基于单片机的简易转速测量系统设计
学号：
常州大学
毕业设计（论文）
（2012届）
题目
学生
学院专业班级
校内指导教师专业技术职务
校外指导老师专业技术职务
二○一二年六月
基于单片机的简易转速测量系统设计
摘要：在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法主要有模拟式和数字式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。数字式通常采用光电编码器，霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。
该文设计了一个简易的直流电机转速测量系统，主要由霍尔传感器、单片机和显示器、键盘电路、报警电路等组成。系统以AT89S52单片机为控制核心，采用M测速法原理，用霍尔传感器进行转速测量，4位的LED显示转速，当转速高于上限或低于下限值都会进行报警，并通过键盘输入设置开关控制阈值。该系统具有电路简单，测量速度快，可靠高等特点。
关键字：AT89S52单片机；转速；霍尔传感器
Design of simple speed measurement system based on SCM Abstract：In engineering practice, we encounter a variety of occasions frequently, which need to measure the speed. And the methods of measuring speed are mainly including analog and digital. In the analog means, the tachometer generator is used as the detecting component to get analog signal, while the optical encoder or the Hall element to get pulse signals in the digital means.
In this paper, a simple DC motor speed measurement system is designed, which is mainly made up of the Hall sensor, AT89S52 SCM, displayer, keyboard circuit and alarm circuit. AT89S52 SCM is the core of the measurement system. Using "M" velocimetry principle, we use the Hall sensor to measure the speed, 4-bit LED to show the speed and keyboard to set the switch to control threshold. And the alarm function is also realized when speed is higher than the upper limit or below the lower limit. The designed system is simple and has the characteristics of fast measuring and high reliability.
Keywords: AT89S52 SCM; Speed; Hall Sensors
目录
摘要：........................................................................................................................... II 目录.......................................................................................................................... I V 1 引言 (1)
1.1 课题的开发背景和意义 (1)
1.2 转速测量在国内外的研究 (1)
1.3 课题任务 (2)
2 转速测量系统的总体方案 (3)
2.1 转速测量的一般方法 (3)
2.2 硬件设计总体方案 (4)
2.3 软件设计思路 (5)
3 系统硬件设计 (6)
3.1 转速测量原理 (6)
3.1.1 测频法“M法” (6)
3.1.2 测周期法“T法” (7)
3.1.3 测频测周法“M/T法” (9)
3.1.4 转速测量系统中应用的方法 (10)
3.2 AT89S52单片机的简介 (10)
3.3 转速测量系统的模块简介 (13)
3.3.1 传感器电路 (13)
3.3.2 复位电路 (16)
3.3.3 时钟电路 (17)
3.3.4 显示电路 (17)
3.3.5 键盘电路 (19)
3.3.6 报警电路 (20)
4 系统软件设计 (21)
4.1 软件设计的总体思路 (21)
4.2 速度数据采集功能 (21)
4.3 定时器中断功能 (25)
4.4 外部中断功能 (26)
4.5 主函数 (27)
5 系统调试 (29)
5.1 硬件调试 (29)
5.2 软件调试 (30)
6. 总结 (31)
参考文献 (32)
致谢 (33)
附录A (34)
常州大学本科生毕业设计（论文）
1 引言
1.1课题的开发背景和意义
随着超大规模集成电路技术提高，尤其是单片机应用技术以其功能强大，价格低廉的显著特点，使全数字化测量转速系统得以广泛应用。由于单片机在测量转速方面具有体积小、性能强、成本低的特点，越来越受到企业用户的青睐[1]。转速是工程中应用非常广泛的一个参数，其测量方法较多，而模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法，这种测量方法技术已不能适应现代科技发展的要求，在测量范围和测量精度上，已不能满足大多数系统的使用。随着大规模及超大规模集成电路技术的发展，数字系统测量得到普遍应用，特别是单片机对脉冲数字信号的强大处理能力，使得全数字量系统越来越普及，其转速测量系统也可以用全数字化处理[2]。在测量范围和测量精度方面都有极大的提高。
目前，在数字系统中测速装置主要分为两类。一类是把测速机的模拟输出信号经A/D变换为数字量，然后输入到计算机中[3]，这是一种比较成熟的测速方法。其优点是响应速度快，时间延迟小，其缺点是灵敏度低，寿命短，而且必须安装测速机。此外速度分辨力和量化误差受到A/D转换芯片的位数限制。例如一个n 位的A/D转换芯片，考虑到正负转向，其最大测速比为：D=2n-1，如果系统要求的最高转速为Vmax，则系统的最高分辨率为Vmax/D=Vmax/2n-1。
另一类方法是直接采用数字测速。随着数字测速的完善和发展，在速度回路中用它来代替直流测速机，不但可提高测速精度，扩大测速范围，还可大大简化系统体积结构，这对设计高精度、高分辨率、小型化的测速系统显得尤为重要。数字测速是多种多样的，有脉冲测速机，光栅盘等。在控制系统中，根据脉冲计数来测量转速的方法有下列几种：M法、T法以及后来发展的M/T法[4]。各种方法有其各自的优点及其具体的适用与范围。
本课题主要是针对转速测量系统的硬件和软件系统的设计，运用52系列单片机设计一种全数字化测速系统，从提高测量精度的角度出发，分析讨论其产生误差的可能原因。同时从实际硬件电路出发，分析电路的工作原理，根据设计具体情况提出修改方案和解决办法。
本课题以单片机为核心，设计的全数字化测量转速系统，在工业控制和民用电器中都有较高使用价值。一方面它可以应用于工业控制中的某一部分，如数控车床的电机转速检测和控制、水泵流量控制以及需要利用转速检测来进行控制的许多场合，如车辆的里程表、车速表等。另一方面由于该转速测量系统采用全数字结构，因而可以很方便的和工业控制机进行连接，实行远程管理和控制，进一步提高现代化水平。并且，几乎不需做很大改变就能直接作为单独的产品使用。总之，转速测量系统的研究是一件非常有意义的课题。
1.2转速测量在国内外的研究
转速是能源设备与动力机械性能测试中的一个重要的特性参量，因为动力机
