光电传感器课程方案汽车测速系统

光电信息技术

研究性教案报告

题目：汽车测速系统

目录

一、摘要2

二、系统整体方案设计2

1、系统框图2

2、光电传感器3

三、系统结构4

1、传感器4

2、调理电路设计5

3、单片机6

4、显示设备7

5|、软件设计8

四、体会心得8

五、参考文献8

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，因为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。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。

在频率的项目测量中 ,电子式定时计数测量频率的方法一般有三种 :

①测频率法 :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）；

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；

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=ｍ1ｆｃｍ2,ｍ1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：

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。

④片机：对处理过的信号进行转换成转速的实际值，送入LED

⑤LED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不影响接收效果。光电头包含有前置电路，输出0—5V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，组成一个数字式转速测量系统。

3.3光电测量系统组织框图

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 DC

SZGB-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 DC

SZGB-3型传感器主要性能介绍如下：

SZGB-3.型光电转速传感器，使用时通过连轴节与被测转轴连接，当转轴旋转时，将转角位移转换成电脉冲信号，供二次仪表计数使用。

(1>输出脉冲数：60脉冲<每一转）

(2>输出信号幅值：50r/min时300mV

(3>测速范围:50---5000r/min

(4>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。因为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0～4.8V。TL084采用12V双电源供电，因为电源的供电

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，故供电电源两端需接10UF的电容接地。

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VT2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，因为集射极截止，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，因为集-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+5V时，U0=0V。

3、单片机

<1）单片机AT89C51

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器