光電傳感器課程設(shè)計汽車測速系統(tǒng)

1、光電信息技術(shù)研究性教學(xué)報告題目：汽車測速系統(tǒng)目 錄一、摘要2二、系統(tǒng)整體方案設(shè)計21、系統(tǒng)框圖22、光電傳感器3三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)41、傳感器42、調(diào)理電路設(shè)計53、單片機64、顯示設(shè)備75|、軟件設(shè)計8四、體會心得8五、參考文獻8一、摘要社會時代的快速發(fā)展，汽車在人們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓街匾?，隨著汽車的日益普及，由于碰撞而引起的事故也越來越多，其中倒車碰撞、超速碰撞占碰撞事故的大部分。為了盡量防止超速等問題、提高安全性。本文設(shè)計了一種測速器系統(tǒng)，方便司機根據(jù)車速安全行車。轉(zhuǎn)速測量方法轉(zhuǎn)速是指作圓周運動的物體在單位時間內(nèi)所轉(zhuǎn)過的圈數(shù) ,其大小及變化往往意味著機器設(shè)備運轉(zhuǎn)的正常與否 ,因此 ,轉(zhuǎn)速測量一直

2、是工業(yè)領(lǐng)域的一個重要問題。按照不同的理論方法 ,先后產(chǎn)生過模擬測速法 (如離心式轉(zhuǎn)速表 )、同步測速法 (如機械式或閃光式頻閃測速儀 )以及計數(shù)測速法。計數(shù)測速法又可分為機械式定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。對轉(zhuǎn)速的測量實際上是對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的周期脈沖信號的頻率進行測量。在頻率的工程測量中 ,電子式定時計數(shù)測量頻率的方法一般有三種 : 測頻率法 :在一定時間間隔內(nèi) ,計數(shù)被測信號的重復(fù)變化次數(shù) ,則被測信號的頻率 可表示為 =（1）； 測周期法 :在被測信號的一個周期內(nèi) ,計數(shù)時鐘脈沖數(shù)0 ,則被測信號頻率=/0 ,其中 , 為時鐘脈沖信號頻率； 多周期測頻法 :在被測信號1個周期內(nèi) ,計數(shù)時鐘

3、脈沖數(shù)2 ,從而得到被測信號頻率,則 可以表示為=12,1由測量準(zhǔn)確度確定。二、系統(tǒng)整體方案設(shè)計1、系統(tǒng)框圖各部分模塊的功能：傳感器：用來對信號的采樣。放大、整形電路：對傳感器送過來的信號進行放大和整形，在送入單片機進行數(shù)據(jù)的處理轉(zhuǎn)換。 片機：對處理過的信號進行轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速的實際值，送入LED LED顯示：用來對所測量到的轉(zhuǎn)速進行顯示。2光電式轉(zhuǎn)速傳感器：光電式傳感器是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，再通過光電器件把光信號的變化轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。它具有頻譜寬、不易受電磁干擾的影響、非接觸式測量、響應(yīng)快、可靠性高等優(yōu)點。整個測量系統(tǒng)的組成框圖如圖3.3所示。從圖中可見,轉(zhuǎn)子由一直流調(diào)速電

4、機驅(qū)動,可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的無級調(diào)速。轉(zhuǎn)速信號由光電傳感器拾取,使用時應(yīng)先在轉(zhuǎn)子上做好光電標(biāo)記,具體辦法可以是:將轉(zhuǎn)子表面擦干凈后用黑漆(或黑色膠布)全部涂黑,再將一塊反光材料貼在其上作為光電標(biāo)記,然后將光電傳感器(光電頭)固定在正對光電標(biāo)記的某一適當(dāng)距離處。光電頭采用低功耗高亮度LED ,光源為高可靠性可見紅光,無論黑夜還是白天,或是背景光強有大范圍改變都不影響接收效果。光電頭包含有前置電路，輸出05V的脈沖信號。接到單片機89C51的相應(yīng)管腳上，通過89C51內(nèi)部定時/計時器T0、T1及相應(yīng)的程序設(shè)計，組成一個數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。3.3光電測量系統(tǒng)組織框圖三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、傳感器選用的傳感器

