4 5 6 仪器频率108 133 166 186 232 373 示波器频率106.083 134.913 167.949 188.170 232.125 373.892 转速1080 1330 1660 1860 2320 3730 （注：转速单位为转/分钟） 平均误差?△=∑△i/6 (i=6) ?△≈0.855 σ≈1.070 总结：通过计算可知标准差较小，仪器准确率较高。由仪器和示波器所测的两种频率，其中示波器所显示的为标准值。根据上面实验观察到的波形，由于孔所占比例小，所以方波的高电平比低电平要宽。光电式传感器测转速方法简单，易于实现。

光电传感器转速测量系统设计讲解

专业课程设计 题目 光电传感器的转速测量设计 院系：自动化学院 专业班级： 小组成员： 指导教师： 日期：2012年10月8---2012年10月19

一．课程设计描述 采用单片机、uln2003为主要器件，设计步进电机调速系统，实现电机速度开环可调。 二．课程设计具体要求 1、通过按键选择速度； 2、转速测量显示范围为0~9999转/秒。 3、检测并显示各档速度。 三．主要元器件 实验板（中号） 1个步进电机 1个 STC89C52 1个电容（30pF、10uF）各1个 数码管（共阳、四位一体）1个晶振（12MHz） 1个 小按键 4个 ULN2003 1个 电阻若干发光二极管 1个 三极管（NPN） 4个排阻 1个 四．原理阐述 4.1系统简述 按照题给要求，我们最终设计了如下的解决方案： 用户通过键盘键入控制指令（开关），微控制器在收到指令后改变输出的PWM 波，最终在ULN2003的驱动下电机转速发生改变。通过ST151传感器测量电机扇叶的旋转情况，将转速显示在数码管上。 在程序主循环中实现按键扫描与转速显示，将定时器0作为计数器，计数ST151产生的下降沿，可算出转速，并送至数码管显示。 设计思路： （1）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。 （2）对光电开关信号整流放大。 （3）脉冲经过单片机内部的计数器和定时器进行计数和定时。 （4）显示电路采用单片机动态显示。

4.2转速测量原理 在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N （r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]： N=60m/pTc (r/min) （1） 4.3转速测量系统组成框图 系统由信号预处理电路、单片机STC 89C51、系统化LED显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机匹配的TTL信号；通过对单片机的编程设置可使内部定时器T0对输入脉冲进行计数，这样就能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中转速显示部分采用价格低廉且使用方便的LED模块，通过相关计算方法计算得到的转速通过I2C总线放到E2PROM存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。系统的原理框图如图2.1所示。 图2.1 系统的原理框图 五．系统硬件电路的设计 系统硬件部分包含输入模块、显示模块、控制模块、测速模块等。在硬件搭建前，先通过Proteus Pro 7.5进行硬件仿真实现。 5.1脉冲产生电路设计

基于光电传感器的转速测量系统设计_毕业设计

毕业设计 学生姓名Xxx学号170302041 院(系) 电子与电气工程 专业Xxx 题目基于光电传感器的转速测量系统设计指导教师 年月

摘要：转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。目前常用的转速测量方法有离心式转速表测速法、测速发电机测速法、光电码盘测速法和霍尔元件测速法等。在对各种测速方法进行分析后提出了基于光电传感器的转速测量系统。详细分析了系统的组成及工作原理，给出了系统中各硬件模块设计方法及系统软件设计方法，给出了部分程序流程图和程序清单。该测速系统安装维护方便，工作稳定，运行可靠，具有较大的推广应用价值。 关键词：单片机，光电转速传感器，转速测量，数据处理

Abstract：The rotate speed is one of the important parameters for the engine, and it is also the important factor that calculates other parameters. At present there are many methods for the tachometric survey measurement. After analyze various rotate speed measurement methods, the photoelectric sensor tachometric survey system is presented. The composition and the principle of the system are presented, and the design method of hardware and the software are also presented. The whole system has the bigger promotion application value. Key words：single-chip computer，photoelectric sensor，rotate speed measurement，data processing

