光電傳感器及應(yīng)用重點(diǎn)

1、教學(xué)單元（學(xué)習(xí)情境）5授課說明學(xué)習(xí)領(lǐng)域名稱：光電傳感器及應(yīng)用授課教師：課程總學(xué)時(shí)：64教學(xué)單兀5:光電傳感器及應(yīng)用學(xué)時(shí)數(shù)：12累計(jì)學(xué)時(shí)：38授課時(shí)間安排與授課班級執(zhí)行記錄授課地點(diǎn)資訊1.5計(jì)劃0.5授課日決策0.5期實(shí)施2.5檢查0.5評估0.5PPT網(wǎng)絡(luò)資源參考資料傳感器技術(shù)教材教學(xué)方法宏觀：引導(dǎo)文法微觀:見下教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：技能目標(biāo)：態(tài)度目標(biāo)：1.熟悉光電效應(yīng)及其分類1.利用熱釋電紅外傳感器和單片機(jī)設(shè)計(jì)1.培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神2.了解光電傳感器工作原理報(bào)警器2.養(yǎng)成良好的職業(yè)道德3.熟悉熱釋電紅外傳感器的工作原理2.能使用Proteus+KeilC 仿真3.提高質(zhì)量、成本、安

2、全、環(huán)保意識4.掌握熱釋電紅外報(bào)警器的設(shè)計(jì)3.能使用Proteus 或 protel繪制PCB圖5. 掌握光電轉(zhuǎn)速計(jì)的設(shè)計(jì)4.學(xué)習(xí)產(chǎn)品的制作與調(diào)試6.掌握尋跡小車的設(shè)計(jì)重點(diǎn)：難點(diǎn)：1.光電元件的主要特性和特點(diǎn)1.熱釋電紅外傳感器的工作激勵(lì)2.熱釋電紅外報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作2.熱釋電紅外報(bào)警器的設(shè)計(jì)3.光電轉(zhuǎn)速計(jì)的設(shè)計(jì)與制作4.尋跡小車的設(shè)計(jì)與制作資訊：1.5學(xué)時(shí)（注：1學(xué)時(shí)=45 min，下同）教學(xué)提綱主要內(nèi)容教學(xué)資源及工具教學(xué)方法參考時(shí)間備注1 .目標(biāo)描述下發(fā)設(shè)計(jì)任務(wù)書，描述項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)實(shí)物展示、PPT設(shè)計(jì)任務(wù)書講授法演示法5 min下發(fā)引導(dǎo)文2.布置任務(wù)1）交代項(xiàng)目任務(wù)2）發(fā)放相關(guān)學(xué)習(xí)資料P

3、PT講授法演示法5 min3.學(xué)習(xí)光電傳感器的理論知識1）講授光電效應(yīng)概念和分類2）講授光電傳感器的組成和工作原理3）演示 Proteus+KeilC 軟件的使用PPT計(jì)算機(jī)及Proteus軟件講授法演示法模仿法40 min與練習(xí)題配合4.熱釋電紅外報(bào)警器工作原理分析1）學(xué)生在老師的指導(dǎo)下分析 熱釋電紅外報(bào)警器工作原理2）各學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目需要， 查 找相關(guān)資料。投影儀PPT分析法講解法 小組討論法15 min5回答學(xué)生提問回答學(xué)生提問PPT討論法5 min計(jì)戈U： 0.5學(xué)時(shí)教學(xué)提綱主要內(nèi)容教學(xué)資源及工具教學(xué)方法參考時(shí)間備注1項(xiàng)目分組分配工作小組，開展項(xiàng)目，制訂小組工作計(jì)劃花名冊討論法10 mi

4、n2.制定項(xiàng)目執(zhí)行計(jì) 劃1）以小組為單位，討論全加 器的設(shè)計(jì)方案，分配設(shè)計(jì)任 務(wù)。2）教師對方案進(jìn)行指導(dǎo)設(shè)計(jì)任務(wù)書頭腦風(fēng)暴法小組討論法15mi n決策：0.5學(xué)時(shí)教學(xué)提綱主要內(nèi)容教學(xué)資源及工具教學(xué)方法參考時(shí)間備注1 原理圖輸入的熱 釋電紅外報(bào)警器的 設(shè)計(jì)方案確定1）分組討論修改方案，確定全加器的整體設(shè)計(jì)方案2）教師指導(dǎo)項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)書方案、計(jì)劃初稿多媒體設(shè)備演示法項(xiàng)目法 小組合作法15 min2 .項(xiàng)目工作計(jì)劃的確定1）分組討論修改項(xiàng)目工作計(jì) 戈師生、小組內(nèi)多次交流 互動(dòng)，達(dá)成一致紙、筆、電腦小組合作法10 min實(shí)施：2.5學(xué)時(shí)教學(xué)提綱主要內(nèi)容教學(xué)資源及工具教學(xué)方法參考時(shí)間備注1. Prote