械的许多特性参数是根据它们与转速的函数关系来确定的，例如压缩机的排气量、轴功率、内燃机的输出功率等等，而且动力机械的振动、管道气流脉动、各种工作零件的磨损状态等都与转速密切相关。
转速测量的方法很多，测量仪表的型式也多种多样，其使用条件和测量精度也各不相同。根据转速测量的工作方式可分为两大类：接触式转速测量仪表与非接触式转速测量仪表。前者在使用时必须与被测转轴直接接触，如离心式转速表、磁性转速表与测速发电机等；后者在使用时不需要与被测转轴接触,如光电式转速表、电子数字式转速表、闪光测速仪等。测量发动机转速的传统方法是使用光电式转速表测量。用这种方法测量时,既要在发动机转动轴上粘贴光标纸，又要求测量人员把转速表与光标纸的距离控制在很近的范围,测量十分不方便。随着科学技术的迅速发展,转速测量仪表已步入现代化、电子化的行列。过去曾经使用过的接触式测量仪表, 如离心式转速表、磁性转速表、微型发电机转速表及钟表是定时转速表，均已先后受到冷落；而利用已知频率的闪光与被测轴转速同步的方法来测速的闪光测速仪，虽属非接触式仪表，目前仍有应用,但也退居次要地位。代之而起的是非接触式的电子与数字化的测速仪表。这类转速仪表大多具有体积小、重量轻、读数准确、使用方便等优点，容易实现电脑荧屏显示和打印输出，能够连续的反映转速变化，既能测定发动机稳定情况下的平均转速,也能够用来在足够小的时间间隔这一特定条件下测定发动机的瞬时转速。目前在国外使用饨机械式转速表的用户也越来越少，并呈现将被电子计数式转速表逐渐取代的趋势，转速测量范围一般为几十转到几万转，测量精确度大多为0.1%以下，极少数产品能达0.05%。
转速测量的应用系统在工业生产、科技教育、民用电器等各领域的应用极为广泛，往往成为某一产品或控制系统的核心部分，其各种参数在不同的应用中有其侧重，但转速测量系统作为普遍的应用在国民经济发展中，有重要的意义。
1.3课题任务
将霍尔传感器[5]产生的脉冲信号输出到单片机的外部中断口，单片机工作在内部定时器工作方式0，对周期信号进行内部记数，调用计算公式算出转速，调用显示程序显示在LED上，并设置报警措施。
详细分析转速的测量理论，对转速的周期测量法“T”法、频率测量法“M”法以及周期频率“M/T”测量法，三种具体测量方法的转速计算、各自的测量精度和误差进行阐述。
根据单片机硬件系统[7]的设计，构建软件系统，分别对硬件系统的配置予以估计，使其能够对转速进行测量，同时分析接口电路，显示转速。
根据系统要求设置各控制字，用C语言编制程序，包括主程序流程，转速显示程序，中断程序流程，同时并写出其具体程序。
转速测量的方法选择，霍尔传感器的选择是转速测量系统设计的重要部分，是整个系统设计的基础[5]。
2 转速测量系统的总体方案
本章介绍了转速测量系统总体方案。
2.1 转速测量的一般方法
一般转速测量系统有以下几个部分构成，转速测量框图如图2-1所示。
转
速
信号的提取
单
片
机
显
示键盘
直
流
电
机
图2-1 一般转速测量系统总体框图
1. 直流电机
整个系统包括转速信号的提取，单片机，键盘等都是用来测量直流电机的转速的，并用来显示转速[4]。
2．转速信号提取
转速信号提取是整个系统的前端通道，目的是将外界的非电参量，通过一定方式转换成电量，这一环节可以通过敏感元件、传感器或测量仪表等来实现。
方法如下：
(1) 通过敏感元件提取被测信号
敏感元件体积小，可以根据用户及环境要求做成各矛头形状的探头，它能将被测的物理量变换成电流、电压，只要选择合适的元件参数。如R、L、C设计相应的电路，便能完成这种对应关系。这种方法设计难度大，信号稳定度差，在模拟处理系统中不宜采用。
(2) 通过传感器提取信号
由专业人员将敏感元件和相应的测量电路、传递机构以适当的形式制成不同类型、不同用处的传感器，根据原理输出电量。该电量可以是模拟量或数字量，现代传感器还可以输出开关量，用于数字逻辑电路。
(3) 通过测量仪表提取被测信号
目前有许多测量仪表用于各种测量中，有大信号输出、有BCD码输出等，但价格昂贵，专业性强，一般不适合通用系统。通用的转速测量系统大都采用一种俗称“码盘”的传感装置，将圆形的码盘固定在转轴上，码盘上有若干规则排
列的小孔，用光电偶来输出电信号，以反映转速对应关系，即是将转轴的速度以脉冲形式反映出来，通常有两种形式：
(1) 模拟量量化后经A/D转换，由数字量反映角度，供单片机计算处理，得出转速。
(2) 直接由脉冲来反应转轴的角度，用每转产生的脉冲经单片机处理得出转速。
3．单片机
单片机是整个测量系统的主要部分，担负对前端脉冲信号的处理、计算、以及信号的同步，计时等任务，其次，将测量的数据经计算后，将得到的转速值传送到显示接口中，用数码管显示数值。在本系统中考虑到计数的范围、使用的定时，计数器的个数及I/O口线，预选用AT89S52单片机。具体工作情况在后讨论。4．显示[7]
由于LED数码管具有亮度高、可靠性好等特点，工业测控系统中常用LED 数码管作为显示输出。本系统也采用数码管作显示。
LED显示器是用发光二极管显示字段的，通常使用七段构成“日”字型和一只发光二极管作为小数点，称八段数码显示器。其有两种驱动方式，共阴驱动和共阳驱动，共阴驱动是各段发光二极管的阴极连在一起，并将公共端接地，在共阳结构中，将各段发光二极管阳极连在一起，并将公共端接上+5V电源，显示字符对应字型代码发光。
5. 键盘
一般通过键盘控制整个转速测量系统的运转情况。通过控制按键1，控制转速的上下限选择，再通过控制按键2,按键3控制上下限的调整，已达到理想的转速阈值。
2.2 硬件设计总体方案
硬件设计的任务是根据总体设计要求，在系统工作原理的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的电路原理图。
转速是工程中应用非常广泛的一个参数，早期模拟量的模拟处理一直是作为转速测量的主要方法，这种测量方法在测量范围和测量精度上，已不能适应现代科技发展的要求。而随着大规模及超大规模集成电路技术的发展，数字测量系统得到普遍应用，利用单片机对脉冲数字信号的强大处理能力，应用全数字化的结构，使数字测量系统的越来越普及,在测量范围和测量精度方面都有极大的提高。
在本转速测量系统由霍尔传感器、单片机和显示器、键盘电路、报警电路等组成。传感器部分采用UGN3144霍尔传感器，负责将被测量的转速转化为脉冲信号[5,6]。因为采用的是集成霍尔开关元件，输出的是数字信号，可以直接把脉冲信号送入单片机进行数据处理。单片机采用AT89S52，显示器采用4位8段LED数码管动态显示，采用共阳极驱动方式，键盘采用独立式手动按钮，报警
器采用蜂鸣器，当转速超过或低于一定值，蜂鸣器发声，报警，阈值可通过键盘按钮控制，其硬件系统框图如2-2所示。
时钟电路复位电路
显示电路
报警电路传感器电路
键盘电路
单
片
机
图2-2 转速测量硬件系统的框图
2.3 软件设计思路
软件设计需根据硬件电路的模块分别进行编写：速度数据采集，按键函数，初始化函数，主函数。
软件需要解决的是定时器0的记数，外部中断0的设定，数据的计算及显示。
软件工作流程：霍尔传感器利用磁电效应产生一周期脉冲向单片机的外部中断0（P3.2）口发送一个中断信号，记录中断次数，定时器工作在内部定时，TH0、TL0设定初值，定时器每0.5秒刷新一次，将数据处理后显示在LED上。
3 系统硬件设计
本章将详细介绍系统的硬件设计方法：转速测量的原理，分为三种方法，测频率法，测周期法，测频率周期法；单片机的选型及系统各个模块的功能及原理：传感器电路，时钟电路，复位电路，显示电路，报警电路，按键电路。
3.1 转速测量原理[4]
3.1.1 测频法“M 法”
在一定测量时间T 内，测量传感器产生的脉冲数m1来测量转速，如图3-1“M ”法测量转速脉冲所示，设在时间T 内，转轴转过的弧度数为X ，则转速n 可由下式表示：
n=T
X π260 (3-1) 转轴转过的弧度数X 可用下式所示
X p
m 12π= (3-2)
图3-1 “M ”法测量转速脉冲
将（3-2）式代入（3-1）式得转速n 的表达式为：
n=TP
m 160 (3-3) P-为转轴转一周脉冲发生器产生的脉冲数；
n-转速单位：（转/分）；
T-定时时间单位：（秒）；
m1-测量脉冲数。
在该方法中，测量精度是由于定时时间T 和脉冲不能保证严格同步，以及在T 内能否正好测量外部脉冲的完整的周期，可能产生的1个脉冲的量化误差。因此，为了提高测量精度，T 要有足够长的时间。定时时间可根据测量对象情况