5、型號為SZGB-3（單向）SZGB-3, 20電源電壓為12V DC SZGB-3型傳感器主要性能介紹如下：1)供單向計數(shù)器使用，測量轉(zhuǎn)速和線速度.2)采用密封結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定.3）光源用紅外發(fā)光管，功耗小，壽命長.4) SZGB-3, 20電源電壓為12V DCSZGB-3型傳感器主要性能介紹如下：SZGB-3.型光電轉(zhuǎn)速傳感器，使用時通過連軸節(jié)與被測轉(zhuǎn)軸連接，當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，將轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，供二次儀表計數(shù)使用。(1)輸出脈沖數(shù)：60脈沖（每一轉(zhuǎn)）(2)輸出信號幅值：50r/min時300mV(3)測速范圍:50-5000r/min(4)使用時間:可連續(xù)使用,使用中勿需加潤滑油5)工作

6、環(huán)境:溫度-1040,相對濕度85%無腐蝕性氣體2、 調(diào)理電路設(shè)計濾波電路轉(zhuǎn)速信號處理電路包括信號放大電路、整形及三極管整形電路。由于產(chǎn)生的電壓信號很小，所以要進行放大處理，一般要放大至少1000倍（60dB），然后在進行信號處理工作。信號放大裝置選用運算放大器TL084作為放大電壓放大元件，采用兩級放大電路，每一級都采用反響比例運算電路如圖，設(shè)計的電壓放大倍數(shù)為3000倍。其中第一級放大倍數(shù)為30，第二級放大倍數(shù)為100.放大后電壓變化范圍為04.8V。TL084采用12V雙電源供電，由于電源的供電電壓在一定范圍內(nèi)有副值上的波動，形成干擾信號。為起到消除干擾，實現(xiàn)濾波作用，故供電電源兩端需接

7、10UF的電容接地。一次整形后的信號基本上為±5V的電平的脈沖信號，在脈沖計數(shù)時，常用的是+5V的脈沖信號。如果直接采用-5V的脈沖計數(shù)，會增加電路的復(fù)雜性，故一般不直接使用，而是先進行二次整形。第二次用三極管整形電路，當(dāng)輸出為-5V的信號時，三極管VT2（8050）的基-射極和電阻R18組成并聯(lián)電路電流經(jīng)過R18.R17,三極管VT2處于反向偏置狀態(tài)，所以，VT2的集-射極未接通，故處于截止?fàn)顟B(tài)。電源回路由R19，三極管VT2的集-射極組成，采用單電源+12V供電，由于集射極截止，處于斷路狀態(tài)，故輸出電壓U0為V。當(dāng)?shù)谝淮握屋敵鰹?5V的信號時，三極管VT2基-射極處于正向偏置狀

8、態(tài)，有電流I通過，故此時三極管的集-射極處于通路狀態(tài)。電源電流流經(jīng)電阻R19，三極管的集-射極到地端，由于集-射極導(dǎo)通時的電阻很小，可以忽略不計。電源電壓主要在R19上，其輸出電壓約為0V。綜上所述，三極管整形的電路的輸入關(guān)系是：信號為-5V時，U0=+12V；信號為+5V時，U0=0V。3、單片機（1）單片機AT89C51AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工

9、業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51單片機的功能：1、主要特性：與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 2、管腳說明：VCC：供電電壓，GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口

10、，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，

11、當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 （2）單片機程序流程圖4、顯示設(shè)備共陰級14腳4位帶時間顯示數(shù)碼管5、軟件設(shè)計主程序流程圖5.1顯示子程序流程圖5.2定時計數(shù)子程序流程圖5.3（3）動態(tài)顯示仿真動態(tài)顯示程序：#include<

12、reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuint mm=1234; uchar jj;uchar code table=0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,; delay(uint m) uint i,j; for(i=m;i>0;i-) for(j=110;j>0;j-);xian_shi() uchar qian,bei,shi,ge; qian=mm/1000; bei=mm%1000/100; shi=mm%100/10; ge=mm%10; P2=0x80; P0=tableqian; delay(50); P2=0; P2=0x40; P0=tablebei; delay(50); P2=0;P2=0x20; P0=tableshi; delay(50); P2=0;P2=0x10; P0=tablege; delay(50); P2=0;四、體會心得通過這次研究性教學(xué)，讓我們深入了解了光電傳感器的原理及其應(yīng)用，提高了我們的創(chuàng)新能力，擴展了我們的想象、設(shè)計能力。我們通過借鑒期刊、論文、報告，完成了此次研究性教學(xué)。雖然在設(shè)計和書