单片机红外线测速表
基于51单片机的红外测仪
基于51单片机的红外测仪【摘要】本系统是基于51单片机的一款测量精度为0.1毫米红外测距仪。
本系统采用能量测距原理，通过红外接收模块将采集的光信号转化成电信号，再经信号放大，A/D采样将信号转化为数字信号输入单片机中，通过编写相应的程序实现自动测量功能，通过显示电路显示出结果。
并在超出系统测试范围时进行警报。
【关键词】红外测距当前主流测距方法主要有三种：传统测量、激光测量、红外测量、超声波测量。
传统测量方法需要话费大量人力时间，且精度和范围都无法达到高标准要求。
激光测距虽在测量范围和时间上有一定优势，但对操所人员的技能要求较高容易出现安全事故，且制做的难度较大，成本较高。
超声波测距误差较大环境温度、湿度、海拔高度等都可能对其造成影响。
红外线是介于可见光和微波之间的一种电磁波，因此，它不仅具有可见光直线传播、反射、折射等特性，还具有微波的某些特性，如较强的穿透能力和能贯穿某些不透明物质等。
故在未来的发展中红外测距技术必将拥有广阔的应用前景。
本文提供一种用51单片机解决短距高精度红外测距的方法。
此系统精度高电路简单，用51c编程易懂且方便移植。
降低了调试难度且增加了初学者的可操作性。
1 方案论证与比较目前在红外测距领域中，主要有应用一下三种测距法：时间差测距法、放射能测距法和相位测距法。
这三测距法原理如下1.1 时间差测距法原理红外线发射器发射出有频率的红外线，经障碍物反射，红外线接收器接收到反射波信号，并将其转变为电信号。
测出发射波与接收到反射波的时间差，即可求出距离s，但是经过计算这个方法并不合理，红外线的传播速度为310 m/s，单片机要想反应的过来的话，处理速度至少在GHz以上，很显然是不可能的，所以是无法根据时间测出距离的。
1.2 反射能量法原理反射能量法：仪器发射一束光（通常是近红外光）照射到被障碍物表面，同时红外接收管接收障碍物的反射光能量，传播距离越远，光强就越弱，所以根据接收到的反射光能量来判断被测物体的距离。
基于单片机的液体点滴红外测速
基于单片机的液体点滴红外测速内蒙古大学本科学年论文(设计) 第 - 1 - 页2011-5-13基于单片机的液体点滴红外测速第一章绪论1.1 本论文研究的背景静脉输液是临床医学中的一个重要的治疗手段和医学监护的一项重要内容，在各个医院的医疗工作中被广泛应用,据统计住院输液率为70% ~ 80%。
它不仅是一种重要的给药途径,而且还是给患者补充体液、营养的重要方法。
在输液过程中,输液速度是一个很重要的参数, 一般要根据患者年龄、病情和药物种类等因素来分别确定。
同时，在静脉输液过程中，必须有人陪护，以防鼓包等事故发生，尤其对术后几乎需要24小时不间断输液的患者的监护，更是让护理者身心憔悴。
当护理者发生困倦时，极易发生事故。
通过调查得知,目前几乎所有医院因种种原因仍没有采用输液监控系统,而是采用传统的输液方法, 即将液体容器挂在一定高度，利用液体静压原理与大气压的作用使液体下滴，将大量灭菌药液直接滴入静脉内，从而达到治疗目的。
用软管夹对软管夹紧和放松控制滴速，医护人员按药剂特性对滴速进行控制。
由于这种滴速控制是通过肉眼观察进行估计的，需要根据经验来调节, 使得点滴流速不够准确，影响了治疗效果，以至危害病人健康。
当液体输完时，如床旁无陪护或医护人员未内蒙古大学本科学年论文(设计) 第 - 2 - 页2011-5-13 及时换药或拔针头，将会出现回血等情况。
为此患者家属需要陪同病人并且不断地观察输液情况，这样容易导致交叉感染，患者也得不到良好的休息，影响治疗质量和患者康复。
同时，护士也需要不停地巡视病房，增加工作负荷，有时还会产生医疗纠纷。
基于以上情况，针对上述现象，我们需要一种能够动态显示滴速、精确控制点滴滴速，并且能在液体走空前发出声像警报的低价、实用、智能的输液控制报警系统，对治疗过程采用自动化监控和管理是发展的必然趋势。
1.2 国内外研究现状及发展趋势陷国外对智能型输液装置的研究较早，如日本、美国和德国等国家上世纪八十年代末就进行了智能型输液装置的研制。
单片机设计实验报告(红外测速报警仪)
2011年小学期单片机设计实验报告题目：红外测速报警系统在工程实践中，经常会遇到各种需要测量移动速度的场合，高精度和非接触测量往往给测量提出了高的要求。
红外光电传感器的工作原理较为方便易行，且精度较高，在此基础上采用单片机进行计数测量,并用输出设备显示测量结果，为远程检测与监控提供了合理的选择。
本次我们制作的是基于pic32单片机的能够自行设置最高限速并进行红外测速报警的测速系统。
本方案采用单片机PIC32MX795F512L为控制核心，实现测速报警系统的基本功能。
系统的硬件部分主要包括单片机板块、数据采集、人机交互界面三大部分。
数据采集由内部计时系统和红外线发射/接收系统实现，人机交互界面主要为4×4标准输入键盘和RT1602C点阵式液晶显示器，另外再加上与单片机相连受其控制的蜂鸣器，实现报警功能。
整个系统中，微控制器采用了Microchip公司的PIC32MX795F512L，软件设计中涉及PORTE、PORTD和PORTG等相关管脚用作普通数字I/O脚。