预先设置。设置的时间过长，可以提高精度，但在转速较快的情况下，所计的脉冲数增大，限制了转速测量的量程。而设置的时间过短，测量精度会受到一定的影响。
转速实际值和测量值之差?n 与实际值n 之比定义为测速误差率[13]，记作 δn
n ?=
×100% (3-4) 测量误差率反映了测速方法的准确性，δ越小，准确度越高。测速误差率的大小决定于测速元件的制造精度，并与测速方法有关。
因此，M 法测速误差率的最大值为 δmax TP
m TP m TP m 160)11(60160--=×100%=1
1m ×100% (3-5) 由(3-5)式可知，δmax 与m1成反比，即转速越低，m1值越小，误差率越大，精度越低。
分辨率是用来衡量一种测速方法对被测转速变化的分辨能力的，在数字测速方法中，用改变一个计数字所对应的转速变化量来表示分辨率，用Q 表示。如果当被测转速由n1变成n2时，引起计数值改变了一个字，则该测速方法的分辨率是
Q=n2-n1 (3-6)
Q 越小，说明该测速方法的分辨能力越强。
在M 法中，当计数值由m1变成m1+1时，按（3-3）式，相应的转速由60 m1/TP 变成60（m1+1）/TP,则M 法测速分辨率为
Q= PT PT m PT m 60160)11(60=-+ (3-7) 可见，M 法测速的分辨率与实际转速的大小无关。从(3-7)式还可看出，要提高分辨率（即减小Q ），必须增大P 或T 。但在实际应用中，两者都受到限制，增大P 受到传感器制造工艺的限制，增大T 势必使采样周期变长。
3.1.2 测周期法“T 法”
转速可以用两脉冲产生的间隔宽度T P 来决定，T P 也可以用时钟脉冲数来表示。用一已知频率为fc 的高频时钟脉冲向一计数器发送脉冲数，此计数器由测速脉冲的两个相邻脉冲控制其起始和终止。如图3-2“T ”法脉宽测量所示。T P 通过定时器测得，定时器对时钟脉冲(频率为f c )进行计数定时，在T P 内计数值若为m2，则计算公式为：
n=P
PT 60 T P =fc m 2 (3-8)
即：
2
60Pm f n c = (3-9) P-为转轴转一周脉冲发生器产生的脉冲数；
f c -为硬件产生的时钟脉冲频率：单位（Hz ）；
n-转速单位：（转/分）；
m2-时钟脉冲数。
图3-2 “T ”法脉宽测量
由 “T ”法脉宽测量可知“T ”法测量精度的误差主要有两个方面，一是两脉冲的上升沿触发时间不一致而产生的；二是计数和定时起始和关闭不一致而产生的。因此要求脉冲的上升沿（或下降沿）陡峭和计数和定时严格同步。测周期法在低转速时精度较高，但随着转速的增加，精度变差，有一个脉冲的误差存在。 因此T 法测速误差率的最大值为
δmax 2
60260)12(60Pm fc Pm fc m P fc --=×100%=1
21-m ×100% (3-10) 在低速时，传感器与相邻脉冲间隔时间长，测得的高频时钟脉冲个数m2多，所以误差率小，测速精度高，故T 法测速适用于低速段。
分辨率：为了使结果得到正值，T 法测速的分辨率定义为时钟脉冲个数由m2变成m2-1时转速的变化量，于是
Q= )12(260260)12(60-=--m Pm f Pm f m P f c c c (3-11) 综合(3-9)式和上式，可得
Q= Pn f Pn c -602
(3-12) 由(3-12)式可以看出，T 法测速的分辨率与转速高低有关，转速越低，Q 值越小，分辨能力越强。这也说明，T 法更适用于测量低速。
3.1.3 测频测周法“M/T 法”
所谓测频率测周期法，即是综合了“T ”法和“M ”法分别对高、低转速具有的不同精度，利用各自的优点而产生的方法，精度位于两者之间，如图3-3“M/T ”法定时/计数测量所示。
“M/T ”法采用三个定时/计数器，同时对输入脉冲、高频脉冲（由振荡器产生）、及预设的定时时间进行定时和计数，m1反映转角，m2反映测速的准确时间，通过计算可得转速值n 。该法在高速及低速时都具有相对较高的精度。测速时间T d 由脉冲发生器脉冲来同步，即T d 等于m1个脉冲周期。由图3-3可见，从a 点开始，计数器对m1和m2计数，到达b 点，预定的测速时间Tc 时，用Tc 以后的第一个测速脉冲去终止时钟脉冲计数器，到达c 点时，脉冲发生器脉冲的上升沿使计数器停止，这样，m2就代表了m1个脉冲周期的时间，即为检测时间Td 。
“M/T ”法综合了“T ”和“M ”两种方法，转速计算如下：
设电机在Td （s ）时间内转过的角度位移为X （rad ），则其实际转速值为 n=Td X π260
(3-13) 设高频脉冲的频率为f c ，脉冲发生器每转发出P 个脉冲，在Td 时间内，计数值m1，则角位移X 为X=2πm1/P 。同时考虑在检测时间内，由高频脉冲来定时，且计数值为m2，则检测时间可表示为Td=m2/fc ，可得M/T 法转速计算公式为：
2
160Pm m f n c =
(3-14) n-转速值：单位：（转/分）；
f c -晶体振荡频率：单位（Hz ）；
m1-输入脉冲数，反映转角；
m2-高频脉冲数，反应时间。
图3-3 “M/T ”法定时/计数测量
M/T法测速误差率：低速时M/T法趋向于T法，在高速段M/T法相当于T 法的m1次平均，而在m1次中最多产生一个高频时钟脉冲的误差。因此，M/T 法测速可在较宽的转速范围内，具有较高的测速精度。
M/T法测速的分辨率：M/T法测速在高速段与M法相近，在低速段与T法相近，所以兼有M法和T法的特点，在高速和低速都具有较强的分辨能力。
3.1.4 转速测量系统中应用的方法
通过上面的分析可知，M法适合于高速测量，当转速越低，产生的误差会越大。T法适合于低速测量，转速增高，误差增大。M/T这种转速测量方法的相对误差与转速n无关，只与晶体振荡产生的脉冲有关，故可适合各种转速下的测量。保证其测量精度的途径是增大定时时间T或提高时基脉冲的频率f c。因此，在实际操作时往往采用一种称变M/T的测量方法，即所谓变M/T法，在M/T法的基础上，让测量时间T c始终等于转速输入脉冲信号的周期之和。并根据第一次的所测转速及时调整预测时间T c，兼顾高低转速时的测量精度。
基于M法测量速度，电路和程序均较为简单，且可以在一定的条件下满足精度的要求，所以本设计中采用M法进行测量。
3.2 AT89S52单片机的简介
AT89S52为ATMEL 所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flsah存储器[7]。
（一）AT89S52主要功能列举如下：
1、拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash
2、晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至12MHz）
3、内部程序存储器（ROM）为8KB
4、内部数据存储器（RAM）为256字节
5、32 个可编程I/O 口线
6、8 个中断向量源
7、三个16 位定时器/计数器
8、三级加密程序存储器
9、全双工UART串行通道
（二）AT89S52各引脚功能
单片机引脚图如图3-4所示：
1、VCC
AT89S52电源正端输入，接+5V。
2、GND
电源地端。
3、XTAL1
系统时钟的反相放大器输入端。
4、XTAL2
系统时钟的反相放大器输出端。
5、RESET
AT89S52的重置引脚，高电平动作。
图3-4 单片机引脚图
6、RST
复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
7、/EA/VPP
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。当/EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过片内程序存储器容量（52系列为8KB）时，将自动转向执行外部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
8、ALE/PROG
