光电传感器转速测量系统设计
光电式转速测量电路的设计与实现
目录1 概述 (1)1.1 背景及研究意义 (1)1.2 转速测量方法的分类 (2)2.1 方案论证及确定 (4)2.1.1 转速测量原理 (4)2.1.2 转速显示单元 (4)2.2 转速测量系统总体结构 (4)3.1 单片机控制单元 (5)3.2 转速测量单元 (5)3.2.1光电传感器简介 (6)3.2.2 脉冲产生电路设计 (6)3.2.3 光电转换及信号调理电路设计 (7)3.4 数据显示单元 (7)3.5 稳压电路单元 (9)4.1 系统主程序设计 (10)5 系统调试与安装 (14)5.1 硬件调试 (14)5.2 软件调试 (14)6 总结 ..................................................................................................... 错误!未定义书签。
摘要电机转速是用来评价电机运动状态的一项指标，在很多场合下，都需要对电机的转速进行准确的测量，并将其用作为自动化控制的一个重要因素，因此在很多应用场合中对需要加强对电机转速的精准控制。
电机转速测量的重要性不仅仅只是针对直流电机而言，在交流电机的转速测量中也显得十分的重要，尤其是在工业控制、航空航天等精细化控制领域而言尤为重要。
本论文通过对传统的电机转速测量系统的优缺点进行分析，并结合国内外在电机转速测量方面的研究，提出一种基于光电传感器的电机转速控制系统设计，它不仅改善了传统电机转速测量中存在的不足，使得在实际应用中对电机转速的测量更加的准确，同时光电传感器在实际的工作过程中受环境的影响因素相对较小，降低了测量的误差率。
本文选用光电传感器对电机转速进行测量的另一个原因在于它的体积小、使用方便，采用非接触式测量的方式输出数字信号确保测量结果的准确性，被广泛的应用在电机转速的测量中。
关键词：光电传感器；转速测量1 概述1.1 背景及研究意义在现代工业生产以及运动检测等众多领域，对于电机转速的检测和精准化控制已经显示尤为重要，通过对电机转速的检测，不仅可以控制电机转动的速度，同时还可以控制电机去实现很多常规方法无法完成的工作，比如像自动化控制、运动检测、移动机器人等。
光电传感器测转速实验-完整版课件
（1）了解光电转速传感器测量转速的原理 （2）掌握光电传感器测转速的方法。
二、实验原理
光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装 置是透射型的(光电断续器也称光耦)，传感器端部二内侧 分别装有发光管和光电管，发光管发出的光源透过转盘上 通孔后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间 隔的6个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲数，脉冲经 处理由频率表显示
三、实验内容
1.将主机箱中的转速调节电源0～24V旋钮调到最小 (逆时针方向转到底)后接入电压表(电压表量程切换开 关打到20V档)；
其它接线按图2所示连接；将频率\转速表的开关按到转速档
2.检查接线无误后合上主机箱电源开关
在小于12V范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源 (调节电压改变直流电机电枢电压)，观察电机转动及转速表的 显示情况
五、结果讨论
3.性能测试
从2V开始记录每增加1V相应电机转速的数据(待电机转速比 较稳定后读取数据)记录在表1中。
电压
(V)
转速
0
ｎ)））
表1 光电传感器转速性能实验数据
四、数据处理
1、根据表1画出电机的V-ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特 性曲线。 2.已进行的实验中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪 种方法最简单、方便
传感器设计实验―光电测转速甄选
传感器设计实验―光电测转速甄选光电测转速是一种常用的传感器，它可以通过感应旋转物体上的标记物来测量转速。
本实验旨在设计一种光电测转速传感器，以实现稳定准确的转速测量。
1.实验原理：光电测转速传感器的工作原理是利用旋转物体上的凹凸标记物经过传感器时产生光电信号，通过测量信号的频率来确定转速。
标记物可以是黑色和白色的交替环，当光电传感器检测到黑色时输出一个低电平信号，检测到白色时输出一个高电平信号。
通过计数器测量高低电平信号的频率，即可得到旋转物体的转速。