本实验用单片机PORTE和PORTG相关管脚控制液晶显示器的读写；用PORTB和PORTF相关管脚接收键盘的输入高低电位，进而获取输入信息；用PORTD某些管脚来控制蜂鸣器的启动/关闭，以及接受红外对管的电平信号。
关键词：PIC单片机红外信号输入/输出 C语言AbstractIn engineering practice, we often encounter a variety of situations where we need to measure moving speed,and accuracy and non-contact measurement to measurement often require high demand. Infrared optical sensor is convenient and easy to use, and high accuracy, and using single-chip to count on the basis of Infrared optical sensor and displaying the measurement results with the output device provides a reasonable choice for remote detection and monitoring.This time our production is based on PIC32 microcontroller, which can set the maximum speed limit and measure the speed with the infrared alarm system. The program take PIC32MX795F512L as controlling core to achieve the basic functions of alarm system and speed measure system.Keyworks:PIC microcontroller Infrared signal Input/Output C关键词： (2)PIC单片机红外信号输入/输出 C语言 (2)Abstract (2)1．方案论证与比较 (4)2．系统设计 (4)2．1 总体设计 (4)2．1．1 原理模块框图 (4)2．1．2 模块工作原理说明 (5)2．2 各模块设计及参数计算 (6)2. 2. 1 键盘输入系统 (6)2. 2. 2 液晶显示系统 (8)2. 2. 3 红外线发射/接收系统 (9)2. 2. 4 蜂鸣器报警系统 (10)2．3 软件系统设计 (11)2. 3. 1 系统软件流程图(摘自组员王渊浩) (11)2. 3. 2各模块子程序流程图及设计说明 (13)3．系统调试 (19)3．1硬件调试 (19)3．2软件调试 (19)3．3软件硬件联调 (20)4．系统指标测试 (21)4．1测试仪器 (21)4．2技术指标测试 (21)5．结论 (21)6．致谢、心得、体会 (22)7．参考文献 (23)8．附录 (23)附录1 (23)1．方案论证与比较本方案名称是《红外线测速报警系统》，全部组成部分为单片机系统、红外线发射/接收系统、键盘输入系统、液晶显示系统以及蜂鸣警告系统。
红外线测转速表课程设计
学科分类号本科学生电子课程设计论文题目：红外线测转速表姓名谢金秀学号**********院（系）工学院专业、年级应用电子技术教育 2006级指导教师汪鲁才、兰浩、杨小钨老师2008年9 月30 日说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90—100分记为优秀，80—89分记为良好，70—79分记为中等，60—69分记为及格，60分以下记为不及格。
摘要关键词：转速测量;计数器；红外发射接收英文关键词：the measurement of rotary speed;counter; i nfrared ray send and incept.摘要：本文介绍了一种以集成电路为基础的测量电机转速的仪器。
根据电路原理设计了硬件电路，这种测量装置能够测量转速范围较大的转速，是一种很有应用和发展前景的转速测量仪。
Absolute:The program and principle of testing eng ine speed with Integrated circuits is explained.The hardwar e circuit is designed. The design of circuits’prinnciple is g iven out. This scheme of design, which obtains wide appli cation in measuring engine speed, also has a value of ap plication and promotion.第1章绪论一、红外线转速表的发展现状与存在的问题红外数字转速仪是一种非接触式，光电传感的转速计量仪器，是代替机械转速表，用来测量转动速率的一种计量仪表。
它由光源、光电盘、光敏二极管、检波放大电路与数显装置等组成。
光电盘随转轴一同转动,光敏二极管将光电盘透射来的光信号转换为电信号,然后通过计数脉冲的频率,即可在数显装置上读出旋转轴的转速，在电器设备中应用十分广泛。
