目录
1设计目的 (1)
2 系统组成及工作原理 (1)
2.1 转速测量原理 (1)
2.2 转速测量系统组成框图 (1)
3 系统硬件设计关键技术 (2)
3.1 脉冲产生电路设计 (2)
3.2 光电转换及信号调理电路设计 (3)
3.2.1 光电传感器简介 (3)
3.2.2 光电转换及信号调理电路设计 (4)
3.3 测量系统主机部分设计 (5)
3.3.2 键盘显示模块设计 (7)
3.3.3 串行通信模块设计 (9)
3.3.4 电源模块设计 (10)
4 系统软件设计关键技术 (11)
4.1程序模块设计 (11)
4.2 数据处理过程 (13)
4.3 浮点数学运算程序 (14)
5 制作调试及系统精度评价方法 (14)
6 系统标定 (16)
7 系统价格及关键零部件供应商 (17)
1设计目的
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 系统硬件设计关键技术
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
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
上图是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
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 系统软件设计关键技术
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 制作调试及精度评价方法
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 系统评定
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。
7 系统价格及关键零部件供应商
通过价格评估该系统的价位在500—800元之间。
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)
. 传感器原理及应用期末课程设计题目基于霍尔传感器的转速测量电路设计 姓名小波学号8888888888 院（系）电子电气工程学院 班级清华大学——电子信息 指导教师牛人职称博士后 二O一一年七月十二日
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。针对工业上常见的发动机设计了以单片机STC89C51为控制核心的转速测量系统。系统利用霍尔传感器作为转速检测元件，并利用设计的调理电路对霍尔转速传感器输出的信号进行滤波和整形,将得到的标准方波信号送给单片机进行处理。实际测试表明,该系统能满足发动机转速测量要求。 关键词：转速测量，霍尔传感器，信号处理，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. The rotate speed measurement system for the common engine is designed with the single chip STC89C51. The signal of the rotate speed is sampled by the Hall sensor, and it is transformed into square wave which will be sent to single chip computer. The result of the experiment shows that the measurement system is able to satisfy the requirement of the engine rotate speed measurement. Key words:rotate speed measurement, Hall sensor, signal processing, data processing
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
兰州交通大学 毕业设计文献综述 题目：基于单片机的电机转速测量系统Title:Motor speed measuring system based on single chip microcomputer 姓名：韦宝芸
学号：3 班级：机设1202班 摘要 本文首先叙述了单片机测量转速的系统构成及转速测量的几种常用方法，分析了相应方法在测量上的特点、误差和计算。其次，针对特定的应用环境，设计出一种基于 80C51单片机的全数字式测速系统，详细阐述了系统的工作原理，指出产生误差的可能原因，并给出了具体解决的方法；根据系统要求编制了源程序，分析其工作流程。最后，对构建的系统利用仿真机进行调试，对测量指标进行了分析、比较并提出改进方案。 关键词：单片机、转速、测量精度 Abstract
This paper first discussed some ways for rotary speed measure. It analyzed characters and errors of these ways. Second, it designed full digital measure system based on a Single-Chip Microprocessor(80C51) responding to special application, stated the working theory of the system and the methods to solve the errors, writed the working programmes by A51 assemble language. Finally, this system implementation was confirmed by using of Keil-51 simulator. The characters on the error margin and accuracy was summarized. Keywords : Single-Chip Microprocessor、rotary speed 、measureprecision Keil-51