光电传感器的转速测量系统设计

课程设计报告 题目：光电传感器的转速测量系统设计姓名： 学号： 专业班级： 指导老师：

目录 1引言 (1) 2系统组成及工作原理 (1) 2.1转速测量原理 (1) 2.2转速测量的一般方法 (3) 2.3转速测量系统组成框图 (3) 3系统硬件电路的设计 (3) 3.1脉冲产生电路设计 (3) 3.2光电转换及信号调理电路设计 (4) 3.2.1光电传感器简介 (4) 3.2.2光电转换及信号调理电路设计 (5) 3.3测量系统主机部分设计 (7) 3.3.1单片机 (7) 3.3.2键盘显示模块设计 (9) 3.3.3串行通信模块设计 (11) 3.3.4电源模块设计 (12) 4系统软件设计 (13) 4.1程序模块设计 (13) 4.2数据处理过程 (15) 4.3浮点数学运算程序 (16) 5制作调试 (16) 6结果分析 (18) 7参考文献 (18)

1、引言 随着社会经济的快速发展，转速测量成为了社会生产和日常生活中重要的测量和控制对象。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。近年来，由于世界范围内对转速测量合理利用的日益重视，促使转速测量技术的迅速发展，各种新型的测量仪表相继问世并越来越多地得到应用。由于技术保密，厂家不会提供详细电路图和源代码，用户很难自行进行二次开发和改进。针对这种现状，使用光电传感器结合STC公司的STC 89C51型单片机设计的一种转速测量与控制系统。STC 89C51单片机采用了CMOS工艺和高密度非易失性存储器技术，而且其输入/输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容，是开发该系统的适合芯片。 2 、系统组成及工作原理 2.1 转速测量原理 在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N（r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]： N=60m/pTc (r/min) （1） 2.2 转速测量的一般方法 一般转速测量系统有以下几个部分构成，转速测量框图如图2-1所示。 图2-1 转速测量框图 1．转速信号拾取 转速信号拾取是整个系统的前端通道，目的是将外界的非电参量，通过一定方式转换

传感器实验参考资料

光电传感器测转速实验 实 验 指 导 书

简 介 一、本实验装置的设计宗旨： 本实验装置具有设计性、趣味性、开放性和拓展性，实验中大量重复的接线、调试和后续数据处理、分析、可以加深学生对实验仪器构造和原理的理解，有利于培养学生耐心仔细的实验习惯和严谨的实验态度。非常适合大中专院校开设开放性实验。本实验装置采用了性能比较稳定，品质较高的敏感器件，同时采用布局较为合理且十分成熟的电路设计。 二、光电传感器测转速实验实验装置 1．传感器实验台部分 2．九孔实验板接口平台部分：九孔实验板作为开放式和设计性实验的一个桥梁（平台）； 3．JK-19型直流恒压电源部分：提供实验时所必须的电源； 4．处理电路模块部分：差动放大器、电压放大器、调零、增益、移相等模块组成。 三、主要技术参数、性能及说明： （1）光电传感器：由一只红外发射管与接收管组成。 （2）差动放大器：通频带kHz 10~0可接成同相、反相、差动结构，增益为100~1倍的直流放大器。 （3）电压放大器：增益约为5位，同相输入，通频带kHz 10~0。 （4）19JK -型直流恒压电源部分：直流V 15±，主要提供给各芯片电源： V 6 ,V 4 ,V 2±±±分三档输出，提供给实验时的直流激励源；V 12~0：A 1ax Im =作 为电机电源或作其它电源。 光电传感器测转速实验 【实验原理】 如图所示：光电传感器由红外发射二极管、红外接收管、达林顿出管及波形整形组成。

发射管发射红外光经电机转动叶片间隙，接收管接收到反射信号，经放大，波形整形输出方波，再经转换测出其频率，。 图1 【实验目的】 了解光电传感器测转速的基本原理及运用。 【实验仪器】 如图所示，光电式传感器、JK-19型直流恒压电源、示波器、差动放大器、电压放大器、频率计和九孔实验板接口平台。 图2 图3 【实验步骤】 1．先将差动放大器调零，按图1接线；