5、us軟件的原理圖設(shè)計(jì)輸入1）學(xué)生完成熱釋電紅外報(bào)警 器的Proteus原理圖設(shè)計(jì)輸 入2）教師指導(dǎo)PPT計(jì)算機(jī)及Proteus軟件實(shí)際操作法20 min學(xué)生在實(shí)施 過程中的每 個(gè)步驟進(jìn)行 自查，及時(shí)修 正。并進(jìn)行工 作情況記錄。2. Proteus+KeilC軟件的綜合、編譯及下載設(shè)置1）按設(shè)計(jì)流程完成電路的綜 合、編譯。2）按照給定管腳號對設(shè)計(jì)進(jìn) 行管腳分配。3）完成下載設(shè)置及下載計(jì)算機(jī)及Proteus+KeiC 軟件學(xué)習(xí)開發(fā)套件項(xiàng)目教學(xué)法15mi n3.產(chǎn)品的制作調(diào)試1）學(xué)生完成對熱釋電紅外報(bào) 警器電路的制作調(diào)試2）列寫調(diào)試方法及步驟3）記錄發(fā)現(xiàn)的問題和解決問 題的方法計(jì)算機(jī)及KeilC軟

6、件學(xué)習(xí)開發(fā)套件萬用表試驗(yàn)法75 min檢查：0.5學(xué)時(shí)教學(xué)提綱主要內(nèi)容教學(xué)資源及工具教學(xué)方法參考時(shí)間備注1 .質(zhì)里檢驗(yàn)全加器功能檢驗(yàn)學(xué)習(xí)開發(fā)板萬用表測試法15 min2.填寫檢查單學(xué)生填寫檢查單項(xiàng)目檢查單評價(jià)法10mi n評估：0.5學(xué)時(shí)教學(xué)提綱主要內(nèi)容教學(xué)資源及工具教學(xué)方法參考時(shí)間備注1 過程與結(jié)果評價(jià)1）自評：學(xué)生對本項(xiàng)目的整 個(gè)實(shí)施過程進(jìn)行評價(jià)2）互評：以小組為單位，分 別對其他組做的工作結(jié)果進(jìn) 行評價(jià)和建議3）教師評價(jià)：教師對學(xué)生匯 報(bào)及成結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，指出 每個(gè)小組極其成員的優(yōu)點(diǎn)，并提出改進(jìn)建議項(xiàng)目評價(jià)表學(xué)生自做匯報(bào)PPT計(jì)算機(jī)投影儀講解法討論法15 min教師就節(jié)能、 環(huán)保、女全等

7、 問題提出建 議2.資料整理和提升1. 學(xué)生項(xiàng)目準(zhǔn)備過程中收集 的電子與紙質(zhì)資料2. 項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件的整理3. 工作過程手冊的填寫完善多媒體演示U盤工作過程手冊演示法討論法10mi n學(xué)習(xí)情境（項(xiàng)目）小結(jié)9 -講稿格式：教學(xué)單元（項(xiàng)目） 5一、資訊：1下發(fā)項(xiàng)目任務(wù)：項(xiàng)目實(shí)施 任務(wù)書 -熱釋電紅外報(bào)警器制作， 任務(wù)書 見附錄 1項(xiàng)目實(shí)施 任務(wù)書 -光電轉(zhuǎn)速計(jì)制作， 任務(wù)書 見附錄 1項(xiàng)目實(shí)施 任務(wù)書 -尋跡小車制作， 任務(wù)書 見附錄 1 2布置任務(wù)1）交代項(xiàng)目任務(wù)2）發(fā)放相關(guān)學(xué)習(xí)資料熱釋電 紅外報(bào)警器制作， 學(xué)習(xí)資料 見附錄 2 光電轉(zhuǎn)速計(jì)制作， 學(xué)習(xí)資料 見附錄 2 尋跡小車制作， 學(xué)習(xí)資料 見

