光电传感器课程方案汽车测速系统

1、光电信息技术研究性教案报告题目：汽车测速系统目录一、摘要2二、系统整体方案设计 21、系统框图22、光电传感器3三、系统结构41、传感器42、调理电路设计53、单片机64、显示设备75|、软件设计8四、体会心得8五、参考文献8一、摘要社会时代的快速发展，汽车在人们日常生活中越来越重要，随着汽车的日益普及，因为碰撞而引起的事故也越来越多，其中倒车碰撞、超速碰撞占碰撞 事故的大部分。为了尽量防止超速等问题、提高安全性。本文设计了一种测速 器系统，方便司机根据车速安全行车。转速测量方法转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数，其大小及变化往往意味着机器设备运转的正常与否，因此，转速测量一直是

2、工业 领域的一个重要问题。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 >、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。对转速的测量实 际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量。在频率的项目测量中，电子式定时计数测量频率的方法一般有三种： 测频率法：在一定时间间隔t内，计数被测信号的重复变化次数N ，则被测 信号的频率fx 可表示为fx = Nt <1）; 测周期法：在被测信号的一个周期内，计数时钟脉冲数m 0,则被测信号频 率fx = fc/m0 ,其中,fc为时钟脉冲信号频率； 多

3、周期测频法：在被测信号m 1个周期内，计数时钟脉冲数m 2,从而得到 被测信号频率fx ,则fx可以表示为fx =m 1 fcm 2, m 1由测量准确度 确定。二、系统整体方案设计1、系统框图各部分模块的功能： 传感器：用来对信号的采样。 放大、整形电路：对传感器送过来的信号进行放大和整形，在送入单片机进行数据的处理转换。 片机：对处理过的信号进行转换成转速的实际值，送入LED LED显示：用来对所测量到的转速进行显示。2光电式转速传感器：光电式传感器是将被测量的变化转换成光信号的变化，再通过光电器件把 光信号的变化转换成电信号的一种传感器。它具有频谱宽、不易受电磁干扰的 影响、非接触式测量

4、、响应快、可靠性高等优点。整个测量系统的组成框图如图3.3所示。从图中可见，转子由一直流调速电 机驱动,可实现大转速范围内的无级调速。转速信号由光电传感器拾取，使用时应先在转子上做好光电标记，具体办法可以是：将转子表面擦干净后用黑漆（或黑 色胶布 全部涂黑,再将一块反光材料贴在其上作为光电标记，然后将光电传感器 （光电头 固定在正对光电标记的某一适当距离处。光电头采用低功耗高亮度 LED ,光源为高可靠性可见红光，无论黑夜还是白天，或是背景光强有大范围改变 都不影响接收效果。光电头包含有前置电路，输出05V的脉冲信号。接到单片机89C51的相应管脚上，通过89C51内部定时/计时器T0、T1及

5、相应的程序 设计，组成一个数字式转速测量系统。3.3光电测量系统组织框图三、系统结构1、传感器选用的传感器型号为SZGB-3V单向）SZGB-3 20电源电压为12V DCSZGB-3型传感器主要性能介绍如下：1供单向计数器使用，测量转速和线速度2采用密封结构性能稳定.3）光源用红外发光管，功耗小，寿命长4 SZGB-3, 20 电源电压为 12V DCSZGB-3型传感器主要性能介绍如下：SZGB-3.型光电转速传感器，使用时通过连轴节与被测转轴连接，当转轴旋 转时，将转角位移转换成电脉冲信号，供二次仪表计数使用。（1输出脉冲数：60脉冲 每一转）（2输出信号幅值：50r/min时300mV

6、（3测速范围:50-5000r/min（4使用时间：可连续使用，使用中勿需加润滑油5工作环境：温度-1040E ,相对湿度w 85%£腐蚀性气体2、调理电路设计滤波电路转速信号处理电路包括信号放大电路、整形及三极管整形电路。因为产生 的电压信号很小，所以要进行放大处理，一般要放大至少1000倍60dB）,然后在进行信号处理工作。信号放大装置选用运算放大器TL084作为放大电压放大元件，采用两级放大电路，每一级都采用反响比例运算电路如图，设计的 电压放大倍数为3000倍。其中第一级放大倍数为 30，第二级放大倍数为100. 放大后电压变化范围为04.8V。TL084采用12V双电源供电