光电、磁电传感器测量转速实验报告

广东技术师范学院实验报告 学院： 机电学院 专业： 机械电子工程（师范） 班级： 10机电师 成绩： 姓名： 章烁斌 学号： 15 组别： 组员： 实验地点： 607 实验日期： 2013.05 指导教师签名： 实验 （1） 项目名称：光电传感器、磁电传感器测量转速实验 1.实验项目名称 光电传感器、磁电传感器测量转速实验 2.实验目的和要求 （1）了解和掌握采用光电传感器测量的原理和方法 （2）了解和掌握采用磁电传感器测量的原理和方法 （3）了解和掌握转速测量的基本方法 3.实验原理 （1）光电传感器的结构和工作原理 光电传感器在工业上的应用可归纳为吸收式、遮光式、反射式、辐射式四种基本形式。本实验采用的是反射式光电传感器。反射式光电传感器的工作原理见图1，主要由被测旋转部件、反光片（或反光贴纸）、反射式光电传感器组成，在可以进行精确定位的情况下，在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸会取得较好的测量效果。在本实验中，由于测试距离近且测试要求不高，仅在被测部件上只安装了一片反光贴纸，因此，当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。通过测出这个跳变频率f ，就可以知道转速n 。n=f 图1 反射式光电传感器测转速的工作图

如果在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸，那么，n=f/N。N-反光片或反光贴纸的数量。 （2）磁电传感器的结构和工作原理 磁电传感器的内部结构请参考图2，它的核心部件有衔铁、磁钢、线圈几个部分，衔铁的后部与磁性很强的磁钢详解，衔铁的前端有固定片，其材料是黄铜，不导磁。线圈缠绕在骨架上并固定在传感器内部。为了传感器的可靠性，在传感器的后部填入了环氧树脂以固定引线和内部结构。 图2 磁电传感器的内部结构 使用时，磁电转速传感器是和测速（发讯）齿轮配合使用的，如图3。测速齿轮的材料是导磁的软磁材料，如钢、铁、镍等金属或者合金。测速齿轮的齿顶与传感器的距离d比较小，通常按照传感器的安装要求，d约为1mm。齿轮的齿数为定值（通常为60齿）。这样，当测速齿轮随被测旋转轴同步旋转的时候，齿轮的齿顶和齿根会均匀的经过传感器的表面，引起磁隙变化。在探头线圈中产生感应电动势，在一定的转速范围内，其幅度与转速成正比，转速越高输出的电压越高，输出频率与转速成正比。 图3 直射式光电传感器的工作方式 那么，在已知发讯齿轮齿数的情况下，测得脉冲的频率就可以计算出测速齿轮的转

感测技术实验指导书讲解

感测技术实验指导书

实验目录 实验一光敏、气敏、湿敏传感器的特性实验 (1) 实验二转速测量实验 (5) 实验三电子秤实验 (8) 实验四压力测量实验 (13) 实验五温度测量实验 (16) 实验六数字式传感器的应用实验 (20) 附录一实验台使用说明 (22) 附录二调节仪使用说明 (24)

实验一 光敏、气敏、湿敏传感器的特性实验 一、实验目的： 1．了解光敏、气敏、湿敏传感器的基本特性； 2．学会光敏、气敏、湿敏传感器的使用。 二、基本原理： 1．光敏电阻 光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。 光敏电阻器的主要参数： 1）亮电阻（k Ω）：指光敏电阻器受到光照射时的电阻值。 2）暗电阻(M Ω)：指光敏电阻器在无光照射（黑暗环境）时的电阻值。 3）亮电流：指光敏电阻器在规定的外加电压下受到光照射时所通过的电流。 4）暗电流(mA)：指在无光照射时，光敏电阻器在规定的外加电压下通过的电流。 5）电阻温度系数：指光敏电阻器在环境温度改变1℃时，其电阻值的相对变化。 6）灵敏度：指光敏电阻器在有光照射和无光照射时电阻值的相对变化。 2．热敏电阻 热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC ）和负温度系数热敏电阻器（NTC ）。正温度系数热敏电阻器（PTC ）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC ）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。 热敏电阻主要参数 1） 标称阻值Rc ：一般指环境温度为25℃时热敏电阻器的实际电阻值。 2） 实际阻值RT ：在一定的温度条件下所测得的电阻值。 3）电阻温度系数αT ：它表示温度变化1℃时的阻值变化率，单位为%/℃。 3．湿敏电阻 湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。工业上流行的湿敏电阻主要有：氯化锂湿敏电阻、有机高分子膜湿敏电阻等。 图1-1 光敏电阻外形示意图