8、附錄 23熱釋電紅外報(bào)警器 / 光電轉(zhuǎn)速計(jì) / 尋跡小車設(shè)計(jì)的軟硬件基本知識 1）光電效應(yīng)及其分類2）光電傳感器組成及其工作原理4熱釋電紅外報(bào)警器 / 光電轉(zhuǎn)速計(jì) / 尋跡小車原理分析 1）組成和工作原理2）原理圖設(shè)計(jì)3）軟件框圖設(shè)計(jì)及其代碼編寫二、計(jì)劃：1項(xiàng)目分組每 2 人 1 組，每人制作 1 塊電路板，可以共同合作討論設(shè)計(jì)、布局、制作和調(diào)試） 2制定項(xiàng)目執(zhí)行計(jì)劃執(zhí)行計(jì)劃 樣本見附錄 3三、決策1. 確定項(xiàng)目執(zhí)行計(jì)劃2. 清點(diǎn)配件，包括數(shù)量和好壞的檢測3. 小組成員按照電子產(chǎn)品生產(chǎn)管理模式分配工作任務(wù)四、實(shí)施實(shí)施記錄文件（ 工作單、記錄表 等）五、檢查檢查標(biāo)準(zhǔn)檢查單六、評估1評價(jià)表2資料整

9、理要求可將整個(gè)書附在教案后）（附： 將以上資料執(zhí)行的先后次序附于此頁后。 如果資料是一本完整的書，附錄1:項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)書-熱釋電紅外報(bào)警器/光電轉(zhuǎn)速計(jì)/尋跡小車制作附錄2:學(xué)習(xí)資料-熱釋電紅外報(bào)警器/光電轉(zhuǎn)速計(jì)/尋跡小車制作附錄3:執(zhí)行計(jì)劃樣本附錄4:實(shí)施記錄文件項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)書熱釋電紅外報(bào)警器制作項(xiàng)目描述4. 熟悉熟練焊接技術(shù)。5. 了解元件布局的工藝要求。6. 了解連線的走線工藝要求。6.掌握裝配設(shè)計(jì)開發(fā)文檔和工藝文件的編制。項(xiàng)目資訊4、如何用萬用表區(qū)分三極管的 e, b, c三極?5、產(chǎn)品中為什么要加菲涅爾透鏡?6、從測量對象與功能來看，熱釋電紅外傳感器的特點(diǎn)是什么?原理圖與PCB圖設(shè)計(jì)原

10、理圖及其仿真結(jié)果、PCB 圖制作準(zhǔn)備一、元件明細(xì)表請根據(jù)電路圖將元器件填入元器件明細(xì)表，并根據(jù)明細(xì)表領(lǐng)取相應(yīng)元器件及萬能電路板。二、儀表與工具在制作電路之前應(yīng)準(zhǔn)備好以下儀表與工具：（1）儀表：萬用表。（2） 工具：恒溫焊臺(tái)、電烙鐵（架）、焊錫、松香、鑷子、斜口鉗等。三、教學(xué)材料（1）教材：傳感器技術(shù)、傳感器應(yīng)用資源庫（2）教學(xué)資源：教學(xué)課件、引導(dǎo)文、元器件加工工藝卡等電路制作一、元件識別在電路制作之前，應(yīng)按照原理圖及元件清單，將下發(fā)的元器件與清單中的元件一一對應(yīng)，并保證所 用的元器件的性能良好。元件的識別方法請參考教材。二、規(guī)劃元件布局通常，應(yīng)根據(jù)電路板的尺寸及選用元器件的型號、規(guī)格等進(jìn)行布局

11、。并且電路板上所有元器件的排 列應(yīng)均勻、整齊、緊湊，位于電路板邊緣的元器件離邊緣的距離應(yīng)大于2mm。元件布局應(yīng)使走線方便,不出現(xiàn)交叉，方便電路的調(diào)試。三、電路走線規(guī)劃好元器件布局后，需要在元器件布局的基礎(chǔ)上完成電路的走線。走線時(shí)應(yīng)注意橫平豎直，走線 最短，不走斜線，不能交叉。10四、元器件成形與焊接根據(jù)元器件的布局，將繪制的電路連線圖貼在萬能板元件面，再將所有元器件成形插入相應(yīng)位置， 并用電烙鐵焊接固定好。插放元器件時(shí)應(yīng)注意元件的參數(shù)、極性，不能接錯(cuò)。相似元件（如電阻與電阻, 電容與電容等）的高度應(yīng)保持一致。反面過長的引腳可剪掉，或保留作為連線使用。然后按照繪制好的 電路連線圖，完成電路線路的