基于单片机控制的红外测速装置设计报告
基于单片机控制的红外测速装置设计报告姓名学号学院班级组长李庆鹏11221097机电学院机械1104组员郭鑫鹏11221065机电学院机械1103指导教师：邓湘联系方式：xdeng@完成日期：2013.7.10内容摘要：90C51单片机 LED动态显示红外传感测速（计时）通过利用分布在车辆运行线路上的两个红外传感装置A和B，使得其在车辆通过时因为被车体遮挡而产生低电位，进而控制单片机进行开始（停止）计时，达到计时效果；同时，利用LED动态显示方法将得到的时间显示出来。
利用得到的时间T和预先设定的检测口A、B距离S(S被认为是足够小的一段距离),则可以近似得出列车通过A、B时的瞬时速率V, V=S/T。
若利用通信设备将此速率传输到调度中心，可以建立一个独立于列车以外的运行监测系统，这样可以防止因列车通信系统意外故障而产生的运行监测失效，为列车安全运行提供了另一把安全锁。
目录1.背景和意义 (1)1.1设计背景及意义 (1)1.2设计内容 (1)1.3设计要求 (1)2.仿真设计............................. 错误！未定义书签。
2.1设计思路......................... 错误！未定义书签。
2.2硬件设计......................... 错误！未定义书签。
2.3软件设计......................... 错误！未定义书签。
2.4Proteus软件仿真结果.............. 错误！未定义书签。
3.实物设计............................. 错误！未定义书签。
3.1工作原理......................... 错误！未定义书签。
3.2硬件设计......................... 错误！未定义书签。
3.3软件设计......................... 错误！未定义书签。
红外线数字转速表的设计
红外线数字转速表的设计摘要红外线数字转速表是一种代替机械转速表、用来测量转动速率的计量仪表。
红外线数字转速表采用的红外探头有直射式和反射式两种。
从原理上讲，任何一种电子数字式速度表都可以视为一个频率计，可用一只频率计先测出某一信号的频率，然后用此频率计测量该信号的频率，调节电位器使被测信号频率与标准频率计所测频率数一致。
若找不到标准频率计可采用交流电源变压器。
红外数字转速表可由频率计，秒脉冲电路以及计数控制门等组成。
本文介绍了一种基于AT89C51 单片机平台，采用光电传感器实施电机转速测量的方法，硬件系统包括脉冲信号产生、脉冲信号处理和显示模块，并采用C 语言编程，结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。
介绍了该测速法的基本原理、实现步骤和软硬件设计。
关键词：转速测量，单片机，光电传感器，电机ABSTRACTInfrared digital tachometer is an alternative which replaces mechanical tachometer and is used to measure the rotation rate. Infrared digital tachometer uses direct or reflective infrared probe .To principle，any kind of electronic digitalspeedometer can be regarded as a frequency meter，and frequency meter can be used afirst measured the frequency of a signal，and then measuring the frequency of thesignal in this frequency adjustment potentiometer which allows the signal frequency and thestandard frequency meter to accord with the frequency number.Once unable to find a standardfrequency meter，AC power adapter can be used . Infrared digital tachometer construct contain the frequency meter circuit ，the second pulse and count control gate ，etc.This article describes microcontroller platform which is based on AT89C51，and uses aphotoelectric sensor to motor speed ，consists of the pulse signal，pulse signal processing and display module，and