传感器测转速的原理【详述】

传感器测转速的原理【详述】

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当电机转动时，带动传感器运动，产生对应频率的脉冲信号，经过信号处理后输出到计数器或 其他的脉冲计数装置，进行转速的测量。 低号址理 霍尔传感器如何测转速_霍尔传感器测转速原理 霍尔传感器测转速方案 霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。霍尔电位差UH的基本关系为： U H=K H IB K H=l/nq （金属） 霍尔传感器如何测转速—霍尔传感器测转速原理

传感器测速性能比较实验

传感器技术 实验报告 实验序号： *********************** 系别： ************** 班级： ********** 组别： ****** 成员：********* ****** ******** 1******** ****** ******** ********* ****** ******** ********* **** ******** 20**年**月**日

各类传感器测速性能比较实验 一、实验目的 比较各类传感器对测速实验的性能差异。 二、实验要求 通过实验二十（霍尔测速实验）、实验二十一（磁电式传感器测速实验）、实验二十八（电涡流传感器测转速实验）、实验三十一（光纤传感器测速实验）以及实验三十二（光电转速传感器的转速测量实验），获得实验数据，进而对实验数据进行比较，获得各传感器测速的性能。 三、基本原理 （一）霍尔测速实验：利用霍尔效应表达式UH = KHIB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，圆盘每转一周，磁场就变化N次，霍尔电势相应变化N次，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速（转速=60*频率/12）。 （二）磁电式传感器测速实验：基于电磁感应原理，N匝线圈所在磁场的磁 通变化时，线圈中感应电势：发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁钢时，每转一周线圈感应电势产生N次变化，通过放大、整形和计数等电路即可测量转速。 （三）电涡流传感器测转速实验：利用电涡流的位移传感器及其位移特性，当被测转轴的端面或径向有明显的位移变化（齿轮、凸台）时，就可以得到相应的电压变化量，再配上相应电路测量转轴转速。本实验请实验人员自己利用电涡流传感器和转动源、数显单元组建。 （四）光纤传感器测速实验：利用光纤位移传感器探头对旋转体被测物反射光的明显变化产生的电脉冲，经电路处理即可测量转速。 （五）光电转速传感器的转速测量实验：光电式转速传感器有反射型和直射型两种，本实验装置是反射型的，传感器端部有发光管和光电管，发光管发出的光源在转盘上反射后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有黑白相间的12个间隔，转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲，将电脉冲计数处理即可得到转速值。 四、主要器件及单元 霍尔式传感器、磁电式传感器、电涡流传感器、光纤传感器、光电转速传感器、直流源±15V、转速调节2~24V，转动源模块、光纤传感器实验模块、+5V 直流电源、转动源单元及转速调节2-24V、数显转速/频率表。

传感器测转速实验

◆光电传感器测转速实验 一、目的：了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。 二、原理：光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是反射型的(光电断续器也称光耦)<详细如下> 三、器材：主机箱中的转速调节30V/5A可调节直流稳压电源、频率\转速表、开关、电机、光电转速传感器——光电式旋转编码器(有) 四、实验步骤： 1、将主机箱中的转速调节0～24V旋钮旋到最小(逆时针旋到底)。将四位半表头的开关切换到转速处。 2、检查接线无误后，合上主机箱电源开关，调节电源输出电压，观察电机转动及转速表的显示情况。 3、从2V开始记录每增加1V相应电机转速的数据(待转速表显示比较稳定后读取数据)；画出电机的V-ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。实验完毕，关闭电源。 ◆电感式开关测转盘转速 一、目的：了解电感式开关测量转速的原理及方法。 二、原理：接通电源，电动机转动，金属片随转盘转动，每次接近电感式开关时，电感式开关的振荡器产生的电磁信号的减弱或消失，信号放大后传递转速数显上，从数显上读出转速。 三、器材：可调速电动机、可调压电压源，转盘，金属片，电感式开关，转速数显LED，导线。 连接图：