12、焊接。五、編制裝配工藝文件依照剛才的元器件成形及裝配過程，編制元器件加工工藝卡、設(shè)計(jì)文檔?？偨Y(jié)與提咼、自我總結(jié)1請總結(jié)你在整個(gè)任務(wù)完成過程中做得好的是什么？還有什么不足？有何打算?2. 你在整個(gè)任務(wù)完成過程中出現(xiàn)了哪些問題？你是如何解決的？你還有什么問題不能解決?、拓展提高1、通過查找資料等方式，了解光電傳感器的發(fā)展。2、查找資料，了解目前主流的光電傳感器有哪些。3、制作與測試紅外報(bào)警器?？己伺c評價(jià)1 .自我評價(jià)個(gè)人簽字：日期：2 .組長評價(jià)組長簽字：日期：教師評價(jià)教師簽字：日期：19 -項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)書光電轉(zhuǎn)速計(jì)制作項(xiàng)目描述在工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合。例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)

13、，卷揚(yáng)機(jī)，機(jī)床轉(zhuǎn) 軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的測試，運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中，常需要分時(shí)或連續(xù)測量和顯示其轉(zhuǎn)速或瞬間轉(zhuǎn)速。對于工業(yè)測試，水利，機(jī)械等方面，轉(zhuǎn)速是重要的控制參數(shù)之一。尤其機(jī)在工業(yè)測試系統(tǒng)中，大部 分旋轉(zhuǎn)儀器無法測定目前的轉(zhuǎn)速，從而無法安全有效地械設(shè)備進(jìn)行故障預(yù)防，無形中降低了系統(tǒng)的安全 性，增加了設(shè)備維護(hù)的成本。因此，如何利用先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)改造傳統(tǒng)的工業(yè)技術(shù)，提高 監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，安全性，方便性是當(dāng)前工業(yè)測控系統(tǒng)急需解決的難題。轉(zhuǎn)速測量方法較多，通?？煞譃槟M式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測速發(fā)電機(jī)為檢測元件，得到的 信號是模擬量。數(shù)字式通常采用光電編碼器，霍爾元件等為檢測元件，得到的信號是脈沖

14、信號。隨著微 型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，特別是高性能價(jià)格比的單片機(jī)的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量普遍采用以單片機(jī)為核心的數(shù)字 式測量方法。本項(xiàng)目引入AT89C51單片機(jī)為核心，采用光電脈沖編碼傳感器設(shè)計(jì)智能化轉(zhuǎn)速測量儀，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的 測量和顯示上。要求：1光電轉(zhuǎn)速計(jì)基本要求：1）.設(shè)計(jì)完整的轉(zhuǎn)速計(jì)智能產(chǎn)品；2）.利用光電傳感器采集數(shù)據(jù)；3）.利用AT89C52作為MCU，處理數(shù)據(jù)，并顯示轉(zhuǎn)速。2.擴(kuò)展部分要求：使用LCD1602顯示信息；擴(kuò)展計(jì)算里程功能，計(jì)算產(chǎn)品運(yùn)行的距離；擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器EEPROM，記錄總行程。目標(biāo)：1）熟悉光電傳感器的工作原理及其使用方法。2）結(jié)合任務(wù)要求，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試，鼓勵(lì)功能擴(kuò)展和創(chuàng)

15、新；3）根據(jù)設(shè)計(jì)的電路，用 protel工具，畫出完整的硬件電路圖；4）理解51系列單片機(jī)的信號采集，及其數(shù)據(jù)處理的過程；項(xiàng)目資訊1本項(xiàng)目中采用的是哪種光電傳感器，它在其中起什么作用?2、光電傳感器的測速原理是什么?3、據(jù)你所知，可采用哪些傳感器來測量轉(zhuǎn)速?4、光電傳感器除了用來測量轉(zhuǎn)速，還可用于哪些場合?原理圖與PCB圖設(shè)計(jì)三、原理圖及其仿真結(jié)果四、PCB圖制作準(zhǔn)備、元件明細(xì)表請根據(jù)電路圖將元器件填入元器件明細(xì)表，并根據(jù)明細(xì)表領(lǐng)取相應(yīng)元器件及萬能電路板。、 儀表與工具在制作電路之前應(yīng)準(zhǔn)備好以下儀表與工具：（1）儀表：萬用表。（2） 工具：恒溫焊臺(tái)、電烙鐵（架）、焊錫、松香、鑷子、斜口鉗等。三

