光電式轉(zhuǎn)速測(cè)量電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1電機(jī)轉(zhuǎn)速是用來評(píng)價(jià)電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一項(xiàng)指標(biāo)，在很多場(chǎng)合下，都需要對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，并將其用作為自動(dòng)化控制的一個(gè)重要因素，因此在很多應(yīng)用場(chǎng)合中對(duì)需要加強(qiáng)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的精準(zhǔn)控制。電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的重要性不僅僅只是針對(duì)直流電機(jī)而言，在交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量中也顯得十分的重要，尤其是在工業(yè)控制、航空航本論文通過對(duì)傳統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外在電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方面的研究，提出一種基于光電傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，它不僅改善了傳統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量中存在的不足，使得在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量更加的準(zhǔn)確，同時(shí)光電傳感器在實(shí)際的工作過程中受環(huán)境的影響因素相對(duì)較小，降低了測(cè)量的誤差率。本文選用光電傳感器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量的另一個(gè)原因在于它的體積小、使在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)以及運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等眾多領(lǐng)域，對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)和精準(zhǔn)化控制已經(jīng)顯示尤為重要，通過對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)，不僅可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，同時(shí)還可可以講電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度分為線速度和角速度，利用公式將兩個(gè)變量帶入到公式中進(jìn)行求解就可以得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的真實(shí)速度?，F(xiàn)實(shí)生活中測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)子的線速度和角速光在空氣中的損耗可以忽略不計(jì)，因此它的檢測(cè)結(jié)果誤差較小且響應(yīng)速度快、準(zhǔn)確率高，這也促進(jìn)了光電傳感器在儀器儀表中的使用范圍。常用的檢測(cè)方法有機(jī)械式，光電式，霍爾式，頻閃法，高壓油管應(yīng)變法等，光電式非接觸、全數(shù)字轉(zhuǎn)速測(cè)量方法具2有精度高、測(cè)量速度快、測(cè)量范圍大、精度與轉(zhuǎn)速無關(guān)等優(yōu)勢(shì)，是精密機(jī)械轉(zhuǎn)速控制光二極管、半導(dǎo)體光電探測(cè)器的工作原理等基礎(chǔ)理論知識(shí)，對(duì)于光電式轉(zhuǎn)速測(cè)量技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的電路設(shè)計(jì)等應(yīng)用能力方面的培養(yǎng)具有十分重要的意義。轉(zhuǎn)速是電機(jī)的一項(xiàng)基本性能，轉(zhuǎn)速測(cè)量的準(zhǔn)確度是電機(jī)調(diào)速速度檢測(cè)的一個(gè)重要研究對(duì)象，在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用針對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)的常見方法有這幾種：離心式轉(zhuǎn)速表采用的是離心測(cè)速的工作原理，它將測(cè)量?jī)x器上的表頭與電機(jī)的轉(zhuǎn)子成同軸插入到電子轉(zhuǎn)子的中心孔中，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)帶動(dòng)表頭隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)，表頭在發(fā)熱而導(dǎo)致表頭磨損。