步骤： 1、如图安装各部件，金属片用螺栓固定在转盘上。将电路连好； 2、从2V开始记录每增加1V相应电机转速的数据(待转速表显示比较稳定后读取数据)； 3、画出电机的V-ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。实验完毕，关闭电源。 霍尔接近开关测电机转速实验 一、目的：了解霍尔接近开关测量转速的原理及方法。 一、器材：可调转速电机、脉冲四位半表头、磁铁、霍尔接近开关。 二、步骤： 1、将磁铁固定在电机转盘上，霍尔接近开关的端面对准转盘上的磁铁，使端面与磁铁之间的间隙大约为2～3mm。 2、接好线路并运行，从小到大调节电压从而改变电机转速，观察电机转动并记录四位半表头数显。 3、从2V开始每增加1V电压，观察表头显示，记录数据(待电机转速比较稳定后读取数据)；画出电机的ｖ—ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。实验完毕，关闭电源。 总结： 一、器材： 1、主机箱中的转速调节30V/5A可调节直流稳压电源 2、光电式开关（有） 3、电机 4、光电转速传感器——光电式旋转编码器(有) 5、转盘 6、金属片 7、电感式开关 8、转速数显LED 9、导线/连接线 10、磁铁（有） 11、霍尔接近开关（有） 二、实验安排： 5月10日上交本次实验具体方案，经老师批改后于5月16日前买好所有器材，5月16日、17日为实际操作阶段。5月23日前完成数据的处理。5月24日开始设计下一个实验！

传感器课设基于LabVIEW的光电传感器测转速

基于LabVIEW和光电式传感器的转速检测与控制设计 摘要：转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。目前常用的转速测量方法有离心式转速表测速法、测速发电机测速法、光电码盘测速法和霍尔元件测速法等。在对各种测速方法进行分析后提出了基于光电传感器的转速测量系统。详细分析了系统的组成及工作原理，给出了系统中各硬件模块设计方法，给出了部分程序流程图。该测速系统安装维护方便，工作稳定，运行可靠，具有较大的推广应用价值。 关键词：光电转速传感器，转速测量，数据处理

目录 1 相关背景和简介 3 2 系统组成及工作原理 3 2.1转速测量原理 4 2.2转速测量系统组成框图 4 2.3 设计思路5 3 系统硬件电路的设计 5 3.1 脉冲产生电路设计 5 3.2传感器接口电路设计6 3.3 光电转换及信号调理电路设计7 3.3.1 光电传感器简介7 3.3.2 光电转换及信号调理电路设计9 4 硬件构造10 5 LabVIEW虚拟仪器转速测量的实现11 5.1 前面板12 5.2 程序框图13 6 结果13

6.1硬件设备及连接13 6.2 设备运行及测量显示14 7 小结15参考文献16

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。

电机转速测量系统

电机课程设计 题目：电机转速测量系统 院（系）：机电工程学院 专业：电气工程及其自动化 学生姓名：蒋明波 学号： 0500120308 指导教师：高鹏 职称：副教授 2008年7 月4 日

目录： 1、摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------3 2、系统结构----------------------------------------------------------------------------------------------3 3、获取脉冲信号的方法----------------------------------------------------------------------------4 3、1霍尔传感器-------------------------------------------------------------4 3、2 光电传感器-------------------------------------------------------------5 3．3光电编码器-------------------------------------------------------------6 4、硬件连接图及原理------------------------------------------------------------------------------6 5、实验程序及分析-----------------------------------------------------------------------------------8 6．仿真-----------------------------------------------------------------15 7、PROTEL DXP原理图-------------------------------------------------------------------16 8、PCB图-------------------------------------------------------------------------------------------------16 9、硬件调试结果与分析-------------------------------------------------------------------------17 10、谢词---------------------------------------------------------------------------------------------------17 11、参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------18