16、、教學(xué)材料(1) 教材：傳感器技術(shù)、傳感器應(yīng)用資源庫(2) 教學(xué)資源：教學(xué)課件、引導(dǎo)文、元器件加工工藝卡等電路制作一、元件識別在電路制作之前，應(yīng)按照原理圖及元件清單，將下發(fā)的元器件與清單中的元件一一對應(yīng)，并保證所 用的元器件的性能良好。元件的識別方法請參考教材。二、規(guī)劃元件布局通常，應(yīng)根據(jù)電路板的尺寸及選用元器件的型號、規(guī)格等進(jìn)行布局。并且電路板上所有元器件的排 列應(yīng)均勻、整齊、緊湊，位于電路板邊緣的元器件離邊緣的距離應(yīng)大于2mm。元件布局應(yīng)使走線方便,不出現(xiàn)交叉，方便電路的調(diào)試。三、電路走線規(guī)劃好元器件布局后，需要在元器件布局的基礎(chǔ)上完成電路的走線。走線時(shí)應(yīng)注意橫平豎直，走線 最短，不走斜線

17、，不能交叉。四、元器件成形與焊接根據(jù)元器件的布局，將繪制的電路連線圖貼在萬能板元件面，再將所有元器件成形插入相應(yīng)位置， 并用電烙鐵焊接固定好。插放元器件時(shí)應(yīng)注意元件的參數(shù)、極性，不能接錯(cuò)。相似元件（如電阻與電阻, 電容與電容等）的高度應(yīng)保持一致。反面過長的引腳可剪掉，或保留作為連線使用。然后按照繪制好的 電路連線圖，完成電路線路的焊接。五、編制裝配工藝文件依照剛才的元器件成形及裝配過程，編制元器件加工工藝卡、設(shè)計(jì)文檔?？偨Y(jié)與提咼、自我總結(jié)1請總結(jié)你在整個(gè)任務(wù)完成過程中做得好的是什么？還有什么不足？有何打算?2. 你在整個(gè)任務(wù)完成過程中出現(xiàn)了哪些問題？你是如何解決的？你還有什么問題不能解決?、拓

18、展提高1、通過查找資料等方式，了解光電傳感器的發(fā)展。2、查找資料，了解目前主流的光電傳感器有哪些。3、制作與測試紅外報(bào)警器。考核與評價(jià)1 .自我評價(jià)個(gè)人簽字：日期：2 .組長評價(jià)組長簽字：日期：教師評價(jià)教師簽字：日期：項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)書尋跡小車制作項(xiàng)目描述本尋跡小車在現(xiàn)有小車模型的基礎(chǔ)上，以 AT89C52單片機(jī)為控制核心，加以直流電機(jī)、光電傳感器 和電源電路以及其他電路構(gòu)成。 尋跡由RPR220型光電對管完成，系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)對周圍環(huán)境的檢測和按斷后, 控制小車前進(jìn)后退以及轉(zhuǎn)向，自主識別黑色引導(dǎo)線并根據(jù)黑線走向目的地。要求：1）自動(dòng)尋跡小車從安全區(qū)域啟動(dòng)。2）小車按指定路線運(yùn)行，自動(dòng)區(qū)分直線軌道和彎路

19、軌道，在指定彎路處拐彎，實(shí)現(xiàn)靈活前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、 倒退等功能，在軌道上劃出設(shè)定的地圖。3）小車完成指定運(yùn)行任務(wù)后，自動(dòng)返回出發(fā)起點(diǎn)，自動(dòng)倒車，入庫。4）自由發(fā)揮部分（音樂、彩燈、避障、顯示等）尋跡路線如圖1所示：斗 年=貝-運(yùn)匡車九5A 云亍=1、,5C6 砸 iTlF rreD 1 3 i sJ6F pp-ppp ppU2：A R12:TEVRr0iTGXTi11F.aTEClr： XECRh陽測皿 PD.liftD 1 陽測ID立Pn3WD3PD.IDtPH 5WD5 PDJ&DePD.7J0P.DT陀湖” F25flmi F2.412 P2J&M3P2J&M4 P2TJW15P3IURXD