一、概述 该课程设计是关于直流电动机转速的测量。转速是电动机极为重要的一个状态参数，一般是指电机转子的每分钟转数，通常用r/min 表示。本次课程设计选用光电测速法，测量电路由光电转换电路，整形电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，时序控制电路和计数、译码、驱动、显示电路构成，电机转速的测量范围为600r/min~30000r/min ，测量的相对误差 1%，并用5位LED 数码管显示出相应的电机转速。 本次课设需满足以下设计要求： 1根据技术指标，设计各部分电路并确定元器件参数； 2.用5位LED 数码管显示出相应的电机转速； 3.画出电路原理图（元器件标准化，电路图要规范化）。 二、方案论证 本课程设计是设计电机转速测量系统，采用光电测速方案，将转速信号转化为脉冲信号，然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量，方案中包括光电转换电路，整形电路，闸门电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，控制电路和计数、译码、驱动、显示电路。原理方框图如图1所示： 在电动机转轴上安装一个圆盘，在圆盘上打6个均匀小孔。当电动机旋转时光源通过小孔投射到光敏三极管上，就产生了一序列的脉冲信号，光敏三极管产生的脉冲信号频率与电机转速成正比。脉冲信号经过整形电路转变成方波，再用二倍频电路使整形后的信号频率变为原来的二倍。再由晶体振荡电路输出的信号经过215分频电路， 光电转换电路 整 形 电 路 闸 门 电 路 计数、译码、驱动、显示 电路 输入 信号 晶体振荡器 电路 分 频 电 路 控 制 电 路 图1 电机转速测量系统原理框图
产生1Hz的基准信号，再经过10分频，便可产生一个0.1Hz的基准信号，该基准信号用来控制闸门电路，把经过倍频的光电转换后的信号计数并显示出来 三、电路设计 1.光电转换电路 在该部分可以用发光元件作为光的发射部分，可以选择发光二极管作发光元件，接收部分则要选择光敏三级管作为接受部件。其原理是用光敏三极管接收发光二极管通过小孔发射过来的光信号。在电机的转轴上安装上已打好6个均匀小孔的圆盘，让发光二极管与光敏三极管通过小孔相对，这样电机每转动一周，光线就会相应通过小孔6次，因为光电转换器受光一次就会产生一个脉冲，所以说电机在每转一周后就会相应的产生了6个脉冲。光电转换电路原理如图2所示： 图2 光电转换电路原理图 图中R1和R2为两个为350Ω限流电阻，LED持续发出的光被带孔圆盘间歇性阻断，变成间断的光信号，而光敏三极管将接收到的光信号转化成电信号，作用于之后的系统。 2.整形电路 整形电路用555定时器构成施密特触发器，利用施密特触发器，将输入的信号进行整形，输出为方波。2和6管脚连在一起接输入信号，从3管脚输出，输入信号与 输出信号反相，在5管脚接入10nF的滤波电容，当输入电压v i ﹤1/3Vcc时，v o 输出 为高电平，当输入电压v i ﹥2/3Vcc时，v o 输出为低电平。整形电路接法及输出波形如 图3和图4所示：
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。
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
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
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；
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
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
摘要 在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。数字式通常采用光电编码器，霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。 本文便是运用AT89C51单片机控制的智能化转速测量仪。电机在运行过程中，需要对其进行监控，转速是一个必不可少的一个参数。本系统就是对电机转速进行测量，并可以和PC机进行通信，显示电机的转速，并观察电机运行的基本状况。 本设计主要用AT89C51作为控制核心，由霍尔传感器、LED数码显像管、HIN232CPE电平转换、及RS232构成。详细介绍了单片机的测量转速系统及PC机与单片机之间的串行通讯。充分发挥了单片机的性能。本文重点是测量速度并显示在5位LED数码管上。 其优点硬件是电路简单，软件功能完善，测量速度快、精度高、控制系统可靠，性价比较高等特点。 关键字：MSC-51（单片机）；转速；传感器
目录 摘要 (1) Abstract ................................... 错误！未定义书签。 1 序言 (1) 2 系统功能分析 (2) 2.1 系统功能概述 (2) 2.2 系统要求及主要内容 (3) 3 系统总体设计 (4) 3.1 硬件电路设计思路 (4) 3.2 软件设计思路 (4) 4 硬件电路设计 (6) 4.1 单片机模块 (6) 4.1.1 处理执行元件 (6) 4.1.2 时钟电路 (10) 4.1.3 复位电路 (11) 4.1.4 显示电路 (12) 4.2 霍尔传感器简介 (15) 4.2.1 霍尔器件概述 (15) 4.2.2 霍尔传感器的应用 (16) 4.2.3 AH41霍尔开关 (17) 4.3 发送模块 (18) 5 软件设计 (22) 5.1 单片机转速程序设计思路及过程 (22) 5.1.1 单片机程序设计思路 (22) 5.1.2 单片机转速计算程序 (23) 5.1.3 二-十进制转换程序 (24) 5.2 程序设计 (27) 6 系统调试 (29) 6.1 硬件调试 (29) 6.2 软件调试 (30) 6.3 综合调试 (32)