using the C programming language. The results show a lot of advantages，such as，simple method ，high precision，good stability . Introduces the basic principles of the speed law，procedures and hardware and software design.Keywords: speed measurement，microcontroller，photoelectric sensors，motor目录前言 (1)第1章概述 (3)1.1 数字电子技术发展现状 (3)1.2 转速检测计量技术的发展现状与存在的问题 (3)1.2.1 转速概述 (3)1.2.2 转速表的类型和检测技术 (3)1.2.3 国内转速计量技术存在的问题 (4)1.3 选择红外数字转速仪设计的意义 (5)1.4 设计红外数字转速仪所做的工作 (6)第2章转速测量系统的原理 (7)2.1 转速测量方法 (7)2.2 转速测量原理 (8)2.3 总体思路 (9)2.4 系统组成 (9)2.5 转速测量的方案 (10)2.6 红外光电传感器ST188介绍 (10)2.6.1 ST188介绍实物图 (10)2.6.2 极限参数 (11)2.6.3 光电特性 (12)2.6.4 常用电路 (12)2.6.5 原理说明 (13)第3章系统硬件设计 (14)3.1 单片机AT89C51介绍 (14)3.1.1 主要特性 (14)3.1.2 管脚说明 (15)3.1.3 振荡器特性 (18)3.1.4 芯片擦除 (18)3.1.5 最小系统的设计 (18)3.2 转速信号采集 (21)3.3 转速信号处理电路设计 (22)3.4 显示部分设计 (23)3.4.1 LED数码管介绍 (23)3.4.2 显示电路 (25)第4章系统软件设计 (26)4.1 主程序初始化 (26)4.1.1 定时器的初始化 (26)4.1.2 中断允许控制 (27)4.2 主程序流程图程序流程图 (27)第5章系统调试 (30)5.1 软件模拟仿真 (30)5.2 硬件调试 (30)第6章总结 (31)参考文献 (32)致谢 (34)附录Ⅰ系统总电路图 (35)附录Ⅱ实物图 (36)附录Ⅲ系统总程序清单 (37)前言单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。
51单片机-红外点滴测速程序
51单片机-红外点滴测速程序#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit beep = P1^0;sbit dula = P3^6;sbit wela = P3^7;uchar qian,bai,shi,ge;uint speed = 0,speed_tmp = 0;uint num0,num1;uchar time_out = 0;uchar code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};uchar code tablewe[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};void init();void delayms(uint);void display(uchar qian,uchar bai,uchar shi,uchar ge); void main(){init();while(1){display(qian,bai,shi,ge);if(time_out == 1){speed_tmp = speed * 12; //每分钟的点滴数目等于每5秒的数目乘以12speed = 0;qian = 0;bai = speed_tmp/100;shi = (speed_tmp%100)/10;ge = speed_tmp%10;// speed = 0; //点滴数目清?time_out = 0;}}}void init(){TMOD = 0x11; //设置定时器0和1为工作方式1（0001 0001）TH0 = (65536-45872)/256; //装初值TL0 = (65536-45872)%256;TH1 = (65536-45872)/256;TL1 = (65536-45872)%256;EA = 1; //开总中断ET0 = 1; //开定时器0中断ET1 = 1; //开定时器1中断EX0 = 1; //开外部中断0EX1 = 1; //开外部中断1TR0 = 1; //启动定时器0TR1 = 1; //启动定时器1IT0 = 1; //外部中断0低电平触发IT1 = 0; //外部中断1低电平触发beep = 1; //关闭蜂鸣器}/******************************外部中断0 P3^2 **********************************************/void Int0() interrupt 0 //点滴检测部分，能触发中断，说明有点滴滴下{EX0 = 