測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速法通過的是間接測(cè)量法來實(shí)現(xiàn)，它將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能來間接的解得到每個(gè)時(shí)刻的電壓信號(hào)的變化，采用特殊的測(cè)量?jī)x器根據(jù)測(cè)速點(diǎn)擊輸出的電壓值閃光測(cè)速法則是根據(jù)統(tǒng)計(jì)在單位時(shí)間內(nèi)特殊標(biāo)志上得到的光源的數(shù)量和發(fā)出光信這時(shí)光源與接受光信號(hào)的標(biāo)識(shí)時(shí)禁止不動(dòng)的，這時(shí)光信號(hào)的頻率是與電機(jī)轉(zhuǎn)速是同步光電碼盤測(cè)速法是通過統(tǒng)計(jì)穿過碼盤的被感光元器件接受到光信號(hào)的次數(shù)來間接3在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上跟隨著電機(jī)旋轉(zhuǎn)，某一固定光源會(huì)透過碼盤被另一端的感光器件接受到，統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)感光器件接收到的光信號(hào)的次數(shù)就等于碼盤的編碼數(shù)?；魻栐y(cè)速法則是利用電磁效應(yīng)來對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量的，它的實(shí)現(xiàn)方法與光電傳感器有些類似，不過它采用的是電磁脈沖信號(hào)來對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)。電機(jī)的個(gè)脈沖信號(hào)，將霍爾傳感器在單位時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到的脈沖信號(hào)數(shù)量帶入到公式中就可以上述五種測(cè)量方法中，各有各的優(yōu)點(diǎn)，其中離心測(cè)速法和測(cè)速發(fā)動(dòng)機(jī)法需要依托頻的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用并不常見，因此綜合了幾種檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)之后，本文中顯示部分可以直接利用現(xiàn)成器件4、設(shè)計(jì)半導(dǎo)體發(fā)光二級(jí)管驅(qū)動(dòng)電路、半導(dǎo)體光電探測(cè)器信號(hào)檢測(cè)電路；的數(shù)據(jù)處理及測(cè)量結(jié)果顯示部分可以直接利用現(xiàn)有的成熟技術(shù)；轉(zhuǎn)速測(cè)量范圍42設(shè)計(jì)方案的比較選擇本遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速測(cè)量單元、數(shù)據(jù)顯示單元、電本文采用光碼盤測(cè)速法來實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)，將碼盤固定在電機(jī)轉(zhuǎn)子上，利用單位時(shí)間內(nèi)通過碼盤的光信號(hào)數(shù)量來對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)。假如測(cè)量的時(shí)間為T影響到數(shù)碼管的功能。顯示模塊，分為背光型和非背光型兩種，顯示內(nèi)容清晰無閃爍等情況，容易進(jìn)行控制5單片機(jī)數(shù)字式光電傳感器3系統(tǒng)模塊硬件設(shè)計(jì)6光電傳感器通過對(duì)特殊的光信號(hào)進(jìn)行采集，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的一種檢測(cè)比如像紅外線光、紫外線、激光等。光電傳感器的特點(diǎn)在于采用非接觸式檢測(cè)方式進(jìn)行檢測(cè)，具有分辨率高、響應(yīng)速度快、使用靈活等特點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用在信號(hào)采集和根據(jù)傳感器的輸出信號(hào)可將光電傳感器分為模擬光電傳感器和數(shù)字光電傳感器兩種，其中模擬光電傳感器輸出的是連續(xù)的電信號(hào)，數(shù)字光電傳感器則輸出的是開關(guān)量的電信號(hào)。在實(shí)際的應(yīng)用電路中，模擬式的光電傳感器輸出的變量需要通過AD轉(zhuǎn)換調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)發(fā)送給微控制器進(jìn)行處理，這樣一來會(huì)增加電路額外的硬件開銷，并且檢測(cè)結(jié)果也不夠準(zhǔn)確。數(shù)字式的光電傳感器可以直接轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，這可以提高傳感器的響應(yīng)時(shí)間，提高傳感器檢測(cè)的準(zhǔn)確度，在實(shí)際環(huán)境中應(yīng)用比較廣光電傳感器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)包括光源、光學(xué)通路和光電元件三部分，器件的光電元件能夠?qū)⒀刂庠垂馔返陌l(fā)射過來的光信號(hào)進(jìn)行處理，并將其轉(zhuǎn)換為時(shí)間連續(xù)型或者時(shí)間離散型的電信號(hào)，輸出給單片機(jī)或者微控制器使用。