2.实验材料：-光电传感器模块-旋转物体（如风扇叶片）- Arduino开发板-连接线-电源供应器3.实验步骤：（1）搭建电路连接：将光电传感器模块的输出引脚连接到Arduino开发板的数字引脚上，光电传感器模块的供电引脚连接到电源供应器的正极，接地引脚连接到电源供应器的负极。
（2）编写Arduino代码：使用Arduino开发环境编写程序。
程序需要包括以下几个部分：-初始化：定义输入输出引脚，设定计数器初值；-中断函数：当光电传感器模块输出引脚发生电平变化时，中断函数将触发，并在函数中进行计数器增加或减少的操作；-主循环：显示计数器数值，以转速的形式输出。
（3）上传代码并测试：将编写好的代码上传到Arduino开发板上，然后将光电传感器模块与旋转物体相对应。
启动电源供应器后，通过监视器观察计数器数值的变化，并实时显示转速。
4.实验注意事项：-在选择旋转物体时，要确保标记物的凹凸度适中，以确保光电传感器的稳定输出；- 在选择光电传感器模块时，注意其输出引脚的电压和电平状态，以确保和Arduino开发板的兼容性；-在编写程序时，要特别注意中断函数的编写，确保计数器能够正常累加或减少。
通过上述实验步骤，设计并调试光电测转速传感器，可以实现稳定准确的转速测量。
这种传感器在许多领域都有广泛的应用，如工业自动化生产线、电机控制、车辆控制等，对于实现精确的转速控制和监测具有重要作用。
实验四光电传感器转速测量实验
实验四、光电传感器转速测量实验一、实验目的1.通过本实验了解和掌握采用光电传感器测量的原理和方法。
2. 通过本实验了解和掌握转速测量的基本方法。
二、实验原理直接测量电机转速的方法很多，可以采用各种光电传感器，也可以采用霍尔元件。
本实验采用光电传感器来测量电机的转速。
光电传感器在工业上的应用可归纳为吸收式、遮光式、反射式、辐射式四种基本形式。
图4.1 光电传感器的工作方式反射式光电传感器的工作原理见图4.2，主要由被测旋转部件、反光片（或反光贴纸）、反射式光电传感器组成，在可以进行精确定位的情况下，在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸会取得较好的测量效果。
在本实验中，由于测试距离近且测试要求不高，仅在被测部件上只安装了一片反光贴纸，因此，当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。
通过测出这个跳变频率f，就可知道转速n。
n=f如果在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸，那么，n=f/N。
N-反光片或反光贴纸的数量。
图4.2 反射式光电转速传感器的结构图三. 实验仪器和设备1. 计算机 n台2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套3. 并口数据采集仪（LDAQ-EPP2） 1台4. 开关电源（LDY-A） 1台5. 光电转速传感器（LHYF-12-A） 1套6. 转子/振动实验台（LZS-A）/(LZD-A) 1 台四、实验步骤1、启动服务器，运行DRVI主程序，开启DRVI数据采集仪电源，然后点击DRVI快捷工具条上的"联机注册"图标。
2、点击实验脚本文件“服务器端”的链接，运行该实验。
如图4.3所示。
图4.3 转速测量实验（服务器端）效果图3、在电机转子侧面上贴上反光纸，将光电传感器探头对准反光纸，调节传感器后面的灵敏度旋钮至传感器对反光纸敏感，对其它部位不敏感，然后启动实验台，调节转速旋钮使电机达到某一稳定转速。
4、设定合适的门限值，点击面板中的"开关"按钮进行测量，观察并记录测量的转速值，调整传感器的位置，同时观察检测到的转速波形和传感器位置之间的关系，并分析由此带来的测量误差。
光电转速传感器的转速测量实验
光电转速传感器的转速测量实验一、实验原理光电转速传感器是一种基于光电效应的传感器，它通过检测旋转物体上的标记或孔洞来测量转速。
当旋转物体上的标记经过传感器的光路时，会遮挡或透过光线，从而使传感器输出的电信号发生变化。
通过对这些电信号的处理和分析，可以计算出旋转物体的转速。
光电转速传感器通常由光源、光学透镜、光电探测器和信号处理电路等部分组成。
光源发出的光线经过光学透镜聚焦后照射到旋转物体上，当旋转物体上的标记经过光路时，光电探测器接收到的光强会发生变化，产生相应的电信号。
信号处理电路对这些电信号进行放大、滤波和整形等处理，最终输出与转速成正比的脉冲信号。
二、实验设备1、光电转速传感器：选择合适的光电转速传感器，其性能参数如测量范围、精度、响应时间等应满足实验要求。
2、旋转平台：用于安装被测旋转物体，并提供稳定的旋转运动。
3、信号调理器：用于对传感器输出的电信号进行调理和放大，以便后续的数据采集和处理。