ALE是英文"Address Latch Enable"的缩写，表示地址锁存器启用信号。AT89S52可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0～A7）锁进锁存器中，因为AT89S52是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。
9、/PSEN
基于单片机的电机转速测量系统
兰州交通大学 毕业设计文献综述 题目：基于单片机的电机转速测量系统Title:Motor speed measuring system based on single chip microcomputer 姓名：韦宝芸
学号：3 班级：机设1202班 摘要 本文首先叙述了单片机测量转速的系统构成及转速测量的几种常用方法，分析了相应方法在测量上的特点、误差和计算。其次，针对特定的应用环境，设计出一种基于 80C51单片机的全数字式测速系统，详细阐述了系统的工作原理，指出产生误差的可能原因，并给出了具体解决的方法；根据系统要求编制了源程序，分析其工作流程。最后，对构建的系统利用仿真机进行调试，对测量指标进行了分析、比较并提出改进方案。 关键词：单片机、转速、测量精度 Abstract
This paper first discussed some ways for rotary speed measure. It analyzed characters and errors of these ways. Second, it designed full digital measure system based on a Single-Chip Microprocessor(80C51) responding to special application, stated the working theory of the system and the methods to solve the errors, writed the working programmes by A51 assemble language. Finally, this system implementation was confirmed by using of Keil-51 simulator. The characters on the error margin and accuracy was summarized. Keywords : Single-Chip Microprocessor、rotary speed 、measureprecision Keil-51
现代测试技术试题A----答案
现代道路交通测试技术 试题A----答案 一. 解：由题意频谱函数：x （ω）= dt e t x j ? +-∞ ∞ -t )(ω = dt e j ?+--2 /2 /t ττ ω =2/2/12t/ττω ω-+--j e j = () 2 /2/1ωτωτω j j e e j -- = ω 2 sin 2 ωτ =τ /2 /2sin ωτωτ ∴频谱函数虚部为0，故相频谱为0； X(0)=τωτωττ ωωω==→→2 /2 /sin lim )(lim 0 x 当ω= τ π n （n=1,2,3……）时 X （ω）=0 故幅频谱图如下： 二．解：因为信号是周期信号，可以用一个共同周期内的平均值代替整个历程的平均值 故：dt t y t x T R T T xy ? +=∞→0)()(1lim )(ττ = 1 T dt t y t x T ? -+++0 00])(sin[)sin(φθτωθω =)cos(2 1 00φωτ-y x
三．1．试述瞬态瑞雷面波无损检测基本原理及其相应的测试技术要求。 参考答案： ①基本原理：对于均匀的弹性半空间分层介质，其结构表面受到瞬态冲击作用时，将产生瞬态振动。振动组份中包括纵波、横波和瑞雷波。在一次冲击产生的波能中，瑞雷波占67%，即从一个振源向一个半无限介质表面辐射的总能量的三分之二形成瑞雷型表面波。而纵波和横波只占有少量能量；并且在表面，随着波传播距离的增大其衰减比瑞雷面波大得多。确切地说，纵波和横波引起的位移振幅沿表面随着距离的平方衰减，而瑞雷面波是随着距离的平方根而衰减，因此，在地基表面的瞬态振动中，瑞雷面波的衰减比纵波和横波衰减慢得多，瞬态表面波主要是由瑞雷波组成。我们通过一系列的关系可以得出，利用瞬态瑞雷面波的传播速度和频率可以确定不同介质的穿透深度。 ②技术要求：检测系统设计是否合理、仪表选型与安装是否符合要求，是保证质量检测精度和可靠性的关键，对其各组成部分有相应的技术要求。 1）．激振部分——力锤的选择 它是整套测量系统的前哨，对路面冲击信号的产生和冲击响应信号的正确检取，是系统准确测试的基本保证。预先应根据检测深度做一些力锤冲击试验，以选择合理的力锤重量或合适材料的锤头。使瞬态冲击施加于路面表面后，能产生一组具有不同频率的瑞雷面波在介质中传播。 2）．垂向检波器的选型 垂向检波器选用压电式加速度传感器。 对于层状路面结构来说，一般选择小冲击源作为振源，使其产生具有丰富频率的瑞雷面波沿地表一定深度向四周传播。对于高频短波长的波来说，选择加速度传感器，因为它具有频率范围宽，对冲击振动的频响特性好等特点。如检测像硅酸盐、水泥混凝土和沥青混凝土路面的刚性层状体系时需要选择加速度传感器。 速度、位移传感器一般不用作冲击测量。另外，正确选定压电式加速度传感器的型号也是十分重要的（必须考虑它的频率范围、动态范围、灵敏度等主要特征参数是否符合测试精度要求）。 3）．安装位置的确定 测试前，应对现场路面进行调查，确定检测点，并合理布置。一般两个垂向检 波器之间的距离应视测试的路面深度而定，通常应使两个间距大于路面深度的一半以上，并且取振源到最近的传感器的距离等于两传感器之间的距离。 4）．连接导线选择 仪器之间的连接导线应尽量短，且记不应将各种导线混合使用，尽量选择相同线种，且忌抖动，以免引起现场测量不稳定。 四． 参考答案：令SAM(t)=Х(t)﹡cos ω0t,则SAM(t)的傅立叶变换为 SAM(ω)= ? ∞ ∞ - Х(t)﹡cos ω0t*e t j ωdt=1/2[X(ω+ω0)+X(ω-ω0)]
传感器原理——基于霍尔传感器的转速测量系统设计
. 传感器原理及应用期末课程设计题目基于霍尔传感器的转速测量电路设计 姓名小波学号8888888888 院（系）电子电气工程学院 班级清华大学——电子信息 指导教师牛人职称博士后 二O一一年七月十二日
摘要：转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。针对工业上常见的发动机设计了以单片机STC89C51为控制核心的转速测量系统。系统利用霍尔传感器作为转速检测元件，并利用设计的调理电路对霍尔转速传感器输出的信号进行滤波和整形,将得到的标准方波信号送给单片机进行处理。实际测试表明,该系统能满足发动机转速测量要求。 关键词：转速测量，霍尔传感器，信号处理，数据处理
Abstract: The rotate speed is one of the important parameters for the engine, and it is also the important factor that calculates other parameters. The rotate speed measurement system for the common engine is designed with the single chip STC89C51. The signal of the rotate speed is sampled by the Hall sensor, and it is transformed into square wave which will be sent to single chip computer. The result of the experiment shows that the measurement system is able to satisfy the requirement of the engine rotate speed measurement. Key words:rotate speed measurement, Hall sensor, signal processing, data processing
智能电机转速控制显示系统设计
