传感器课程设计77073

1、目录摘要1一、课程设计任务和功能要求11.1设计和应用背景11.2设计原则11.3系统结构2两个传感器模块设计32.1脉冲信号的采集32.2霍尔传感器32.3光电传感器32.4光电编码器42.5三种方案的选择和比较4三。设计总结53.1硬件连接53.2实验程序和分析63.4示意图73.5多氯联苯示意图7四.设计总结8V.参考文献9六.成员和分工9附录9欢迎下载摘要速度测量是工农业生产中的一个常见问题。学习如何利用单片机技术设计测速仪器具有重要意义。为了测量速度，首先要解决的是采样问题。在利用仿真技术制作转速表时，常用测速发电机的方法，即把测速发电机的转轴与被测轴连接起来，测速发电机的电压反映速

2、度。一种简单的脉冲计数法可以用单片机来测量速度。只要转轴转动一次，就会产生一个或多个固定的脉冲，并送到单片机进行计数，就可以得到转速的信息。关键词：拾取信号光电传感器霍尔传感器光电编码器速度一、课程设计任务和功能要求任务：电机速度的自动检测功能要求：请设计一个能提供电机速度电量信息的电机速度监控装置。1.1设计和应用背景电机作为风机、水泵、机床等设备的动力，广泛应用于工业、农业、商业、公共设施、制造业等领域。在中国，电动机的耗电量已经占到社会总耗电量的60%以上。中国的能源相对稀缺，高质量能源严重短缺。同时，巨大的能源消耗造成的环境污染在一定程度上制约了经济的发展。从节约能源和保护环境出发，中

3、国开展了大量的节能研究工作。作为一种数量大、范围广的机电产品，降低电机损耗、提高电机效率已经成为节约能源、降低生产成本、追求经济效益最大化的重要手段，这是一件事关国家和人民利益的大事。能耗大的旧电机必须进行节能改造。因此，研究节能问题具有重要意义。1.2设计原则(1)光电开关管作为电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一个圆盘，在圆盘上挖一个小孔，对应上下的发光和受光开关。当圆盘旋转一次时，光电管就打开一次，这个信号用于脉冲计数。(2)计数电路对计数脉冲进行有效计数。根据设计要求，计数器必须每秒清除一次。因为电路在几秒钟内更新，所以在计数器和解码电路之间有一个锁存电路，最后的数据在计数器的

4、计数过程中被锁存和显示。这不仅可以解决数字显示的逻辑混乱，还可以避免数字显示的闪烁问题。(3)对于脉冲计数，有两种测量周期和频率的方法。周长测量电路的测量精度主要受电路系统脉冲发生电路的影响，对低频信号的测量精度较高。频率测量电路对高电平和低电平之间的信号差敏感，并且对于低频信号具有较大的测量误差。但是，该电路仍然采用频率测量方法，因为该电路对电机转速精度要求较低，并且该电路已升级为频率计，频率测量方法对高频具有较高的精度。(4)显示电路采用静态显示方式。因为静态显示器易于制造和调试，所以原理简单，并且所需的组件易于购买。(5)电路时钟是整个电路的关键，是整个电路有效工作的核心，负责电路的锁存

5、和复位。基本思想是：当第二个时钟到来时，即上升沿到来时，锁存电路被锁存，锁存后计数器可以清零，锁存和清零之间的间隔应该足够小，否则电路的计数精度会受到影响。有鉴于此，锁存器集成必须采用边沿触发的形式，计数器应与锁存器同步工作，即应在第二个时钟的上升沿触发。此外，大多数解码器具有锁存功能，但其他锁存方法基本上是电平触发的。如果设计为电平触发，将不可避免地增加电路的复杂性。最好直接使用边沿锁存器的单个集成，这样解码器中的锁存电路就不用了。实现时钟的方法很多，该电路采用晶振电路来获得高精度的时钟要求。1.3系统结构本文首先测量电机的转速，然后用数码管显示电机的转速。该装置主要由两部分组成：(1)光电