4、数据采集卡：将调理后的电信号转换为数字信号，并传输到计算机进行处理和分析。
5、计算机：安装有相关的数据采集和分析软件，用于控制实验过程、采集数据以及进行数据处理和分析。
三、实验步骤1、安装和连接设备将光电转速传感器安装在合适的位置，使其光路能够对准旋转物体上的标记。
将传感器的输出端连接到信号调理器的输入端，将信号调理器的输出端连接到数据采集卡的输入端。
将数据采集卡插入计算机的 PCI 插槽，并安装相应的驱动程序和软件。
2、调整传感器位置和光路调整传感器的位置和角度，使光路能够准确地照射到旋转物体上的标记，并确保光电探测器能够接收到足够强度的光信号。
使用遮光板或其他工具，检查光路的遮挡情况，确保光路畅通无阻。
3、设置实验参数在计算机上打开数据采集软件，设置采样频率、通道选择、触发方式等参数。
根据旋转物体的转速范围和测量精度要求，合理设置采样频率，以保证能够采集到足够数量的有效数据。
4、启动旋转平台打开旋转平台的电源，调整转速到预定值。
光电测量转速系统的设计.
光电测量转速系统的设计摘要本文介绍的是采用光电作为转速传感器，借助于最新的控制系统数字信号处理器TMS320LF2407及一定的测速算法——变M／T法，实现了对转速高精度测量的目的。
在测速系统中，重点以718转台为实验对象，在控制系统速度环开环的情况下，用光电编码器，借助于最新的控制系统数字信号处理器TMS320LF2407及一定的测速算法——变M／T法，实现了对转台转速高精度测量的目的，为进一步实现伺服系统的全数字化打下了坚实的基础。
本文的主要的研究工作如下：首先，在综合分析了影响模拟量和数字量测速的基础上，对基于数字脉冲计数的测速方法进行了全面的研究。
对最终确定用变M／T法在TMS320LF2407上实现对电机低速转速测量的实验方案，提供了理论依据，也为进一步提高测速精度和扩展测速范围提供了有利的保障。
其次以TMS320LF2407与CPLD为核心构成了测速系统，并完成了用变M／T法实现对电机低速转速的测量。
关键词：DSP，低转速，TMS320LF2407，光电编码器，变M／T法，转速传感器THE DESIGN OF PHOTOELECTRIC MEASUREMENTSPEEDABSTRACTThis article describes the optical encoder as a speed sensor, by means of the control system digital signal processor TMS320LF2407 speed algorithm-Variable M/T method, to achieve high-precision measurement of low speed and low angular velocity of the purpose of.Ln the speed—measuring system，taking the 718 gimbals model as an object，in The circumstance of open 1oop control system，this paper use the encoder to realize highly accurate measures for the speed of motor by means of the latest digital Signal processor(DSP) TMS320LF2407，and a some arithmetic—the methods of alterable M／T．This establishes a firm basement for the further realization of a total digitalized method in servo system•The main research contents are as follows：First,Influencing factors of analogue and digital speed—measuring are discussed in detail，the methods of measuring speed based on digital pulse counting are comprehensively studied，which provide theoretic bases for establishing experimental project used the methods of alterable M／T and position difference to realize low speed measuring for motor，and provide powerful guarantee for further improving the precision of speed—measuring and extending the range of speed—measuring。