实验 磁电传感器转速测量实验

实验磁电传感器转速测量实验 一. 实验目的 1.通过本实验了解和掌握采用磁电传感器测量的原理和方法。 2.通过本实验了解和掌握转速测量的基本方法。 二. 实验原理 1.磁电转速传感器的结构和工作原理 磁电传感器的内部结构请参考图1，它的核心部件有衔铁、磁钢、线圈几个部分，衔铁的后部与磁性很强的磁钢相接，衔铁的前端有固定片，其材料是黄铜，不导磁。线圈缠绕在骨架上并固定在传感器内部。为了传感器的可靠性，在传感器的后部填入了环氧树脂以固定引线和内部结构。 图1 磁电传感器的内部结构 使用时，磁电转速传感器是和测速（发讯）齿轮配合使用的，如图2。测速齿轮的材料是导磁的软磁材料，如钢、铁、镍等金属或者合金。测速齿轮的齿顶与传感器的距离d比较小，通常按照传感器的安装要求，d约为1mm。齿轮的齿数为定值（通常为60齿）。这样，当测速齿轮随被测旋转轴同步旋转的时候，齿轮的齿顶和齿根会均匀的经过传感器的表面，引起磁隙变化。在探头线圈中产生感生电动势，在一定的转速范围内，其幅度与转速成正比，转速越高输出的电压越高，输出频率与转速成正比。 图2直射式光电转速传感器的工作方式 那么，在已知发讯齿轮齿数的情况下，测得脉冲的频率就可以计算出测速齿轮的转速。如

设齿轮齿数为N，转速为n，脉冲频率为f，则有： n=f/N 通常，转速的单位是转/分钟（rpm），所以要在上述公式的得数再乘以60，才能得到以rpm为单位的转速数据，即n=60×f/N。在使用60齿的发讯齿轮时，就可以得到一个简单的转速公式n=f。所以，就可以使用频率计测量转速。这就是在工业中转速测量中发讯齿轮多为60齿的原因。 2.DRCD-12-A型磁电转速传感器简介 DRCD-12-A型磁电转速传感器采用了RS9001-1型无源磁电转速传感器作为敏感探头，为了适应采集卡对信号幅度的要求，在探头的处理电路中使用了限幅放大电路、比较器等电路，最后将幅值与转速成正比的类正弦（与发讯齿轮的齿形有关系）脉冲信号，处理成幅值在0～＋5V的方波信号。 传感器的探头与转子实验模块通过BNC连接器连接，探头本身就是一个完整的RS9001-1型工业用无源磁电转速传感器。探头的工作信号可以接到模拟示波器上进行观察。据资料，RS9001-1型无源磁电转速传感器的测量范围在10～10000rpm（60齿），发讯齿轮的齿形最好是渐开线齿形，模数2～4。输出的波形是近似正弦波。如果使用大模数的齿轮或者用其他齿形将会产生巨大的波形畸变，妨碍精确测量。 DRZZS-A型转子实验台的发讯齿轮齿数为15，为了安全的考虑，并没有将齿轮做成标准的渐开线齿形，而是做成了圆顶。 三. 实验仪器和设备 1. 计算机n台 2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台1套 3. 并口数据采集仪（DRDAQ-EPP2）1台 4. 开关电源（DRDY-A）1台 5. 磁电转速传感器（DRCD-12-A）1套 6. 转子/振动实验台（DRZZS-A）/(DRZD-A) 1 台 四. 实验步骤及内容 1.将磁电传感器安装在转子试验台上专用的传感器架上，使其探头对准测速用15齿齿轮 的中部，调节探头与齿顶的距离，使测试距离为1mm。图3为DRZZS-A型多功能转 子试验台传感器安装位置示意图，其中1号位置即为磁电转速传感器安装位置。 2.启动服务器，运行DRVI程序，点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其 中的“DRVI采集仪主卡检测”进行服务器和数据采集仪之间的注册。联机注册成功后，从DRVI工具栏和快捷工具条中启动“内置的Web服务器”，开始监听8500端口。 3.打开客户端计算机，启动计算机上的DRVI程序，然后点击DRVI快捷工具条上的“联 机注册”图标，选择其中的“DRVI局域网服务器检测”，在弹出的对话框中输入服务 器IP地址（例如：192.168.0.1），点击“发送”按钮，进行客户端和服务器之间的认证，