6、测速。(2)处理和显示测量的脉冲。光电测速部分主要由光电传感器组成，脉冲处理部分主要通过施密特触发器对接收的脉冲波形进行校正，由单片机T1口输入，经80C51处理后显示输出电机速度。两个传感器模块的设计2.1脉冲信号的采集获取脉搏信号的方法有很多，因此有必要使用以下传感器之一来获取脉搏信号。2.2霍尔传感器霍尔传感器是一种对磁性敏感的传感元件。CS3020和CS3040通常用于开关信号采集。这种传感器是一种三端器件，形状类似三极管。只要连接到电源和地，它就可以工作。输出通常是开集电极(OC)门，它具有宽的工作电压范围，使用非常方便。如图1所示，这是CS3020的外形图，它将与自身字面对齐。三个

7、引脚从左至右分别为Vcc、地和输出。图1 CS3020外形图利用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可简化。只要磁钢粘在转轴的圆周上，霍尔开关靠近磁钢，信号就会输出。当转轴转动时，脉冲信号将连续输出。如果在圆周上粘贴多个磁钢，可以实现一次旋转，并且可以获得多个脉冲输出。粘贴磁钢时应注意。霍尔传感器对磁场的方向很敏感。粘贴前，您可以手动接近传感器。如果没有信号输出，你可以在另一个方向再试。该传感器不怕灰尘和油污，广泛应用于工业领域。2.3光电传感器光电传感器是一种应用广泛的器件，有多种形式，如透射型和反射型。基本原理是，当来自发射管的光照射接收管时，接收管打开，反之亦然。以传输类型为例，从图2中

8、可以看出，当一个不透明物体阻挡了传输和接收之间的间隙时，开关管关闭，否则开关管打开。由于这个原因，如图3所示，可以制造安装在旋转轴上的遮光叶片，并且当风扇叶片经过时产生脉冲信号。当叶片数量较大时，通过旋转一次可以获得多个脉冲信号。图2光电传感器示意图图3遮光叶片2.4光电编码器光电编码器的工作原理与光电传感器相同，但它集成了光电传感器、电子电路、码盘等。只要光电传感器的轴通过耦合装置与转轴连接，就可以获得各种输出信号。它广泛应用于数控机床、转台、伺服驱动、机器人、雷达、军事目标测量等需要检测角度的设备和器材中。图4是光电编码器的轮廓。图4成品光电编码器2.5三种方案的选择和比较根据三种方案的原

9、理和实现方法，对三种传感器的原理、优缺点、成本、功耗和稳定性进行了比较和分析测量的非电量被转换成光量的变化，光量通过光电元件被进一步转换成电量。测量的非电量的变化被转换成电容量的变化。优势结构简单、体积小、重量轻、频带宽、动态特性好、使用寿命长。结构简单，形式灵活多样，体积小，采样准确，采样速度快，灵敏范围大，非接触式。结构简单，价格低廉，灵敏度高，过载能力强，动态响应特性好，对高温、辐射和强振动等恶劣条件适应性强。不足之处转化率低，受温度影响大。输出是非线性的，寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度影响很大，并且连接电路复杂。费用相对较高相对较低高的功耗低的超低相对较低稳定性更稳定稳定的长期稳

10、定性本课程选用光电传感器，在稳定低功耗和低成本的情况下更适合。渗透法测量电机速度。上面详细描述了光电传感器的原理。当一个不透明的物体阻挡了发射和接收之间的间隙时，开关管关闭，否则开关管打开。为此，如图3所示，可以制造遮光叶片，并安装在旋转轴上，以在风扇叶片经过时产生脉冲信号。当叶片数量较大时，通过旋转一次可以获得多个脉冲信号。这里我们只使用10个孔的方法。一分钟内，如果产生10000个脉冲，电机转速为1000转/分。三。设计总结3.1硬件连接测速方法决定了测速信号的硬件连接，测速实际上就是频率测量。因此，频率测量的一些原理也适用于速度测量。通常，计数法、脉宽测量法和等精度法都可用于测试。所谓的