光电传感器测转速plc程序
光电传感器测转速plc程序
对于光电传感器测量转速的PLC程序，可以按照以下步骤进行设计：
1. 初始化PLC设备，包括IO端口配置和传感器连接等。
2. 设置相关变量，例如用于存储转速值的变量和计数器。
3. 在主循环中，读取光电传感器的信号状态。
4. 如果检测到光电传感器的信号状态由低变高，则表示有一个物体通过，此时增加计数器的值。
5. 根据一定的时间间隔，计算当前转速值。
可以使用公式：转速 = 计数器值 / 时间间隔，转速单位为转/分钟。
6. 更新转速值到相应的变量中。
7. 如果需要，可以将转速值输出到HMI界面或其他设备。
8. 循环执行上述步骤。
9. 如果需要停止测量，可以添加对应的停止程序。
需要注意的是，具体的PLC程序设计可能会因PLC品牌、型号和软件而有所差异。
上述步骤仅为一般设计思路，具体的实施以PLC设备和软件的说明为准。
基于光电传感器的转速测量系统设计
基于光电传感器的转速测量系统设计光电传感器是一种常用于转速测量的传感器，它能够通过感知物体的运动而产生电信号。
基于光电传感器的转速测量系统设计主要包括传感器的选择和安装、信号处理电路的设计以及数据显示和记录等方面。
首先，传感器的选择和安装非常关键。
根据测量需求和环境条件，选择适合的光电传感器。
一般来说，旋转物体上安装一对光电传感器，通过测量旋转物体上反射的光电信号的变化来计算转速。
传感器的安装位置应该使得光线能够正常照射到旋转物体上，并且避免其他干扰光线的干扰。
其次，信号处理电路的设计是转速测量系统设计的核心。
传感器输出的光电信号通常是脉冲信号，需要通过信号处理电路转换为方便处理的电压或电流信号。
常用的信号处理电路包括信号放大电路、滤波电路和计数电路。
信号放大电路将传感器输出的脉冲信号放大到适合测量范围的电压或电流范围；滤波电路去除噪声干扰，使得测量信号更加稳定和准确；计数电路计算单位时间内脉冲信号的数量，从而计算出转速。
最后，数据显示和记录是转速测量系统设计的最后一步。
通过数字显示仪表或者计算机界面显示测量结果，并且可以进行数据记录和存储。
可以根据实际需求选择合适的数据显示和记录方式，比如使用串口通信将数据传输到计算机上进行处理和存储。
总体来说，基于光电传感器的转速测量系统设计需要考虑传感器的选择和安装、信号处理电路的设计以及数据显示和记录等方面。
在设计过程中，应根据实际需求合理选择传感器和设计适应的信号处理电路，以确保转速测量系统的准确性和稳定性。
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专业课程设计题目光电传感器的转速测量设计院系：自动化学院专业班级：小组成员：指导教师：日期：2012年10月8---2012年10月19一．课程设计描述采用单片机、uln2003为主要器件，设计步进电机调速系统，实现电机速度开环可调。
二．课程设计具体要求1、通过按键选择速度；2、转速测量显示范围为0~9999转/秒。
3、检测并显示各档速度。
三．主要元器件实验板（中号） 1个步进电机 1个STC89C52 1个电容（30pF、10uF）各1个数码管（共阳、四位一体）1个晶振（12MHz） 1个小按键 4个 ULN2003 1个电阻若干发光二极管 1个三极管（NPN） 4个排阻 1个四．原理阐述4.1系统简述按照题给要求，我们最终设计了如下的解决方案：用户通过键盘键入控制指令（开关），微控制器在收到指令后改变输出的PWM 波，最终在ULN2003的驱动下电机转速发生改变。
通过ST151传感器测量电机扇叶的旋转情况，将转速显示在数码管上。
在程序主循环中实现按键扫描与转速显示，将定时器0作为计数器，计数ST151产生的下降沿，可算出转速，并送至数码管显示。
设计思路：（1）利用光电开关管做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1小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈即光电管导通1次，利用此信号做为脉冲计数所需。
（2）对光电开关信号整流放大。
（3）脉冲经过单片机内部的计数器和定时器进行计数和定时。
（4）显示电路采用单片机动态显示。
4.2转速测量原理在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。