20、pj.imcp PJjrfNTDF3WTTP3.jyT0P3SH-1PJj&wiiRLgasaLalL-zlhgHi峰17亠 l.liH覽T5J9C5.1 -=TIE?：7R-：A-cTeM：-R9Rl JR1GNID-.LED-gai .LED-BHi .yTEX4 -D2,LED-na)i -D5.LED-RED . -cTEX!R -IMR6圖14 Proteus仿真原理圖5 總結(jié)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)技術(shù)的無線智能防盜報(bào)警器。 該防盜報(bào)警器采用外接熱釋 電紅傳感器以非接觸方式探測出人體發(fā)出的紅外輻射， 并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號輸出， 且 以AT89C51單片機(jī)為工作處理器核心實(shí)時(shí)處

21、理傳感器數(shù)據(jù)，能夠，能有效的抑制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾。 在正常情況下， 傳感器輸出低電平， 當(dāng)有人在探測區(qū)范 圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)輸出低電平變?yōu)楦唠娖剑?此高電平輸入單片機(jī)， 作為單片機(jī)的外部觸發(fā)信號處理， 經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部軟件編程處理后， 單片機(jī)輸出控制信號， 驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警。 該熱釋 電紅外報(bào)警器的操作簡單、易懂、靈活方便，智能性高，誤報(bào)率低，能有效地用于日常生活 中的安全防盜報(bào)警。 隨著現(xiàn)代人們安全意識的增強(qiáng)以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相信此類報(bào)警器必將在更廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應(yīng)用。55子項(xiàng)目光電轉(zhuǎn)速計(jì)項(xiàng)目目標(biāo) : 本項(xiàng)目引入 AT89C51 單片機(jī)為核心，采用光電脈沖編

22、碼傳感器設(shè)計(jì)智能化 轉(zhuǎn)速測量儀，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測量和顯示上。1 項(xiàng)目背景在工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測量轉(zhuǎn)速的場合。例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)，卷揚(yáng) 機(jī)，機(jī)床轉(zhuǎn)軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的測試， 運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中， 常需要分時(shí)或連續(xù)測量和顯示其轉(zhuǎn)速或瞬 間轉(zhuǎn)速。對于工業(yè)測試， 水利，機(jī)械等方面， 轉(zhuǎn)速是重要的控制參數(shù)之一。 尤其機(jī)在工業(yè)測試系 統(tǒng)中， 大部分旋轉(zhuǎn)儀器無法測定目前的轉(zhuǎn)速， 從而無法安全有效地械設(shè)備進(jìn)行故障預(yù)防， 無 形中降低了系統(tǒng)的安全性， 增加了設(shè)備維護(hù)的成本。 因此， 如何利用先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)和計(jì)算 機(jī)技術(shù)改造傳統(tǒng)的工業(yè)技術(shù)， 提高監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性， 安全性， 方便性是當(dāng)前工業(yè)測控系統(tǒng) 急需解決的難

23、題。轉(zhuǎn)速測量方法較多， 通?？煞譃槟M式和數(shù)字式兩種。 模擬式采用測速發(fā)電機(jī)為檢測元 件，得到的信號是模擬量。數(shù)字式通常采用光電編碼器， 霍爾元件等為檢測元件， 得到的信 號是脈沖信號。 隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用， 特別是高性能價(jià)格比的單片機(jī)的出現(xiàn)， 轉(zhuǎn)速測 量普遍采用以單片機(jī)為核心的數(shù)字式測量方法。本項(xiàng)目引入 AT89C51 單片機(jī)為核心， 采用光電脈沖編碼傳感器設(shè)計(jì)智能化轉(zhuǎn)速測量儀， 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測量和顯示上。2 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測量方法及原理2.1 單片機(jī)測量轉(zhuǎn)速的方法轉(zhuǎn)速是工程中應(yīng)用非常廣泛的一個(gè)參數(shù)， 早期模擬量的模擬處理一直是作為 轉(zhuǎn)速測量的主要方法， 這種測量方法在測量范圍和測量精