0; //开外部中断0num1 = 0; //计数器1清零speed ++; //点滴数目加1EX0 = 1; //开外部中断0delayms(1);}/******************************外部中断 1 P3^3 **********************************************/void Int1() interrupt 2 //液面检测部分{EX1 = 0; //开外部中断0beep = 0; //如果触发外部中断，即检测脚为低电平，低于检测液面，蜂鸣器报警EX1 = 1; //开外部中断0}/******************************定时器中断0**********************************************/void T0_time() interrupt 1{TH0 = (65536-45872)/256; //装初值TL0 = (65536-45872)%256;num0 ++;if(num0 == 40) //每隔2s测一次点滴数{num0 = 0; //计数器0清零time_out = 1;}}/******************************定时器中断1**********************************************/void T1_time() interrupt 3{TH1 = (65536-45872)/256; //装初值TL1 = (65536-45872)%256;num1 ++;if(num1 == 60) //若3s时间到，还未检测到点滴滴下{beep = 0; //蜂鸣器报警}}void delayms(uint xms){uint i,j;for(i = xms;i > 0;i--)for(j = 110;j > 0;j--);}/******************************数码管显示函数**********************************************/void display(uchar qian,uchar bai,uchar shi,uchar ge){dula = 1;P0 = table[qian];dula = 0;wela = 1;P2 = tablewe[3];wela = 0;delayms(5); dula = 1;P0 = table[bai]; dula = 0;wela = 1;P2 = tablewe[2]; wela = 0; delayms(5); dula = 1;P0 = table[shi]; dula = 0;wela = 1;P2 = tablewe[1]; wela = 0; delayms(5); dula = 1;P0 = table[ge]; dula = 0;wela = 1;P2 = tablewe[0]; wela = 0; delayms(5);}。
红外线数字转速表的设计
红外线数字转速表的设计摘要为测量电机等旋转体的转速，本文用AT89C52单片机作微处理器，设计了一种基于红外线的转速测量装置。
系统采用一对红外发射和接收二极管形成光路，通过齿盘轮齿对光路的间歇遮挡形成电脉冲。
单片机采用同步M／T法对脉冲计时从而计算出转速，并通过液晶显示器显示出结果。
实验结果显示测量装置能保证检测的实时性，测量精度高，可适应低转速和高转速的测量。
关键词：转速；红外辐射；AT89C52单片机；测量仪AbstractThis thesis designed an infrared-based speed measuring devices that AT89C52 microcontroller as microprocessors to measure the speed of motors and other rotating body. System uses a pair of infrared transmitter and receiver diodes form a light path through the optical path-gear tooth formation, intermittent electrical pulses block. Microcontroller using synchronous M / T method to calculate the speed of pulse timing ，and through the LCD display the result. Experimental results show that measuring device can guarantee detection of real-time, high accuracy, can be adapted to low speed and high-speed measurements.Keywords：speed; the infrared radiation; AT89C52 SCM(Single Chip Microcomputer ) ; measuring equipment前言单片机具有体积小，速度快，性能可靠和价格低廉等优点，通常在其外部配置外围电路就可构成一完整的控制系统。