设固定的测量时间为Tc （min ），计数器计取的脉冲个数m ，假定脉冲发生器每转输出p 个脉冲，对应被测转速为N（r/min ），则f=pN/60Hz ；另在测量时间Tc 内，计取转速传感器输出的脉冲个数m 应为 m=Tcf ，所以，当测得m 值时，就可算出实际转速值[1]：N=60m/pTc (r/min) （1）4.3转速测量系统组成框图系统由信号预处理电路、单片机STC 89C51、系统化LED 显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。
其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。
对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机匹配的TTL 信号；通过对单片机的编程设置可使内部定时器T0对输入脉冲进行计数，这样就能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中转速显示部分采用价格低廉且使用方便的LED 模块，通过相关计算方法计算得到的转速通过I 2C 总线放到E 2PROM 存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。
系统的原理框图如图2.1所示。
图2.1 系统的原理框图五．系统硬件电路的设计系统硬件部分包含输入模块、显示模块、控制模块、测速模块等。
在硬件搭建前，先通过Proteus Pro 7.5进行硬件仿真实现。
5.1脉冲产生电路设计信 号 放大器 LED 显 示 数字存储电路 波形变换 波形整形单片机键盘模块 RS232设计采用了红外光电传感器，进行非接触式检测。
当有物体挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时，传感器将会输出一个低电平，而当没有物体挡在中间时则输出为高电平，从而形成一个脉冲。
系统在光电传感器收发端间加入电动机，并在电动机的转轴上安装一转盘。
在这个转盘的边沿处挖出若干个圆形过孔，把传感器的检测部分放在圆孔的圆心位置。
每当转盘随着后轮旋转的时候，传感器将向外输出若干个脉冲。
把这些脉冲通过一系列的波形整形成单片机可以识别的TTL电平，即可算出轮子即时的转速。
转盘的圆孔的个数决定了测量的精度，个数越多，精度越高。
这样就可以在单位时间内尽可能多地得到脉冲数，从而避免了因为两个过孔之间的距离过大，而正好在过孔之间或者是在下个过孔之前停止了，造成较大的误差。
设计中转盘的圆孔的实际个数受到技术的限制。
为了达到预定的效果设计在转盘过孔的设计上采用11个过孔，从而留下了10个同等的间距。
这样在以后的软件设计中能够较为方便的计算出脉冲频率。
脉冲发生源的硬件结构图如图3.1所示。
图3.1脉冲发生源硬件结构图（左为正视图，右为侧视图）5.2 光电转换及信号调理电路设计由于系统需要将光信号转换为电信号，因而需要使用光电传感器并设计相应的信号调理电路，以得到符合要求的脉冲信号，送给单片机STC89C51进行计数，同时得到计数的时间，由单片机进行相关计算以得到电动机转速。
传感器将电机的转速信号转变成了电脉冲信号，该信号经过LM324集成运放整形驱动，送到单片机进行脉冲计数，从而测出电动机转速。
光电转换部分与单片机的连接框图如图3.2所示。
LED数码管数码显示译码器计数脉冲传感器整形驱动LM324 STC 89C51图3.2 光电转换部分与单片机的连接框图5.3时钟电路系统采用12M晶振与两个30pF电容组成震荡电路，接STC89C52的XTAL1与XTAL2引脚，为微控制器提供时钟源5.4按键电路四个按键分别控制电机的不同转速，即控制PWM波高电平的占空比，以实现电机的速度控制，采用开环控制方法，不是十分精确，但控制简单，易实现，代码编写简单。
5.5显示部分系统采用4位共阴极数码管实现转速显示。
数码管的位选端1~4分别接STC89C52的P2.0~P2.3管脚，端选段A~G与DP分别接STC89C52的P0.0~P0.7管脚。
需要说明的是：实际焊接电路时，数码管的位选端需要焊接三极管，否则数码管显示亮度将会非常暗。
5.6电机控制与驱动部分电机的运行通过PWM波控制。
PWM波通过STC89C52的P2.4口输出。