7、，因为电源的供电电压在一定范围内有副值上的波动，形成干扰信号。为起到消除干扰，实现滤 波作用，故供电电源两端需接10U F的电容接地。一次整形后的信号基本上为土 5V的电平的脉冲信号，在脉冲计数时，常 用的是+5V的脉冲信号。如果直接采用-5V的脉冲计数，会增加电路的复杂 性，故一般不直接使用，而是先进行二次整形。第二次用三极管整形电路，当输出为-5V的信号时，三极管VT2<8050）的 基-射极和电阻R18组成并联电路电流经过 R18.R17,三极管VT2处于反向偏置 状态，所以，VT2的集-射极未接通，故处于截止状态。电源回路由R19，三极管VT2的集-射极组成，采用单电源+12V供

8、电，因为集射极截止，处于断路 状态，故输出电压U0为V。当第一次整形输出为+5V的信号时，三极管 VT2 基-射极处于正向偏置状态，有电流I通过，故此时三极管的集-射极处于通路状态。电源电流流经电阻 R19,三极管的集-射极到地端，因为集-射极导通时 的电阻很小，可以忽略不计。电源电压主要在R19上，其输出电压约为 0V。综上所述，三极管整形的电路的输入关系是：信号为 -5V时，U0=+12V ;信号 为+5V 时，U0=0V。3、单片机<1）单片机 AT89C51AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器vFPEROMFalsh Programmable and Eras

9、able Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51指令集和输出管脚相兼容。因为将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL的AT89C51是一种高 效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。(RXD)(TXD)(r4 f a j (TFrm(T0> (T1) (W7T) (7W)P 1.0 P 1.1 CP1.2 CP1.3 CP 1.4 CP 1,5 匚 P 1 6 C P 1 7 C RST匚P3.D C P3.1 匚 Pd

10、.2 匚 P3.3 匚 P3.4 匚P3.5 匚P3.S 匚P3 7匸XTAL2 HXTAL1 匚GND匚012345 6 7890PD .0(ADO-P0. 1(AD 1 )P0.2<AD2)P0,3(AD3)P0.4(AD4)P0.S(ADS)P0.6(AD6)P0.7(AD7)TH叽,PPA L E/PROGFTE7JP2,7< A15)P2.6< A14)P2.5(AIS)P2.4(A12)P2.3(A1 1 )P2 2(A 1 0 P2 1A 9 )P2.0(A81VC C一二一 口匚Hpi匚匚匸口口 L 二二H二一 口二口 098 7 6S4 321098 765

11、 4321 4333 3 333333222 2222 2 2AT89C51单片机的功能：1、主要特性：与MCS-51兼容 4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定 128*8位内部RAM 32可编程I/O线两个16位定时器/计数器 5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2、管脚说明： VCC供电电压， GND接地。 P0 口： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电 流。当P1 口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序 数据存储器，它可以被定义为

12、数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作 为原码输入口，当 FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉 高。 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向I/O 口，P1 口缓冲器 能接收输出4TTL门电流。P1 口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输 入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是因为内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2 口被写“ T时，其管脚被内部上拉电阻拉 高，且作为输入。并因此作为输入时

13、，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是因为内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部 数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“ 1”时，它利 用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控 制信号。<2）单片机程序流程图4、显示设备共阴级14脚4位带时间显示数码管5、软件设计主程序流程图5.1显示子程序流程图开始<3）动态显示仿真动态显示程序口 aac vmntti 口陀虫 MLdMIhPa«UhMI Wnlf*r*w m* n*J

14、.4hfeiO営科曉中*5*m rg»ra JlTW#in clude<reg51.h>#defi ne uchar un sig ned char #defi ne uint un sig ned int uint 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(>

15、 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、体会心得通过这次研究性教案，让我们深入了解了光电传感器的原理及其应用，提高了我们的 创新能力，扩展了我们的想象、设计能力。我们通过借鉴期刊、论文、