11、计数方法是在给定的门时间内，对门时间内的输入脉冲数进行计数；脉宽测量方法利用待测信号的脉宽控制计数门，对高精度高频计数信号进行计数。因为闸门不能与测量信号同步。因此，两种方法都有1个错误的问题。第一种方法适用于高信号频率，第二种方法适用于低信号频率。等精度定律对高低频信号都有很好的适应性。为了简化这里的讨论，只使用计数法进行测试。图5模拟电路图如上图所示：由于光电传感器难以模拟，这里我们用555芯片来构成施密特触发器。光电传感器获得的脉冲由引脚2和5输入，引脚3输出接单片机T1(P3.5)。经89C51编程后，由P1端口输出，由数码管显示。3.2实验程序和分析测量转速，利用光电传感器，被测电机

12、带动纸张旋转。我们在纸上打了10个洞，马达每转一圈就会产生10个脉冲和12个脉冲。需要在数码管上显示转速值(rpm)。图6模拟电路如上图所示：光电传感器测量的脉冲由555的引脚2或引脚5输入，由555的引脚3输出，连接到AT9C51的端口3.5。P2.4 - P2.7为数码管的位选择端口，p1为数据端口。3.4示意图用protel DXP绘制原理图：图7 protel DXP绘制示意图3.5印刷电路板原理图根据原理图印刷电路板：图8印刷电路板四.设计总结根据课题要求，设计了一种电机转速监控装置，能够提供电机转速的电气信息，达到自动检测电机转速的目的，并通过数码管显示出来。通过查询相关数据，我们

13、知道电机的高功耗造成了能源的极大浪费，也更加意识到了这一课题的现实意义。首先，设计原理是拾取电机速度信号，因此有三种传感器可供选择。通过书本和网上阅读数据，在一定程度上了解每个传感器后，根据实际情况和成本选择光电传感器作为信号采集。其优点是结构简单、形式灵活多样、体积小、采样准确、采样速度快、灵敏度高在设计中，用protel DXP绘制了原理图，并通过仿真实现了电机转速的自动检测。数码管显示速度要求、精度和灵敏度均满足要求，并绘制了印刷电路板电路图，可以在实践中建模，实现类设计的要求。一般来说，它可以实现其基本功能，电机转速为700-1500转/分。通过这门课程，我们感受到传感器在我们生活中的

14、普遍性和重要性。通过本课程，我们对光电传感器的结构特点和工作原理有了更深的理解和掌握。表达你在课程设计中学到的东西。经过本周的努力和努力，在老师的指导和团队成员的配合下，课程顺利完成。V.参考1许等.传感器与检测技术.电子工业出版社，20062周兴鹏，现代测试技术，高等教育出版社，20043王行芝等，单片机应用系统抗干扰技术，北京航空航天大学出版社，2004六.成员和分工团队成员劳动力的分工数据整合，报告撰写光电传感器的数据整理霍尔传感器数据整理光电编码器的数据整理附录实验过程如下：#包括#定义uchar无符号字符#定义uint无符号整数#定义ulong无符号长#定义P1发光二极管p03；p0

15、2；p01；p00；/sbit pin _ speed senser=p35；/光电传感器信号连接到T1#定义时间_CYLC 100 /12M晶体振荡器，定时器每10毫秒中断一次，我们每秒计算一次速度。/1000ms/10ms=100#定义编码轮上的齿数。这里，假设码盘上有10个齿，也就是说，传感器检测到10个脉冲，这被认为是1圈。#定义K 100.0 /校准系数无符号字符代码表=0x3f、0x06、0x5b、0x4f、0x66、0x6d、0x7d、0x07、0x7f、0x6f。uchar数据Disbuf4；/显示缓冲区uint Tcounter=0；/时间计数器位标志_新鲜=0；/刷新标志位标志=0；/计算速度标志位标志_错误=0；/超程标志/在数码管上显示一个四位数void DisplayFresh()；/计算转速，并将结果放入数码管缓冲区void ClacsSpeed()；/初始化定时器T0void init _ time r0()；/初始化定时器T1void init _ time R1()；/延迟功能无效延迟(单位毫秒)；void it_timer0()中断1 /*中断地址为0x0