电子技术课程设计 题目：智能电机转速控制显示系统设计 学院计算机与通信工程学院 专业 学号 姓名Lei Ke 指导老师leike
摘要 当今社会，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着十分重要的作用。直流电机作为最常见的一种电机，具有非常优秀的线性机械特性、较宽的调速范围、良好的起动性以及简单的控制电路等优点，因此在社会的各个领域中都得到了广泛的应用。我希望通过对电子电路设计及制作课程设计等环节，力求达到以下作用和目的：即进一步掌握模拟数字电子技术的理论知识，培养工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力；基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高对电子电路的设计和实验能力；熟悉并学会使用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定基础。 以下设计是以单片机为核心设计一个电动机转速测定以及数据显示系统，要求对转速范围在0—166r/min的直流调速电动机进行测量并显示，转速数据显示精度要达到转速个位数和加速、减速、定速、电机正转和反转的实时控制。本设计使用12V直流电机，将直流电机测速装置产生的脉冲信号输入到单片机外部中断0口，单片机工作在内部定时器工作方式0，对周期信号进行计数，调用计算公式计算出每秒的转速。调用显示程序在数码管上，其主要内容是单片机部分主要完成转速的测量，数码管显示部分主要把转速显示出来，显示范围在0—166r/min之间。 关键词：直流电机单片机转速控制数据显示
目录 摘要 (2) 目录 (3) 1.引言 (4) 2总体设计 (5) 2.1基本原理 (5) 2.2系统总体框图及设计思路 (6) 3.详细设计 (6) 3.1 硬件设计 (7) 3.2 软件设计. (8) 3.2.1程序设计思路 (8) 3.2.2 程序流程图 (9) 3.2.3 程序代码 (11)
基于单片机的直流电机转速测量与显示(DOC)
目录 绪论 (2) 第1章参数计算与设备选型 (3) 1.1控制芯片 (3) 1.2测速发电机 (4) 1.3模数转化器件——ADC0809 (6) 第2章系统设计 (9) 2.1 系统方框图 (9) 2.2 硬件设计 (10) 2.2.1 直流测速发电机 (10) 2.2.2 ADC0809与单片机连接 (10) 2.2.3 数码管 (11) 2.2.4 综合接线图 (11) 2.3 软件设计 (12) 2.3.1 程序设计思路说明 (12) 2.3.2 总程序控制流程图 (13) 2.3.3 ADC0809工作流程图及程序 (14) 2.3.4显示部分工作流程图及程序 (15) 第3章结论 (18) 参考文献 (19)
绪论 在现代工业自动化高度发展的时期，几乎所有的工业设备都离不开电机，形形色色的电机在不同领域发挥着很重要的作用。与之而来的问题是，如何更好地控制电机，对于不同的场合，对电机的控制要求是不同的，但大部分都会涉及到直流电机的转速测量，从而利用转速来实施对直流电机的控制。 直流电机转速作为直流电机的一项重要技术指标，在各个应用场合都有重要的研究价值，例如在发动机，电动机，机床主轴等旋转设备的试验运转和控制中，常需要分时或连续测量，显示其转速及瞬时速度等，转速是其他大部分技术参数的计算来源，因此，准确测量直流电动机的转速具有重要的研究意义和理论价值。 目前，对直流电动机的速度检测方法很多，从整体上可分为模拟检测和数字检测方法。 模拟检测：即利用测速电机作为发电机，通过检测反电势E的大小和极性可得到转速N和电机转向，采用这种方法直接可以得到转速N和输出电压的特性曲线，直观，但也有很多不足，比如在高速和低速情况下实际输出偏离理想特性。 数字检测技术：即通过分析数字信号产生的一系列脉冲间接获取电机转速。如光电旋转编码器是将检测圆盘划分为等距的三个同心圆，最外环和次外环分别用等距的黑白条纹分开，且最外环和次外环的缝隙位置相位差为90度，用于判断电机的转速，最内环只有一个黑条纹，用作定位脉冲或者是复位脉冲，利用光电编码器输出的脉冲可以计算转速，具体的又可分为M法，T法和M\T法。 此外，市场上已经有了技术成熟的电机测速装置，如利用霍尔元件设计制作的直流电机测速仪等，凭借其精度高，稳定性好等优势占有重要的一席之地。 而本次微机控制原理课程设计的任务是直流电机速度的测量与显示。主要要求是通过测速直流发电机作为传感器，检测直流电机的转速，并输出与转速相关的电压，通过ADC0809芯片将测速发电机输出电压转换成电压的数字信号。控制芯片采用AT89C51将采集转换后的数字信号进行处理，得到转速，并通过四位数码管予以显示。整体上能够完成从转速检测到数据处理到显示的一整套功能。
4距离测量和直线定向
第四章 距离测量和直线定向 ? 学习目标：学习光电测距、尺子量距和光学测距三种距离测量原理与方法，在掌握现代光电 测距技术原理与方法基础上，掌握钢尺量距、光学视距基本方法。 第一节 光学测距原理与方法 ? 一、概述 ? 1.基本原理：根据几何光学原理，应用三角定理进行测距的技术。 ? 余切定理可知A 、B 二点的距离D 为 ? 2.光学测距方式：光学测距的方式依角度和尺长的测量方法不同而异。 ? 二、视距法测量距离 ? 视距法测距是利用测量仪器望远镜十字丝的上、下丝获得尺子刻划读数M 、N ，从而实现距离 测量技术。 3.平视距测量方法： ? 1)经纬仪望远镜视准轴处于水平状态瞄准直立的尺子(如木制标尺)； ? 2)利用望远镜读取上、下丝所截的尺面上刻划值M 、N(l 上、l 下)； ? 3)按计算距离D 。 ? l=N-M= l 下-l 上 ? D=100?l 2 2γctg l D =
4.斜视距测量平距计算公式 ?A点安置经纬仪，B立尺； ?测竖直角为 ， ?读数为M、N(l上、l下)， ?计算： ?D AB=100(l上-l下)×cos2α 第二节距离丈量 ?一、概述 ?传统上所谓的尺子量距方法。 ?钢尺量距基本工作：定线、丈量、计算。 ?钢尺量距方法： ?一般量距方法、精密量距方法。 二、钢尺一般丈量法 ? 1.准备工作： ?1)主要工具：钢尺、垂球、测钎、标杆等。钢尺完好，刻划清楚。 ?2)工作人员组成：主要工作人员是拉尺、读数、记录共2--3人。 ?3)场地：比较平坦，已定线，并插有测钎。 ? 2.丈量工作： ?1)往测：从A丈量至B，逐段丈量整尺段n，尺段长为l o；最后丈量零尺段长q。长度为D往；?2)返测：从B丈量至A，返测全长长度为D返。 ? 3.计算与检核： ?1)计算 D往=n l o往+q往 ? D返=n l o返+q返
直流电机转速测量系统的设计
一、概述 该课程设计是关于直流电动机转速的测量。转速是电动机极为重要的一个状态参数，一般是指电机转子的每分钟转数，通常用r/min 表示。本次课程设计选用光电测速法，测量电路由光电转换电路，整形电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，时序控制电路和计数、译码、驱动、显示电路构成，电机转速的测量范围为600r/min~30000r/min ，测量的相对误差 1%，并用5位LED 数码管显示出相应的电机转速。 本次课设需满足以下设计要求： 1根据技术指标，设计各部分电路并确定元器件参数； 2.用5位LED 数码管显示出相应的电机转速； 3.画出电路原理图（元器件标准化，电路图要规范化）。 二、方案论证 本课程设计是设计电机转速测量系统，采用光电测速方案，将转速信号转化为脉冲信号，然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量，方案中包括光电转换电路，整形电路，闸门电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，控制电路和计数、译码、驱动、显示电路。原理方框图如图1所示： 在电动机转轴上安装一个圆盘，在圆盘上打6个均匀小孔。当电动机旋转时光源通过小孔投射到光敏三极管上，就产生了一序列的脉冲信号，光敏三极管产生的脉冲信号频率与电机转速成正比。脉冲信号经过整形电路转变成方波，再用二倍频电路使整形后的信号频率变为原来的二倍。再由晶体振荡电路输出的信号经过215分频电路， 光电转换电路 整 形 电 路 闸 门 电 路 计数、译码、驱动、显示 电路 输入 信号 晶体振荡器 电路 分 频 电 路 控 制 电 路 图1 电机转速测量系统原理框图