说明：测速部分用的是Motro-encode电机，实际用ST151实现测速，焊接电路如下图：其中R1=510Ω，R2=4.7KΩST内部电路：5.7其他电路复位电路如下所示：完整仿真电路图：六、软件部分设计读P1口取反后取有效按键位延迟10 ms 防抖再读键判断按键是否存在？P1.0=0？P1.1=0？P1.0=1？返回设置修改项目相应项目值的设定判断有无键按下YYNYNNN系统软件采用Keil集成开发环境开发程序代码如下（带注释）：#include <reg51.h>sbit P2_0=P2^0; //数码管选定位sbit P2_1=P2^1;sbit P2_2=P2^2;sbit P2_3=P2^3;sbit P2_4=P2^4; //电机控制位sbit keysp0=P1^0; //电机转速为0的控制键sbit keysp30=P1^1; //电机转速为30的控制键sbit keysp60=P1^2; //电机转速为60的控制键sbit keysp100=P1^3; //电机转速为100的控制键unsigned char code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92, 0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e}; unsigned int motorspeed; //电机转速unsigned char GE,SHI,BAI,QIAN; //电机转速motorspeed的各个位unsigned int counter=0; //光电传感器脉冲数unsigned int pwm; //pwm占空比unsigned int mid; //占空比设置值unsigned int calsp; //设定多长时间计算一次速度void display(); //数码管显示电机速度void delay(); //延迟函数void controlpwm(); //控制电机占空比void calspeed(); //计算电机速度，放于motorspeed变量中void keyscan(); //按键扫描void main(){P2=P2&0x0f;mid=0;EA=1; //开启总中断EX0=1; //开启外部中断0IT0=1; //设置成下降沿触发方式TMOD=0x01; //设置定时器0为模式1，即16位计数模式TH0=(65536-10000)/256; //计数时间为10msTL0=(65536-10000)%256;ET0=1; //开启定时器0中断TR0=1; //启动定时器0while(1){keyscan();display();controlpwm();calspeed();}}void keyscan() //键盘扫描{if(keysp0 == 0){delay(); //延迟防止抖动if(keysp0 == 0)mid=0;}if(keysp30 == 0){delay();if(keysp30 == 0)mid=1;}if(keysp60 == 0){delay();if(keysp60 == 0)mid=3;}if(keysp100 == 0){delay();if(keysp100 == 0)mid=5;}}void calspeed(){if(calsp>=100) //100*10ms=1s计算一次电机转速{motorspeed=counter/3; //转的圈数除以时间counter=0; //清零脉冲数calsp=0; //清零标志}}void controlpwm(){if(pwm>=0 && pwm<mid){P2_4=1; //电机加速}else if(pwm>=mid && pwm<10){P2_4=0; //电机不加速}else pwm=0;}void _TIMER0() interrupt 1{TH0=(65536-10000)/256; //重新装入初值，计数时间为10ms TL0=(65536-10000)%256;pwm++;calsp++;}void _INT0() interrupt 0{counter++; //接受脉冲数}void display() //数码管显示函数{GE=motorspeed%10;SHI=motorspeed/10%10;BAI=motorspeed/100%10;QIAN=motorspeed/1000%10;P2_0=0;P0=table[QIAN];delay();P0=0xff;P2_0=1;P2_1=0;P0=table[BAI];delay();P0=0xff;P2_1=1;P2_2=0;P0=table[SHI];delay();P0=0xff;P2_2=1;P2_3=0;P0=table[GE];delay();P0=0xff;P2_3=1;}void delay() //延迟函数{unsigned char i=10;while(i--);}七．系统测试测试方案：测试包含仿真测试和硬件测试两个部分。