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课题：单片机红外线数字转速表班级：姓名：学号：设计内容及要求：转速测量的原理，红外线发射和接受管测量转速的方法，给出详细电路设计过程和原理图1、转速测量的原理测量的方法不同，会造成测量的原理有所不同，我在网上查找得到结果是，转速测量方法大致可以分为两类:一类是直接法，即直接观测机械或者电机的机械运动，测量特定时间内机械旋转的圈数，从而测出机械运动的转速；另一类是间接法，即测量由于机械转动导致其他物理量的变化，从这些物理量的变化与转速的关系来得到转速。
同时从测速仪是否与转轴接触又可分为接触式，非接触式。
目前国内外常用的测速方法有光电码盘测速法、霍尔元件测速法、离心式转速表测速法、测速发电机测速法、漏磁测速法、闪光测速法和振动测速法。
a光电码盘测速法(这是本文采用的方法) 这是通过测出转速信号的频率或周期来测量电机转速的一种无接触测速法。
光电码盘安装在转子端轴上，随着电机的转动，光电码盘也跟着一起转动，如果有一个固定光源照射在码盘上，则可利用光敏元件来接受光，接收到光的次数就是码盘的编码数。
若编码数为l，测量时间为t，测量到的脉冲数为N，则转速n=(N/t*l)*60。
b霍尔元件测速法利用霍尔开关元件测转速的。
霍尔开关元件内含稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、施密特触发器和输出电路。
输出电平与TTL电平兼容，在电机转轴上装一个圆盘，圆盘上装若干对小磁钢，小磁钢越多，分辨率越高，霍尔开关固定在小磁钢附近，当电机转动时，每当一个小磁钢转过霍尔开关，霍尔开关便输出一个脉冲，计算出单位时间的脉冲数，即可确定旋转体的转速。
c离心式测速法离心式转速表是利用物体旋转时产生的离心力来测量转速的。
当离心式转速表的转轴随被测物体转动时，离心器上的重物在惯性离心力作用下离开轴心，并通过传动系统带动指针回转。
当指针上的弹簧反作用力矩和惯性离心力矩相平衡时，指针停止在偏转后所指示的刻度值处，即为被测转速值。
这就是离心式转速表的原理。
测转速时，转速表的端头要插入电机转轴的中心孔内，转速表的轴要与电机的轴保持同心，否则易响准确读数。
d测速发电机测转速利用直流发电机的电枢电动势E与发电机的转速成正比的这一关系测量转速。
测转速时，测速发电机连接到被测电机的轴端，将被测电机的机械转速变换为电压信号输出，在输出端接一个刻度以转速为单位的电压表，即可读出转速。
e闪光测速法利用可调脉冲频率的专用电源施加于闪光灯上，将闪光灯的灯光照到电机转动部分，当调整脉冲频率使黑色扇形片静止不动时，此时脉冲的频率是与电机转动的转速是同步的。
若脉冲频率为，则电机的转速为(r/min)但是无路是怎么样方法，它们的大致原理图大致如下：各部分模块的功能分别为：①传感器：用来对信号的采样。
②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。
③单片机：对处理过的信号进行转换成转速的实际值，送入LED④LED显示：用来对所测量到的转速进行显示。
在上述中已经说到本文是采用a方法，即通过速度传感器,将转速信号变为电脉冲,利用微机在单位时间内对脉冲进行计数,再经过软件计算获得转速数据。
即:n=N/ (mT) (1)n ———转速、单位:转/ 分钟;N ———采样时间内所计脉冲个数;T———采样时间、单位:分钟;m ———每旋转一周所产生的脉冲个数(通常指测速码盘的齿数) 。
如果 m=60, 那么 1 秒钟内脉冲个数 N 就是转速 n, 即:n=N/ (mT) =N/60 ×1/60=N (2)通常m 为 60。
在对转速波动较快系统或要求动态特性好而精度高的转速测控系统中,调节周期一般很短,相应的采样周期需取得很小,使得脉冲当量增高,从而导致整个系统测量精度降低,难以满足测控要求。
提高采样速率通常就要减小采样时间 T, 而 T 的减小会使采到的脉冲数值 N 下降,导致脉冲当量(每个脉冲所代表的转速) 增高,从而使得测量精度变得粗糙。
通过增加测速码盘的齿数可以提高精度,但是码盘齿数的增加会受到加工工艺的限制,同时会使转速测量脉冲的频率增高,频率的提升又会受到传感器中光电器或磁敏器或磁电器件最高工作频率的限制。
凡此种种因素限制了常规智能转速测量方法的使用范围。
而采用本文所提出的定时分时双频率采样法,可在保证采样精度的同时,提高采样速率,充分发挥微机智能测速方法的优越性及灵活性2、红外线发射和接受管测量转速的方法原理看下图1.形成脉冲是由红外线的发射与接受产生的，下面将讲述这种形成脉冲方法的原理测速仪总体结构主要包括红外测速传感器（由红外发射与接收电路和齿盘组成）、信号处理电路、单片机以及数字显示部分。
其工作过程如下：当齿盘旋转时，由于轮齿的遮挡，红外发射管与接收管之间的红外线光路时断时续，信号处理电路将此变化的光信号转换为电脉冲信号，一个脉冲信号即表示齿盘转过一个齿。
单片机对脉冲进行计数，同时通过其内部的计时器对接收一定数目的脉冲计时，根据脉冲数目及所用时间就可计算出齿盘的转速，最后通过数字显示部分将转速显示出来。