产生1Hz的基准信号，再经过10分频，便可产生一个0.1Hz的基准信号，该基准信号用来控制闸门电路，把经过倍频的光电转换后的信号计数并显示出来 三、电路设计 1.光电转换电路 在该部分可以用发光元件作为光的发射部分，可以选择发光二极管作发光元件，接收部分则要选择光敏三级管作为接受部件。其原理是用光敏三极管接收发光二极管通过小孔发射过来的光信号。在电机的转轴上安装上已打好6个均匀小孔的圆盘，让发光二极管与光敏三极管通过小孔相对，这样电机每转动一周，光线就会相应通过小孔6次，因为光电转换器受光一次就会产生一个脉冲，所以说电机在每转一周后就会相应的产生了6个脉冲。光电转换电路原理如图2所示： 图2 光电转换电路原理图 图中R1和R2为两个为350Ω限流电阻，LED持续发出的光被带孔圆盘间歇性阻断，变成间断的光信号，而光敏三极管将接收到的光信号转化成电信号，作用于之后的系统。 2.整形电路 整形电路用555定时器构成施密特触发器，利用施密特触发器，将输入的信号进行整形，输出为方波。2和6管脚连在一起接输入信号，从3管脚输出，输入信号与 输出信号反相，在5管脚接入10nF的滤波电容，当输入电压v i ﹤1/3Vcc时，v o 输出 为高电平，当输入电压v i ﹥2/3Vcc时，v o 输出为低电平。整形电路接法及输出波形如 图3和图4所示：
直流电机的转速检测及电路设计
摘要 在电气时代的今天，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着十分重要的作用。直流电机作为最常见的一种电机，具有非常优秀的线性机械特性、较宽的调速范围、良好的起动性以及简单的控制电路等优点，因此在社会的各个领域中都得到了十分广泛的应用。 系统主要功能是：AT89C51单片机接受霍尔传感器传来的脉冲信号，单片机根据外部中断，以及内部定时器进行计数计算出电机转速送到LED并显示，外部装有蜂鸣器电路，在超速或低俗过低都会停止电动机，蜂鸣器发音，显示器不显示，从实用角度看，评价一个系统实用价值的重要标准，就是这个系统对社会生活和科技观念有多大的贡献。 本设计以单片机为核心设计一个电动机转速测定及数据显示控制系统，要求对转速范围在0-3000r/min的直流调速电动机进行测量并显示，转速数据显示精度要达到转速个位数，有转速高、低限报警提示。本设计使用6V直流电机。将霍尔传感器产生的脉冲信号输入到单片机外部中断0口，单片机工作在内部定时器工作方式0，对周期信号进行计数，调用计算公式计算出转速，调用显示程序在LED上，其主要内容是单片机部分主要完成电机转速的测量，LED显示部分主要是把转速显示出来，显示范围在0-3000r/min之间。 本设计主要研究直流电机的控制和测量方法，效率高，电路简单，使用也比较广泛，测速系统采用集成霍尔传感器敏感速率信号，具有频率响应快、抗干扰能力强等特点。从而对电机的控制精度、响应速度以及节约能源等都具有重要意义。 关键词：单片机霍尔IC传感器 , DAC0832 直流电动机转速流程图 A/D 和D/A转换器
目录 摘要 (2) 第一章：引言 (5) 第二章：系统功能分析 (7) 2.1 系统功能概述 (7) 2.2 系统要求及主要内容 (7) 2.3 系统技术指标 (7) 第三章：系统总体设计 (8) 3.1 硬件电路设计思路 (8) 3.2 软件设计思路 (9) 第四章：硬件电路设计 (8) 4.1 单片机描述 (12) 4.1.1 AT89C51引脚及作用 (12) 4.1.2 ULN2003引脚图及功能 (13) 4.2 外围电路设计 (14) 4.2.1时钟电路 (14) 4.2.2复位电路 (14) 4.2.3测速电路 (15) 4.2.4报警电路 (16) 4.2.5显示电路 (16) 4.2.6 74HC573引脚图及功能 (18) 第五章：软件电路设计 (20)
直流电机转速电流测量与显示
燕山大学 课程设计说明书题目：直流电机转速电流测量与显示 学院（系）：里仁自动化系 年级专业：12级过控1班 学号： 121203021064 学生姓名：刘华 指导教师：梁振虎、王振臣、闫敬 教师职称：副教授
燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）：里仁学院基层教学单位：自动化系 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 2015年6月12日
摘要 单片机又称单片微控制器（MCU），它把一个计算机系统集成到一个芯片上。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。随着电子技术的迅猛发展，单片机技术也有了长足的发展，目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹，导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。 各种电机在工业得到广泛应用，为了能方便的对电机进行控制、监视、调速，有必要机的转速进行测量，从而提高自动化程度。转速和电流是工程上常用参数。转速测量的方法很多，采用光电编码器测量转速是较为常用的测量方法，而电流则采用交流互感器。 通过光电传感器实时采集电机转速并进行处理与显示，设计出一个电动机转速测量系统,并研究其测量精度、测量范围及响应速度.程序设计部分分为初始化模块、脉冲计数模块、计时模块、参数调整模块和显示模块.最后通过试验测试,得到了相应的技术参数,并对转速和电流测量系统的误差进行了分析要求设计的系统稳定可靠、抗干扰能力强、成本低，使用方便。
现代测量技术
上海第二工业大学 现代测量技术 学号084812099 姓名钱杰 班级08机自A2 院系机械制造及自动化 2011 年11 月 5 日
目录 前言 一、激光传感器简单介绍及其优点 (3) 二、激光测距传感器 (5) 1.激光测距的原理 (5) 2.激光测距传感器的优势: (5) 3.测距传感器的工作原理 (6) 三、激光测长传感器 (6) 四、激光精密测量的现状与未来发展 (6) 五、参考文献 (7)
激光测量 摘要:激光传感器已经广泛应用于国防、生产、医学和非电测量等各方面，激光传感器正以自己独特的优势焕发勃勃生机,本文简单介绍了激光测距传感器工作的原理和用。 关键词：激光测距、望远镜、激光测距原理与应用、应用实例 Laser measurement Abstract: laser sensor has been widely used in national defense, manufacturing, medica l and non electric measurement etc, laser sensor with its own unique advantages of vi gour and vitality, this paper briefly introduces laser ranging sensor working principle a nd use. Key words: laser rangefinder、telescope、laser ranging principle and application、examples 一、激光传感器简单介绍及其优点 激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。 激光具有4个重要特性： （1）高方向性（即高定向性，光速发散角小），激光束在几公里外的扩展范围不过几厘米； （2）高单色性，激光的频率宽度比普通光小10倍以上； （3）高亮度，利用激光束会聚最高可产生达几百万度的温度。 （4）高相干性，两束光交迭时，产生明暗相间懂得条纹（单色光）或彩色条纹（自然光）的现象称为光的干涉。只有频率和振动方向相同，周相相等或周相差恒定的两束光才具有相干性。
光电传感器转速测量系统设计讲解
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I2C总线放到E2PROM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
基于单片机的风扇转速测量设计报告
