非接触式转速测量装置

1、非接触式转速测量装置非接触式转速测量装置指导老师指导老师: :肖运虹肖运虹参赛学生参赛学生: :罗贤凯，严科，雷焓，唐晓旭，邓亮罗贤凯，严科，雷焓，唐晓旭，邓亮作品中涉及到的激光方向性好、亮度极高激光方向性好、亮度极高激光的信号传递技术激光的信号传递技术激光的信号传递技激光的信号传递技术术激光的信号传递技术激光的信号传递技术激光的信号传递技术激光的信号传递技术方法和技术方法和技术光电转换技术光电转换技术 信息调理技术信息调理技术单片机处理技术单片机处理技术激光采集激光采集 时钟模块时钟模块 键盘输入键盘输入液晶显示液晶显示 MCU处理器处理器作品的设计框图作品的设计框图作品的外观图作品的外观图

2、底部开关底部开关顶部激光头顶部激光头液晶显示液晶显示控制按键控制按键 作品展示作品展示激光的主要特点激光的主要特点（一）定向发光（一）定向发光（二）亮度极高（二）亮度极高（三）颜色极纯（三）颜色极纯（四）能量密度极大（四）能量密度极大作品设计的物理思想作品设计的物理思想通过与转速相关的物理通过与转速相关的物理量作为触发信号，通过激光量作为触发信号，通过激光反射经接收管接收而获得电反射经接收管接收而获得电信号，然后将该电信号在单信号，然后将该电信号在单位时间进行计数，即可得到位时间进行计数，即可得到该定轴转动的转子的转速。该定轴转动的转子的转速。由角速度公式的定义可由角速度公式的定义可知单位时间

3、转过的角度除以知单位时间转过的角度除以所用时间即为角速度。而转所用时间即为角速度。而转速是指单位时间内物体做圆速是指单位时间内物体做圆周运动的次数。现设通过单周运动的次数。现设通过单片机捕获每转一圈所用时间片机捕获每转一圈所用时间为为t，则，则（为转过的圆周角，为转过的圆周角，为角为角速度，速度，=2）可以导出：可以导出： 角速度角速度: 转速转速:作品的实验原理作品的实验原理激光传感器包含发射和接受激光传感器包含发射和接受两部分。发射部分由一个震荡管两部分。发射部分由一个震荡管发出发出180KHz频率的震荡波后，经频率的震荡波后，经三极管放大，激光管发光；接收三极管放大，激光管发光；接收部分

4、由一个相匹配部分由一个相匹配180KHz的接收的接收管接收返回的光强，经过电容滤管接收返回的光强，经过电容滤波后直接接入波后直接接入MSP430F169单片单片机的机的I/O接口，检测返回电压的高接口，检测返回电压的高低。由于激光传感器使用了调制低。由于激光传感器使用了调制处理，接收管只能接收相同频率处理，接收管只能接收相同频率的反射光，因而可有效防止可见的反射光，因而可有效防止可见光对其的影响。光对其的影响。 当激光发射出去以后当激光发射出去以后遇到物体会发生反射现象，遇到物体会发生反射现象，接收管会接收到一个反射接收管会接收到一个反射信号，从而产生高低电平信号，从而产生高低电平的变化，此时

5、我们通过示的变化，此时我们通过示波器将会看到如上图所示波器将会看到如上图所示的方波信号。的方波信号。激光传感器详细介绍激光传感器详细介绍 激光传感器主要由激光头，激光传感器主要由激光头，激光调制管，激光接收管，激光激光调制管，激光接收管，激光透镜四部分组成。该激光传感器透镜四部分组成。该激光传感器采用的是小型激光头，采用的是小型激光头，这使得传这使得传感器在感器在重量方面有很大优势重量方面有很大优势。并并且该种激光头且该种激光头具有具有内调焦内调焦的特性的特性，使得它使得它体积缩小，体积缩小，而而激光管激光管我们我们采用了更优质采用了更优质的的材质材质，使得该激使得该激光传感器光传感器亮度更大

6、，距离更远，亮度更大，距离更远，稳定性更好。稳定性更好。激光传感器的原理说明激光传感器的原理说明激光发射管原理图激光发射管原理图激光发射管：激光发射管：SET_BIT0SET_BIT0的作用是选的作用是选通该激光发射，当通该激光发射，当SET_BIT0SET_BIT0为高电为高电平时，平时，80508050导通，此时调制管工作，导通，此时调制管工作，输出调制波，然后进过三极管放大输出调制波，然后进过三极管放大然后控制激光管调制发射。然后控制激光管调制发射。激光接收管原理图激光接收管原理图激光接收管：接收管直接输出激光接收管：接收管直接输出TTLTTL电平，然后将电平，然后将1.5K1.5K的电

7、阻的电阻直接上拉到直接上拉到VCCVCC。RECEIVE_0RECEIVE_0直直接连接到单片机的接连接到单片机的IOIO口。口。作品测速的演示过程作品测速的演示过程作品的实测显示界面作品的实测显示界面作品的测量原理作品的测量原理一、激光反射信号的获取部分一、激光反射信号的获取部分（1）使用示波器对所获电信号进行检测得到不同转速情况下信号波形图；）使用示波器对所获电信号进行检测得到不同转速情况下信号波形图；（2）对经放大、整形和滤波后的信号进行示波器的波形检测，分析其波）对经放大、整形和滤波后的信号进行示波器的波形检测，分析其波形与脉冲信号之间的变化情况比对，分析其抗干扰性能情况，并作出相形与

8、脉冲信号之间的变化情况比对，分析其抗干扰性能情况，并作出相关改进；关改进；二、脉冲信号的记数和转速的转换、显示二、脉冲信号的记数和转速的转换、显示作为激光反射后经单片机处理的脉冲信号输入到时序电路中进行相作为激光反射后经单片机处理的脉冲信号输入到时序电路中进行相关脉冲计数的信号处理，其为转速测定精确性的主要方面，从原理上测关脉冲计数的信号处理，其为转速测定精确性的主要方面，从原理上测量精确性可从如下两方面得到加强：其一为波形易识别且抗干扰能力强量精确性可从如下两方面得到加强：其一为波形易识别且抗干扰能力强的电脉冲信号及其计数，故试验设计中将从激光传感器中获得的信号以的电脉冲信号及其计数，故试验

9、设计中将从激光传感器中获得的信号以方波信号送入后一级电路中以增强其抗干扰性；其二为脉冲信号数量计方波信号送入后一级电路中以增强其抗干扰性；其二为脉冲信号数量计数的时间。作为计时器的时基电路综合各种时基电路设计考虑采用具有数的时间。作为计时器的时基电路综合各种时基电路设计考虑采用具有高精度的晶振电路，之后通过数字计数高精度的晶振电路，之后通过数字计数/ /分频电路及外围电路来实现计时分频电路及外围电路来实现计时的精准。的精准。实验的数据及分析实验的数据及分析测量精度:0.01 测量最大距离:2M作品的特色和创新点作品的特色和创新点作品的特色和创新点作品的特色和创新点（1 1）装置运用激光捕获物体）装置运用激光捕获物体的特性的特性，可实现全天候的测量，不受外，可实现全天候的测量，不受外 界环境的限制；界环境的限制； （2 2）装置内部）装置内部装有装有13021302时钟芯片，可显示时间，时钟芯片，可显示时间