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。
本文介绍的采用单片机和光电传感器组成的高精度转速测量系统,其转速测量方法采用的就是电子式定时计数法。
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：①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)②测周期法:在被测信号的一个周期内,计数时钟脉冲数m0 ,则被测信号频率fx = fc/ m0 ,其中, fc 为时钟脉冲信号频率。
③多周期测频法:在被测信号m1 个周期内, 计数时钟脉冲数m2 ,从而得到被测信号频率fx ,则fx 可以表示为fx =m1 fcm2, m1 由测量准确度确定。
电子式定时计数法测量频率时, 其测量准确度主要由两项误差来决定: 一项是时基误差; 另一项是量化±1 误差。
当时基误差小于量化±1 误差一个或两个数量级时,这时测量准确度主要由量化±1 误差来确定。
对于测频率法,测量相对误差为：Er1 =测量误差值实际测量值×100 % =1N×100 % (2)由此可见,被测信号频率越高, N 越大, Er1 就越小,所以测频率法适用于高频信号( 高转速信号) 的测量。
对于测周期法,测量相对误差为：Er2 =测量误差值实际测量值×100 % =1m0×100 % (3)对于给定的时钟脉冲fc , 当被测信号频率越低时,m0 越大, Er2 就越小,所以测周期法适用于低频信号( 低转速信号) 的测量。
对于多周期测频法,测量相对误差为：Er3 =测量误差值实际测量值100%=1m2×100 % (4)从上式可知,被测脉冲信号周期数m1 越大, m2 就越大,则测量精度就越高。
它适用于高、低频信号(高、低转速信号) 的测量。
但随着精度和频率的提高, 采样周期将大3 系统组成及工作原理红外光电转速传感器测得的脉冲信号经过整形电路整形后送入转速检测电路。
转速检测电路由定时计数器 8253 和相应的转速检测逻辑电路组成 , 它用硬件实现了 M/ T 法的高精度数字测速。
8031 单片机用来实现测速逻辑控制、转速计算、键盘处理、报警和停车信号输出及显示输出等工作。
8031 通过 P1. 0 口启动转速检测电路 ,测速结束后 8253 通过 IN T1 向 8031 申请中断。
8031 读取 M 和 T 的值 , 计算出转速 n ,并将结果送出显示。
当转速超过预置最大转速值时 , 8031 通过 P1. 6 、P1. 7 口发出报警和停车信号 , 通过相应的后级电路来完成报警和停车功能。
8031 的 P0 口与 74L S373 八位 D 锁存器作为地址/ 数据复用口 , P2 口为高八位地址。
系统配有一片2764 EPROM 作为外部程序存储器。
由一片键盘显示器专用控制芯片 8279 完成显示和键盘输入功能。
4 硬件设计4. 1 前向通道与接口电路(1) 红外光电转速传感器发射电路发出的脉冲信号驱动 GaAs 红外发光二极管发射红外脉冲光 , 该脉冲光经被测物体上的反射纸条反射后由 Si 光敏三极管接收转换为电脉冲信号作为接收电路的输入信号 ,接收电路输出具有高低两种电平的脉冲信号。
如果在旋转体上贴 P 条反射纸条 , 即可实现 P倍频 , 即光电转速传感器每转将发出 P 个脉冲。
(2) 整形电路红外光电转速传感器的输出脉冲信号 (高电平 8V ,低电平 0. 3V) ,经过信号整形电路完成信号波形的整形和信号电压的变换 (高电平5V ,低电平 0. 3V) 。
4.2 转速检测电路转速检测电路由定时计数器 8253 和相应的转速检测逻辑电路组成 ,如图3 所示图中 , IN 为由整形电路输出的被测脉冲信后置位 P1. 0 ( t1 时刻 ) , D触发器的 D 端、GA TE0 均号接入点 , 8253 的 2M Hz 的时钟信号由 C 入 ,它由 8031 单片机的 12M Hz 的系统时钟经 6 分频而得到。
测速时序如图 4 所示。
8253 的通道 0 作为计量被测脉冲数的计数器 ,通道 1 和通道 2(作为高16 位) 串联作为计量高频脉冲 (2M Hz)个数的定时器。
测速开始之前 ,首先软件清零P1. 0 口 ,8253 各通道均处于停运状态 ,各通道输出均为高电平 ,单片机初始化输出为零。
8253 各通道均设置为方式 0 ,二进制计数。
将 8253 通道控制字和计数初值送出后 (t0时刻) ,OU T0 、OU T1 、OU T2 均变为低电平 0 。
此后置们P1. 0 ( t1时刻) , D 触发器的 D 端、BA TE0 均变为高电平“1”,通道 0开始计数。
当此后的第一个被测脉冲上升沿来到时 (t2时刻) , D 触发器翻转 , GATE1 、GA TE2 均变为高电平“1”, 通道 1 和通道 2 开始计时。
此脉冲经反相器后加到 8253 的 CL K0 端 , 成为通道0 的第一个有效计数脉冲。
当通道 2 和通道 1从初值减法计数到 0 即定时到达预定的测速时间 Tc 时 (t3 时刻) , OU T2 从“0”变为“1”,该信号使 GA TE0 和 D 触发器的 D 端清零 , 从而关闭通道 0 。