光电传感器课程设计汽车测速系统

1、光电信息技术研究性教学报告题目：汽车测速系统目录、摘要 错误！未定义书签、系统整体方案设计11、系统框图2、光电传感器错 误！未定义书签三、系统结构 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1、传感器 2 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2、调理电路设计 3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3、单片机 4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 4、显示设备 6 HYPERLI

2、NK l bookmark22 o Current Document 5|、软件设计 6 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 四、体会心得 9 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 五、参考文献 9一、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，由于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

3、过的圈数 , 其 大小及变化往往意味着机器设备运转的正常和否 , 因此 , 转速测量一直是工业 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。在频率的工程测量中 , 电子式定时计数测量频率的方法一般有三种 :测频率法 : 在一定时间间隔内 , 计数被测信号的重复变化次数 , 则被测 信号的频率 可表示为 =（ 1）；测周期法 : 在被测信号的一个周期内 ,

4、计数时钟脉冲数 0 , 则被测信号频 率 = / 0 , 其中 , 为时钟脉冲信号频率；多周期测频法 : 在被测信号 1 个周期内 , 计数时钟脉冲数 2 , 从而得到被 测信号频率 , 则 可以表示为 = 1 2, 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 LEDLED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

5、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、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

6、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及相应的程序设计，三、系统结构1、传感器选用的传感器型号为 SZGB-3（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，使用时通过连轴节和被测转轴连接，当转轴旋 转时，将转角

7、位移转换成电脉冲信号，供二次仪表计数使用。输出脉冲数： 60 脉冲(每一转)输出信号幅值： 50r/min 时 300mV测速范围 :50-5000r/min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-10 40 , 相对湿度 85%无腐蚀性气体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。 由于产生的 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

8、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，由于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，故一次整形后的信号基本上为 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 VT

9、2 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 供电，由于集射极截止，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， 由于集-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

10、 +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 （FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memor）y 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， 和工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 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。AT89C51单片

11、机的功能： 1、主要特性： 和 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，它可以被定义为数据 /地址

12、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，这是由于内部上拉的缘故。 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“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且 作为输入。并因此

13、作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由 于内部上拉的缘故。 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显示子程序流程图定时计数子程序流程图 5.33）动态显示仿真动态显示程序#include#define uchar unsigne

14、d char#define uint unsigned intuint mm=1234;uchar jj;uchar code table=0 xc0,0 xF9,0 xA4,0 xB0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xF8,0 x80,0 x90,; delay(uint m) uint i,j;for(i=m;i0;i-)for(j=110;j0;j-);xian_shi() uchar qian,bei,shi,ge;qian=mm/1000;bei=mm%1000/100;shi=mm%100/10;ge=mm%10;P2=0 x80;P0=tableqian;delay(50);P2=0;P2=0 x40;P0=tablebei;delay(50);P2=0;P2=0 x20;P0=tableshi;delay(50);P2=0;P2=0 x10;P0=tablege;delay(50);P2=0;四、体会心得通过这次研究性教学，让我们深入了解了光电传感器的原理及其使用，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、报告，完成了此次研 究性教学