24、度上， 已不能適應(yīng)現(xiàn)代 科技發(fā)展的要求。 而隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展， 數(shù)字測量系統(tǒng) 得到普遍應(yīng)用， 利用單片機(jī)對脈沖數(shù)字信號的強(qiáng)大處理能力， 應(yīng)用全數(shù)字化的結(jié) 構(gòu)，使數(shù)字測量系統(tǒng)的越來越普及。 在測量范圍和測量精度方面都有極大的提高。 下面對測量系統(tǒng)進(jìn)行探討 4 。一般轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)有以下幾個(gè)部分構(gòu)成，轉(zhuǎn)速測量框圖如圖 2.1 所示。圖2.1轉(zhuǎn)速測量框圖1 轉(zhuǎn)速信號拾取轉(zhuǎn)速信號拾取是整個(gè)系統(tǒng)的前端通道，目的是將外界的非電參量，通過一定 方式轉(zhuǎn)換成電量，這一環(huán)節(jié)可以通過敏感元件、傳感器或測量儀表等來實(shí)現(xiàn)。2 整形和倍頻前向通道中，將傳感器輸出的信號轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)輸入要求的信號。3 單

25、片機(jī)單片機(jī)是整個(gè)測量系統(tǒng)的主要部分，擔(dān)負(fù)對前端脈沖信號的處理、計(jì)算、以 及信號的同步，計(jì)時(shí)等任務(wù)，其次，將測量的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算后，將得到的轉(zhuǎn)速值傳 送到顯示接口中，用數(shù)碼管顯示數(shù)值。在本系統(tǒng)中考慮到計(jì)數(shù)的范圍、 使用的定 時(shí)/計(jì)數(shù)器的個(gè)數(shù)及I/O 口線，選用AT89C5仲片機(jī)。4 驅(qū)動(dòng)和顯示由于LED數(shù)碼管具有亮度高、可靠性好等特點(diǎn)，工業(yè)測控系統(tǒng)中常用LED數(shù)碼管作為顯示輸出。本系統(tǒng)也采用數(shù)碼管作顯示。2.2轉(zhuǎn)速測量原理2.2.1測周期法“ T法”轉(zhuǎn)速可以用兩脈沖產(chǎn)生的間隔寬度Tp來決定。用以采集數(shù)據(jù)的碼盤，可以是單孔或多孔，對于單孔碼盤測量兩次脈沖間的時(shí)間，就可測出轉(zhuǎn)述數(shù)據(jù)，Tp也可以用時(shí)鐘脈沖

26、數(shù)來表示。對于多孔碼盤，其測量的時(shí)間只是每轉(zhuǎn)的1/N，N為碼盤孔數(shù)。如圖2.2 “T”法脈寬測量所示。Tp通過定時(shí)器測得。定時(shí)器對時(shí)基脈沖（頻率為fc）進(jìn)行計(jì)數(shù)定時(shí)，在Tp內(nèi)計(jì) 數(shù)值若為m，則 計(jì)算公式為：n=60/PTp（2.1 ）即：n=60fc/Pm（2.2 ）P-為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一周脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖數(shù)；fc-為硬件產(chǎn)生的基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖頻率：單位（Hz）;n-轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn)/分）；m2-時(shí)基脈沖輸入脈沖 匕I .i時(shí)基脈沖Li_I|圖2.2“T法脈寬測量由“T”法脈寬測量可知“ T”法測量精度的誤差主要有兩個(gè)方面，一是兩 脈沖的上升沿觸發(fā)時(shí)間不一致而產(chǎn)生的；二是計(jì)數(shù)和定時(shí)起始和關(guān)閉不一致而產(chǎn)生

27、的。因此要求脈沖的上升沿（或下降沿）陡峭和計(jì)數(shù)和定時(shí)嚴(yán)格同步。測周法 在低轉(zhuǎn)速時(shí)精度較高，但隨著轉(zhuǎn)速的增加，精度變差，有小于一個(gè)脈沖的誤差存 在5。2.2.2測頻法“ M法”在一定測量時(shí)間T內(nèi)，測量脈沖發(fā)生器（替代輸入脈沖）產(chǎn)生的脈沖數(shù) m 來測量轉(zhuǎn)速，如圖2.3 “ M法測量轉(zhuǎn)速脈沖所示，設(shè)在時(shí)間 T內(nèi)，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的 弧度數(shù)為Xt,則轉(zhuǎn)速n可由下式表示：n=60凡/2 n T（2.3）轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧度數(shù) 人可用下式所示Xt =2n m/p（2.4）圖2.3“ M法測量轉(zhuǎn)速脈沖將（2-4 ）式代入（2-3 ）式得轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為：n=60mi/TP（2.5）n-轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn)/分）； T-定時(shí)時(shí)間