封面
基于单片机的风扇转速测量系统设计报告 摘要： 在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测试发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。数字式通常采用光电传感器为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能性价比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。 本文便是运用51单片机控制的转速测量仪。风扇在运行过程中，需要对其进行监控，转速是一个必不可少的一个参数。本系统就是对风扇转速进行测量，显示风扇的转动的圈数，从而计算出转速。并介绍了光电传感器测速的原理，设计了基于51单片机的电扇测量系统。完成了风扇转速测量系统的硬件电路设计、光电传感器测量电路的设计、显示电路的设计。测量转速的光电传感器和风扇同轴连接，风扇每转动一周，产生一定量的脉冲个数，由光电传感器电路部分输出幅度为12v的脉冲。经光电隔离器后成为输出幅度为5v的转数计数器的计数脉冲。控制定时器计数时间，即可实现对电扇转速的测量。在显示电路设计中，通过1602实现在LCD上直观地显示电机的转速值。并对电机转速测量系统的硬件电路、显示电路进行调试。仿真实验表明所设计的硬件电路及软件程序是正确的，满足设计要求。 关键字：风扇转速测量；光电传感器；单片机；LCD
Abstract:In engineering practice, often meet various needs of occasions measuring the rotation speed, speed measurement method for analog and digital two. Analog tachometer generator for the detection element, the signal is analog quantity. Digital usually adopts the photoelectric encoder, photo electricity and other components for detecting element, the signal is a pulse signal. With the wide application of computer, especially the high performance price compared to the appearance of single chip microcomputer, measuring speed is generally used to MCU as the core of digital measuring method. This paper is to use AT89C51 SCM intelligent rotational speed measuring instrument. The motor in the operation process, needs to carry on the control, speed is an essential one parameter. This system is the simulation of motor for fan speed measurement, display fan speed. And introduced the photo electricity sensor measuring principle, design based on single chip computer AT89C51fan speed measurement system. Completion of the fan speed measurement system hardware circuit design, the photo electricity sensor measuring circuit design, circuit design. Measurement of rotational speed sensor and coaxingly connected photo electricity fan, fan one week per revolution, resulting in a certain amount of pulse number, by photo electricity device circuit portion of the output amplitude of 12V pulse. The photoelectric insulator after becoming an output amplitude of5V revolution counter for counting pulses. Control timer counting time, can realize the fan rotation speed measurement. In the design of display circuit, by1602the realization of the LCD to visually display the motor speed value. And the motor speed measurement system hardware circuit, the display circuit debugging. Simulation experiments show that the designed hardware circuit and software program are correct, and meet the design requirements. Key words: fan speed measurement; photo electricity sensor; SCM;LCD
现代测量技术在工程中的应用
现代测量技术在工程中运用情况 摘要：我国从20世纪80年代以来，一直都在不断引进各种先进的测绘技术，测绘技术逐渐成了工程测量中的重点。本文介绍数字测绘与城市或工业信息系统技术的应用与发展；城市地下管线探测技术发展与应用；变形监测技术应用与发展；卫星定位技术在工程测量中的应用与发展；工业测量技术的兴起、发展与应用；精密与大型工程测量现状与发展。 关键字：现代工程测量；控制测量；地形测量；施工测量；竣工测量 一、引言 工程测量是一门应用学科，传统的工程测量包括控制测量、地形测量、施工测量、竣工测量和变形监测五大部分。随着测绘技术的高速发展，工程测量技术形成了两个发展趋势：一是在上述五个部分不断出现新仪器、新方法和新手段；二是工程测量的应用领域不断扩展，出现了工业测量和地下管线探测等新的领域，还将测量新技术应用到了建筑测绘中。下面分六个方面介绍工程测量技术近几年的应用现状和发展趋势。 二、数字测绘与城市或工业信息系统技术的应用与发展 我国数字测绘技术从20世纪90年代初开始，经过十几年的发展已日渐成熟，形成了自己的方法和开发出多个具有自主版权的国产软件。现在的数字测绘正在从2维向3维发展，形成3维测绘技术。城市地理信息系统已经得到了足够的重视，工业企业地理信息系统也正在兴起。 现在数字化测绘技术已经普及，大比例尺地形图、地籍图、房产图、竣工图、地下管网图、导航电子地图等基本上都已经实现了数字化测绘，白纸测图方法已经淘汰。主要数字化测图系统有全站仪＋PDA＋地形图绘图软件，全站仪＋便携机（PDA掌上电脑）＋带有地物编码的地形图绘图软件，GPS RTK + PDA ＋地形图绘图软件，摄影测量进行大比例尺测图，数字摄影技术＋GPS＋便携机（PDA 掌上电脑）＋导航图测绘软件。
光电传感器的转速测量系统设计
课程设计报告 题目：光电传感器的转速测量系统设计姓名： 学号： 专业班级： 指导老师：