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
数字式转速测量系统设计方案 1.1 数字式转速测量系统的发展背景 目前国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。 1.2 本设计课题的目的和意义 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合, 例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。 这次设计容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的容，显示部分等各个模块的通信和联调。全面了解单片机和信号放大的具体容。进一步锻炼我们在信号采集，处理，显示发面的实际工作能力。
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
基于霍尔传感器的 转速测量 姓名：** 班级：** 学号：** 指导老师：** 基于霍尔传感器的转速测量
摘要 本文介绍一种用STC89C51单片机测量小型电动机转速的方法，霍尔传感器的工作原理，阐述了霍尔传感器测速系统的工作过程，利用脉冲计数法实现了对转速的测量，通过LCD 直观地显示电机的转速值。结合硬件电路设计，采用模块化方法进行了软件设计。编制了电机转速的测量设计了测量模块、转速模块、显示模块等的C51程序。系统以单片机STC89C51为控制核心，用霍尔集成传感器作为测量小型直流电机转速的检测元件，经过单片机数据处理，用8位LED数码管动态显示小型直流电机的转速。 关键词：单片机；转速测量；霍尔传感器 背景： 在直流电机的多年实际运行的过程中，机械测速电机不足之处日益明显，其主要表现为直流测速电机DG中的炭刷磨损及交流测速发电机TG中的轴承磨损，增加了设备的维护工作量，也随着增加了发生故障的可能性；同时机械测速电机在更换炭刷及轴承的检修作业过程中，需要将直流电动机停运，安装过程中需要调整机械测速电机轴与主电机轴的同轴度，延长了检修时间，影响了设备的长期平稳运行。 随着电力电子技术的不断发展，一些新颖器件的不断涌现，原有器件的性能也随着逐渐改进，采用电力电子器件构成的各种电力电子电路的应用范围与日俱增。因此采用电子脉冲测速取代原直流电动机械测速电机已具备理论基础，如可采用磁阻式、霍尔效应式、光电式等方式检测电机转速。 经过比较分析后，决定采用测速齿轮和霍尔元件代替原来的机械测速电机。霍尔传感器作为测速器件得到广泛应用。霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。霍尔效应这种物理现象的发现，虽然已有一百多年的历史，但是直到20世纪40年代后期，由于半导体工艺的不断改进，才被人们所重视和应用。我国从70年代开始研究霍尔器件,经过20余年的研究和开发,目前已经能生产各种性能的霍尔元件,霍尔传感器具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小和耐高温等特点。 （一）转速的测量原理 转速是工程中应用非常广泛的一个参数，而随着大规模及超大规模集成电路技术的发展，数字测量系统得到普遍应用，利用单片机对脉冲数字信号的强大处理能力，应用全数字化的结构，使数字测量系统的越来越普及。在测量范围和测量精度方面都有极大的提高。转速的测量方法有很多，由于转速是以单位时间内的转速来衡量的，所以本文采用霍尔元器件测量转速。 霍尔器件是有半导体材料制成的一种薄片，其长为l，宽为b，厚度为d。若在垂直于薄片方向（即沿厚度d的方向）施加外磁场，在沿长为l的方向的两端面加外电场，则其内部会有一定的电流通过。由于电子在磁场中运动，所以将受到一个洛仑兹力，其大小为： F=qVB, 式中：F为洛伦兹力；q为载流子电荷，V为载流子运动速度，B为磁感应强度。
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。
测试技术基础课程设计 报告书 设计题目转速测量及控制电路设计 院（系）机械工程与应用电子技术学院班级080102 指导教师 组长 组员 2011 年 6 月7 日 北京工业大学
目录 一、课题背景、目的及目标 (2) 二、方案选择 (2) 2.1备选方案 (2) 2.2测量电路原理 (3) 2.3控制电路工作原理 (8) 三、方案具体实施 (12) 3. 1传感器的选择 (12) 3.2电路板制作及调试 (12) 3.3整体电路搭建和调试 (12) 四、系统测试的具体步骤及过程和结果 (13) 4.1电路分块测试 (13) 4.2整体电路测试 (13) 五、分析与总结 (14) 六、小组成员及分工 (16) 七、参考文献 (16)
一、课题背景、目的及目标 在各种工业生产领域里都活跃着各式各样的旋转机械，如何正确地测量这些旋转机械的转速，并加以控制，这对利用旋转机械获得输出动力的用户来说，是一项不可缺少的工作。我们的系统就是来实现如何测量转速并进行转速控制的功能，最终可以应用到实际生产过程中。 二、方案选择 转速的测量方法多种多样，利用传感器来测量是现今最通用的路径。广泛应用的传感器有光电传感器、电磁传感器、霍尔传感器等。 2.1备选方案 1.运用光电式转速传感器将转速信号转为数字信号，将信号传送到计算机，运用labview显示电机转速，并发出转速控制命令，在经过D/A转换和控制电路控制电机转速； 图2.1 2.运用光电式转速传感器将转速信号转为数字信号，将其传送至放大电路并显示转速，和要求的转速进行比较，然后调整控制电路地滑动变阻器电阻，进而控制电机转速 图2.2 3.运用霍尔式转速传感器将转速信号转为数字信号，将其传送至放大电路并显示转速，和要求的转速进行比较，然后调整控制电路地滑动变阻器电阻，进而控制电机转速。
◆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！