28、單位：（秒）。在該方法中，測量精度是由于定時(shí)時(shí)間T和脈沖不能保證嚴(yán)格同步，以及在 T內(nèi)能否正好測量外部脈沖的完整的周期，可能產(chǎn)生的1個(gè)脈沖的量化誤差。因此，為了提高測量精度，T要有足夠長的時(shí)間。定時(shí)時(shí)間可根據(jù)測量對象情況預(yù) 先設(shè)置。設(shè)置的時(shí)間過長，可以提高精度，但在轉(zhuǎn)速較快的情況下，所計(jì)的脈沖 數(shù)增大（碼盤孔數(shù)已定情況下），限制了轉(zhuǎn)速測量的量程。而設(shè)置的時(shí)間過短，測量精度會(huì)受到一定的影響6 0223測頻測周法M/T法所謂測頻測周法，即是綜合了“ T”法和“ M法分別對高、低轉(zhuǎn)速具有的不 同精度，利用各自的優(yōu)點(diǎn)而產(chǎn)生的方法，精度位于兩者之間，如圖2.4 “M/T”法定時(shí)/計(jì)數(shù)測量所示?！?M/T

29、”法采用三個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，同時(shí)對輸入脈沖、高頻脈沖（由振蕩器產(chǎn) 生）、及預(yù)設(shè)的定時(shí)時(shí)間進(jìn)行定時(shí)和計(jì)數(shù)，m反映轉(zhuǎn)角，m反映測速的準(zhǔn)確時(shí)間，通過計(jì)算可得轉(zhuǎn)速值n。該法在高速及低速時(shí)都具有相對較高的精度。測速時(shí)間 Td由脈沖發(fā)生器脈沖來同步，即Td等于m個(gè)脈沖周期。由圖可見，從a點(diǎn)開始， 計(jì)數(shù)器對mi和m2計(jì)數(shù)，到達(dá)b點(diǎn)，預(yù)定的測速時(shí)間時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出停止計(jì)數(shù)的 指令，因?yàn)門c不一定正好等于整數(shù)個(gè)脈沖發(fā)生器脈沖周期，所以，計(jì)數(shù)器仍對 高頻脈沖繼續(xù)計(jì)數(shù)，到達(dá)c點(diǎn)時(shí)，脈沖發(fā)生器脈沖的上升沿使計(jì)數(shù)器停止， 這樣, m2就代表了 m個(gè)脈沖周期的時(shí)間?！?M/T”法綜合了“ T”和“ M兩種方法，轉(zhuǎn)速計(jì)算如下：

30、設(shè)高頻脈沖的頻率為fc,脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)發(fā)出P個(gè)脈沖，由式（2.2 ）和（2.5） 可得M/T法轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為：n=60fcmVpm2（2.6）n-轉(zhuǎn)速值。單位：（轉(zhuǎn)/分）； f c-晶體震蕩頻率：單位（Hz）;m-輸入脈沖數(shù)，反映轉(zhuǎn)角；m2-時(shí)基脈沖數(shù)。圖2.4“ M/T”法定時(shí)/計(jì)數(shù)測量通過誤差和精度分析可知，M法適合于高速測量，當(dāng)轉(zhuǎn)速越低，產(chǎn)生的誤差 會(huì)越大。T法適合于低速測量，轉(zhuǎn)速增高，誤差增大。M/T這種轉(zhuǎn)速測量方法的相對誤差與轉(zhuǎn)速n無關(guān)，只與晶體振蕩產(chǎn)生的脈沖有關(guān)，故可適合各種轉(zhuǎn)速下的 測量。保證其測量精度的途徑是增大定時(shí)時(shí)間 T,或提高時(shí)基脈沖的頻率fc。因 此，在實(shí)際操作時(shí)往往采用一種稱變 M/T的測量方法，即所謂