光电传感器在转速测量中的应用

光电传感器在转速测量中的应用 摘要：光电传感器是采用光电元件作为检测元件，首先把被测量的变化转变为信号的变化，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3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，体积小。 关键词：光电传感器直射式反射式电机转速 1．引言（问题背景概述） 在现带社会生活中，生活生产中很多放方面都要求对速度进行精确测量，尤其是在转速方面的测量，对于所有旋转机械而言，都需要监测旋转机械轴的转速，转速是衡量机器正常运转的一个重要指标。例如，人们日常生活所用的电大都是通过发电机进行发电，而这时就要知道发电机的转速，以便对其进行控制，输出稳定电压，否则将会给我们的生活和生产带来很多不方便。再比如一些机床设备，要求对电机有稳定的转速输出才能正工作，就要知道此刻电动机的转速以便实行控制。所以，面对生活生产中对转速要求高的设备就要知道其转速，然后根据测量转速对其进行精确控制。 2．解决方案 采用直射式或反射式光电传感器进行转速的测量，然后由控制系统进行精确控制。 3.系统结构/基本电路/原理阐述等 光电传感器 光电传感器是应用非常广泛的一种器件，有各种各样的形式，如直射式、反射式等，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1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，可以制作一个遮光叶片如图2所示，安装在转轴上，当扇叶经过时，产生脉冲信号。当叶片数较多时，旋转一周可以获得多个脉冲信号。 图1光电传感器的原理图 图2

传感器实验教案

实验一开关式霍尔传感器测转速实验 一、实验目的：了解开关式霍尔传感器测转速的应用 二、基本原理：开关式霍尔传感器是线性霍尔元件的输出信号经放大器放大，再经施密特触发器整形成矩形波（开关信号）输出的传感器。开关式霍尔传感器测转速的原理图如图所示：当被测圆盘上装有只磁性体时，圆盘每转一周，磁场变化6次，开关式霍尔传感器就同频率f相应变化输出，再经转速表显示转速n。 三、实验仪器：传感器实验台 四、实验步骤： 1、根据图将霍尔转速传感器安转于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2~3mm。 2、将主机箱中的转速调节电源0~24V旋钮调到最小（逆时针方向转到底）后接入电压表（电压表量程切换开关打到20V档）：其它接线按图所是连接（注意霍尔转速传感器的三根引线的序号）：将频频\转速表的开关按到转速档。 3、检查接线无误后合上主机箱电源开关，在小于12V范围内（电 压表监测）调节主机箱的转速调节电源（调节电压改变直流电机电驱电压），观察电机转动及转速表的现实情况。 4、从2V开始记录，每增加1V相应电机转速的数据（待电机转速稳定后读取数据）；画出电机的V-n（电机电驱电压与电机转速的关系）特性曲线，实验完毕，关

闭电源。 五、 思考题： 利用开关式霍尔传感器测转速时被测对象要满足什么条件？ 实验二 磁电式传感器测转速实验 一、 实验目的：了解磁电式测量转速的原理。 二、 基本原理：磁电传感器是一种将被测物理量转化成为感应电势的传感器，也 称为电 动式传感器。根据电磁感应定律，一个匝数为N 的线圈在磁场中切割磁力线时穿过线圈的磁通量发生变化，线圈两端就会产生感应电势，线圈中感应电势为：dt dB NS dt d N e -=Φ-= 。在线圈匝数一定的情况下，感应电势的大小与穿过该线圈的磁通变化率成正比。当传感器的线圈匝数和永久磁钢选定（即磁场强度已定）后，使穿过线圈的磁通量发生变化的方法有两种：一种是让线圈和磁力线作相对运动，即利用线圈切割磁力线而使线圈产生感应电势；另一种则是把线圈和磁钢部固定，靠衔铁运动来改变磁路中的磁阻，从而改变通过线圈的磁通。因此，磁电式传感器可分为两大类型：动磁式及可动衔铁式（即可变磁阻式）。本实验应用动磁式磁电传感器，实验原理框图如图20-1所示。当转动盘上嵌入6个磁钢时，转动盘每转一周磁电传感器感应电势e 产生6次的变化，感应电势e 通过放大，整形由频率表显示f ，转速n=10f 。 三、 需用器件与单元：