目录 1引言 (1) 2系统组成及工作原理 (1) 2.1转速测量原理 (1) 2.2转速测量的一般方法 (3) 2.3转速测量系统组成框图 (3) 3系统硬件电路的设计 (3) 3.1脉冲产生电路设计 (3) 3.2光电转换及信号调理电路设计 (4) 3.2.1光电传感器简介 (4) 3.2.2光电转换及信号调理电路设计 (5) 3.3测量系统主机部分设计 (7) 3.3.1单片机 (7) 3.3.2键盘显示模块设计 (9) 3.3.3串行通信模块设计 (11) 3.3.4电源模块设计 (12) 4系统软件设计 (13) 4.1程序模块设计 (13) 4.2数据处理过程 (15) 4.3浮点数学运算程序 (16) 5制作调试 (16) 6结果分析 (18) 7参考文献 (18)
1、引言 随着社会经济的快速发展，转速测量成为了社会生产和日常生活中重要的测量和控制对象。测速是工农业生产中经常遇到的问题，人们经常需要精确测量每秒钟转轴的转速，学会对电机转速的测量和显示具有重要的意义。近年来，由于世界范围内对转速测量合理利用的日益重视，促使转速测量技术的迅速发展，各种新型的测量仪表相继问世并越来越多地得到应用。由于技术保密，厂家不会提供详细电路图和源代码，用户很难自行进行二次开发和改进。针对这种现状，使用光电传感器结合STC公司的STC 89C51型单片机设计的一种转速测量与控制系统。STC 89C51单片机采用了CMOS工艺和高密度非易失性存储器技术，而且其输入/输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容，是开发该系统的适合芯片。 2 、系统组成及工作原理 2.1 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） 2.2 转速测量的一般方法 一般转速测量系统有以下几个部分构成，转速测量框图如图2-1所示。 图2-1 转速测量框图 1．转速信号拾取 转速信号拾取是整个系统的前端通道，目的是将外界的非电参量，通过一定方式转换
基于单片机转速测量显示装置的设计
目录 1、概述 1.1 相关背景和应用简介 1.2 总体设计方案........................................................................................... .. (2) 1、各模块的功能介绍 (2) 2、总体设计框图 (3) 2、硬件电路的设计 2.1 传感器的选型及电路接口设计 (4) 2.2 单片机最小系统设计 (6) 一、复位电路 (6) 二、晶振电路 (8) 2.3 显示电路设计 (9) 2.4 脉冲电路设计 (11) 3、软件部分的设计 3.1 总体流程图及子程序流程图 (12) 3.2 主要程序 (13) 4、仿真及结果 4.1 数据分析表 (16) 4.2 仿真界面图 (16) 5、小结 课程设计小结 (17) 6、参考文献
参考文献 (18) 1、概述 1.1相关背景和应用简介 目前国内外测量电机转速的方法很多，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、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、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。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号．其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点．加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。 1.2 总体设计方案 1、各模块的功能介绍 图1.1 系统原理图
基于白光干涉的绝对距离测量
第一章绪论 1．1测量绝对距离技术概论 绝对距离测量指无导轨测长。激光干涉仪测量过程中虽然可以达到纳米级甚至亚纳米级的测量精度，但也有种种局限性，如只能进行增量式测量，测量过程不能间断，以及需要导轨作为参考标准等等。这些缺点限制了激光干涉仪的应用场合。所以在实际测量中迫切需要无导轨绝对距离测量。 1．1．1绝对距离干涉测量(无导轨测量)方法 无导轨测量的研究历史应该追溯到迈克尔逊时代。在1892年把国际标准米尺与Cd红线波长相比较提高了小数重合法。在激光出现之后，激光光谱学的研究结果向人们展示了极为丰富的谱线系列和令人振奋的相干特性。1976年，C．R．Ti lford和A．G．0rszag首先报导了使用CO2激光器进行多波长干涉测长而不必求助于其他初测手段，成为严格意义上的激光多波长无导轨测量的开端。1977年C．R．Ti 1ford对于由条纹尾数确定长度的分析法进行了系统的理论分析，并且提供了合成波长的概念，对激光多波长干涉测量起了重要的推动作用。此后各国科学家开展研究。无导轨测量比有导轨测量有明显的优点，因为它不但省去了导轨，也避免了在累加计数过程中出现的误差甚至是错误，省去了滑板移动的时间等等。另一个更为重要的优点是在三维跟踪控制中应用更为方便和避免余弦误差的不断累积。激光多波长无导轨测量技术无疑会推动测量机器人的发展。 1．2绝对距离测量原理 用光学干涉仪测量长度时，干涉仪的干涉条纹与被测光程差之间的关系下： 其中L为被测长度，N，ε分别为干涉条纹的整数级次和小数部分。它们都是正数，λ是光波波长。上式中ε可以直接通过干涉仪精确测量出来，N可以有两种方法获得：一是利用条纹计数。二是利用L的已知初始值，通过计算估计，确定N即无导轨绝对距离测量法。 设被测长度L的粗测值为L0，其测量的不确定度为△L，即L= L0+△L，那么： 两式相减得： 要使整数唯一确定，只需使m1-m2<1，即△L <λs/4。即如果已知L的初值不确定度小于所用波长的四分之一，那么2L／λs的整数部分唯一确定，这时只需测量出小数级次，就可精确测量出长度L。这就是绝对距离干涉测量的基本原理。 由于直接用于长度测量的光波波长很短，因此利用单波长实现绝对距离测量是很困难的，对粗测精度要求太高，难于实现。要实现绝对距离测量，必须有一个波长较长的波。 如果当两光波的波长λ1, λ2相差较小时，λS将远大于λ1和λ2，就是说可以获得一个波长较长的拍波。该拍波也称为合成波。
基于单片机的电机转速测量系统设计_(附图及源程序)
摘要 在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。数字式通常采用光电编码器，霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。 本文便是运用AT89C51单片机控制的智能化转速测量仪。电机在运行过程中，需要对其进行监控，转速是一个必不可少的一个参数。本系统就是对电机转速进行测量，并可以和PC机进行通信，显示电机的转速，并观察电机运行的基本状况。 本设计主要用AT89C51作为控制核心，由霍尔传感器、LED数码显像管、HIN232CPE电平转换、及RS232构成。详细介绍了单片机的测量转速系统及PC机与单片机之间的串行通讯。充分发挥了单片机的性能。本文重点是测量速度并显示在5位LED数码管上。 其优点硬件是电路简单，软件功能完善，测量速度快、精度高、控制系统可靠，性价比较高等特点。 关键字：MSC-51（单片机）；转速；传感器
目录 摘要 (1) Abstract ................................... 错误！未定义书签。 1 序言 (1) 2 系统功能分析 (2) 2.1 系统功能概述 (2) 2.2 系统要求及主要内容 (3) 3 系统总体设计 (4) 3.1 硬件电路设计思路 (4) 3.2 软件设计思路 (4) 4 硬件电路设计 (6) 4.1 单片机模块 (6) 4.1.1 处理执行元件 (6) 4.1.2 时钟电路 (10) 4.1.3 复位电路 (11) 4.1.4 显示电路 (12) 4.2 霍尔传感器简介 (15) 4.2.1 霍尔器件概述 (15) 4.2.2 霍尔传感器的应用 (16) 4.2.3 AH41霍尔开关 (17) 4.3 发送模块 (18) 5 软件设计 (22) 5.1 单片机转速程序设计思路及过程 (22) 5.1.1 单片机程序设计思路 (22) 5.1.2 单片机转速计算程序 (23) 5.1.3 二-十进制转换程序 (24) 5.2 程序设计 (27) 6 系统调试 (29) 6.1 硬件调试 (29) 6.2 软件调试 (30) 6.3 综合调试 (32)