其中光源的來源范圍很有較強(qiáng)的發(fā)光效果，并且光源純凈、功耗低、機(jī)械強(qiáng)度高；光學(xué)通路則是用來提供給電元器件則是由一種特殊的感光元件組成，它能夠用來對(duì)特定光源進(jìn)行檢測(cè)，并且過本文選擇紅外光電傳感器來進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的非接觸式檢測(cè)，通過統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)光信號(hào)的脈沖數(shù)來間接的計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。根據(jù)紅外線光電傳感器的特性，傳感器在工作時(shí)，由于光源與光電元件之間的通路被遮擋了，這時(shí)傳感器會(huì)輸出一個(gè)低件之間被遮擋的次數(shù)。在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上固定一個(gè)由若干個(gè)圓孔的圓盤，用來允許光電單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)可以間接的得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速。7理論上來講，圓盤上的小園孔數(shù)量越多，圓孔之間的間隙就越小，檢測(cè)的精度就越高，為了避免傳感器在檢測(cè)時(shí)發(fā)聲光源正好被卡在兩個(gè)圓孔之間或者因?yàn)閳A孔的孔徑過大造成少計(jì)脈沖數(shù)，增加系統(tǒng)的檢測(cè)誤差，因此在進(jìn)行孔洞的設(shè)計(jì)時(shí)需要盡可能由于本設(shè)計(jì)采用的是數(shù)字式的紅外光電傳感器來進(jìn)行脈沖數(shù)的統(tǒng)計(jì)，它可以直接的輸出數(shù)字開關(guān)量的信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，由單片機(jī)啟動(dòng)定時(shí)器對(duì)某個(gè)時(shí)間段內(nèi)的脈沖信號(hào)（或者電平信號(hào)）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，不需要再借助外圍電路工作來進(jìn)行處理，因此數(shù)字式的光電傳感器光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)調(diào)理電路可以被省略，直接改由傳感器來進(jìn)行處理。192VDD3VL4586E7BLA8BLK00000000000100001DL0001N001DF01I/DC**1*SB**讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容0000000010100000000011000000019它在執(zhí)行上面的控制指令前，都需要對(duì)模塊中的忙標(biāo)識(shí)進(jìn)行判斷，如果忙標(biāo)識(shí)為高電平時(shí)，表示模塊當(dāng)前正在執(zhí)行某條控制指令，其他控制指令要先等待當(dāng)前的控制指令結(jié)束后再進(jìn)行操作，此時(shí)忙標(biāo)識(shí)的引腳為高電平；假如忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，每次再進(jìn)行控制指令前由控制器去判斷模塊上的忙標(biāo)志是否為高電平，然后再進(jìn)行相4軟件部分的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)具體工作過程如下：由光電傳感器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)速測(cè)量，將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)初始化是否采集到數(shù)據(jù)？讀出數(shù)據(jù)并處理本設(shè)計(jì)采用定時(shí)器技術(shù)的方式來對(duì)單位時(shí)間內(nèi)光電傳感器發(fā)送過來的低電平信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將統(tǒng)計(jì)得到的脈沖數(shù)帶入到公式中運(yùn)算得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這是將轉(zhuǎn)速發(fā)器1進(jìn)行初始化，并接受和統(tǒng)計(jì)光電傳感器發(fā)送過來的脈沖信號(hào)數(shù)。判斷表示位開始計(jì)數(shù)，并將單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)帶入到公式中計(jì)算得到電機(jī)轉(zhuǎn)速，將得到的電機(jī)1初始化計(jì)數(shù)器T1計(jì)數(shù)脈沖N轉(zhuǎn)速=60*脈沖數(shù)/(齒輪數(shù)*T)計(jì)算數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)初始化初始化數(shù)據(jù)緩沖區(qū)NY產(chǎn)生定時(shí)中斷時(shí)間計(jì)數(shù)進(jìn)行判斷，如果此時(shí)為低電平時(shí)則執(zhí)行新的控制指令，為高電平時(shí)則表示顯示模塊正LCD初始化設(shè)第一行顯示位置設(shè)第一行顯示位置顯示第一行內(nèi)容設(shè)第二行顯示位置顯示第二行內(nèi)容圖4-4顯示子程序工作流程圖5系統(tǒng)調(diào)試與安裝首先對(duì)最小系統(tǒng)進(jìn)行焊接，主要焊接單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電其次是