单片机的红外测速仪设计(附件)
摘 要电机转速是电机工作参数重要的一部分,同时是其它参数计算的重要依据。目前霍尔元件法、离心式转速表法、光电码盘法和测速发电机法等是较为常用的转速测量方法。分析了各种测速方法后，在此提出了基于单片机的红外测速仪设计。进而继续分析基于单片机的红外测速仪设计的组成和它的工作原理，提出了各硬件模块设计和设计系统软件的方法，还给出了部分程序清单和程序流程图。这个测速仪安装维护比较方便，而且工作状态稳定，运行方式可靠，成本还算低廉，具有较大的应用价值。一般来说无源磁电转速传感器、电涡流转速传感器、有源磁电转速传感器等传感器可以用于测量转速。具体需要选择哪个种类传感器，一般是根据转速测量的要求来的。目前直接测量法和间接测量法两大类速度测量方法会在科研生产中采用。直接测量法有多空间滤波测速、普勒测速仪测速等，它是是通过测量某种原理或效应直接获得速度量。直接测量虽然设备成本高，且容易受到大气物理环境的限制，但是它的最大优点是反应快、可以测量瞬时速度。而间接测量法主要有磁栅测速、光栅测速、光电测速和图像测速等方法，它是通过测量目标的移动距离和时间,计算间接得到速度量,具体方法有用于生产流水线上的光电脉冲测速方法、测量小型弹丸的光幕法、天幕法测速系统和用于车辆测速的激光测速仪等等。
目 录
第一章 绪论 1
1.1背景 1
1.2发展趋势 1
1.3红外技术在测速领域中的应用 1
第二章 系统组成及工作原理 3
2.1转速测量原理 3
2.2转速测量系统的组成 3
第三章 硬件电路及硬件组成 5
3.1.1脉冲产生电路 5
3.1.2光电传感器简介 6
3.2L9110电机驱动芯片简介 7
3.3单片机 8
3.4 1602液晶显示模块设计 11
第四章 软件程序 13
4.1程序要求 13
4.2具体程序编写过程 13
第五章 制作调试 15
5.1元器件清单： 15
5.2总的原理图： 16
5.3操作说明 16
结束语 17
致谢 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
参考文献 19
附录 20
第一章 绪论
1.1背景
近年来，人们日益重视合理利用转速测量，各种新型的测量仪表相继问世并且应用到越来越多的地方去了，转速测量技术的发展十分迅速。转速测量成为社会生产和生活中重要的测量和控制对象之一。虽然可以使用多种传感器检测控制来进行转速测量。但是厂家不可能提供详细的用于进行转速测量的检测控制的电路图和源代码，他们实行技术保密，所以人们自己很难自行进行二次开发和改进。为此，在这里本文使用STC公司的STC 89C51型单片机加上红外光电传感器组合，设计了一种转速测量与控制系统。因为STC 89C51单片机是采用CMOS这种高密度、非易失性存储器技术工艺，它的其输入/输出引脚和指令系统都能够与MCS51兼容，所以是开发这个红外转速测量系统的适合芯片。
1.2发展趋势
目前直接测量法和间接测量法两大类速度测量方法会在科研生产中采用。直接测量法有多空间滤波测速、普勒测速仪测速等，它是是通过测量某种原理或效应直接获得速度量。直接测量虽然设备成本高，且容易受到大气物理环境的限制，但是它的最大优点是反应快、可以测量瞬时速度。而间接测量法主要有磁栅测速、光栅测速、光电测速和图像测速等方法，它是通过测量目标的移动距离和时间,计算间接得到速度量,具体方法有用于用于生产流水线上的光电脉冲测速方法、测量小型弹丸的光幕法、天幕法测速系统和用于车辆测速的激光测速仪等等。
周向测量和径向测量、主动式测量和被动式测量是测速方法分类中的另一种分类方案。这些分类方法中红外测速可以实现非接触、主动式的测量，红外测量不会从被测物体吸取能量，也不破坏现场环境，但是同时测量范围广，而且测量精度高，另外使用红外光还可以避免受到可见光的影响，因此增加了整个系统检测部分的抗干扰能力。
1.3红外技术在测速领域中的应用
对于红外技术，现代科技、国防科技和工农业科技等多个领域都应用的十分广泛的。大家都知道按照功能红外传感系统能够分成五类：（1）辐射计类型，这种类型可以对辐射和光谱进行测量；（2）搜索和跟踪系统类型，这种类型可以通过确定目标的空间位置，然后对它的运动进行跟踪，用于搜索和跟踪红外目标；（3）热成像系统类型，这种类型可以用来产生整个目标红外辐射的分布图像；（4）红外测距和通信系统类型，这种类型可以通过红外线进行距离测量和信息通讯；（5）混合系统类型，这种类型是指上面四种系统中的两个或者多个的有机组合。这些是以红外线为介质的测量系统。
在红外测速装置中，抗干扰性能是很重要的一个要素，而光电变换器转换的电信号通常会非常徽弱，周围环境的干扰信号往往又会比收到的信号强。所以提高红外测速装置的抗干扰能力是必不可少的。通过将测速装置的测量模块采用专门的光电开关检测，并使用适合的挡板准确的改变光电开关的信号变化，可以减少其他各种因素对光电开关测量状态的影响来消除干扰。
接收器本身对某些辐射源有抗干扰作用。接收器未对准太阳时，基本上无干扰信号。正对太阳时就有干扰信号产生。所以在运行整个红外测速系统的时候尽量避免视场对准太阳。使得整个系统的抗干扰性能稳定可靠，是十分重要的。
第二章 系统组成及工作原理
2.1转速测量原理
在整个基于单片机的红外测速仪设计中，系统的的计数部分是重中之重，它是采用了红外开关的对射方式进行计数的，当红外对射在无障碍的时候发射端会有信号，接收端同时也可以收到发射端的红外信号，所以输出端会是导通状态，从而将输出端C端的电压拉低接近0V，而红外对射在有障碍的时候它的发射端依然有信号，但是在接收端就收不到发射端发射出来的红外信号，因此这个时候接收端的输出状态会截止，这样就会将输出端C端电压拉高成5V。通过信号的不同可以记出挡住信号的次数。而用于计算转动圈数的扇叶一共有两扇，每转一圈，整片扇叶都会会遮挡住两次红外发射信号，因此输出端在扇叶每转一次后会产生两个脉冲，这样只要单片机在检测时检测脉冲下降沿，那么，风扇每转一圈会产生两个下降沿，因此在程序设计中需除以2才是一圈。由于在输出端有时会产生高频杂波，那么通过104瓷片电容滤除高频杂波，使输出的脉冲更稳定，是必不可少的。这样更便于单片机检测，减少测量误差和影响。
2.2转速测量系统的组成
基于单片机的红外测速仪设计是由电机转动电路，信号收集电路、单片机STC 89C51、1602液晶显示模块和系统软件组成。其中电机转动电路主要负责驱动电机，并改变电机转动方向。而信号收集电路则是将收集到的电机转动时扇叶挡住红外发射信号的次数收集；然后将信号传输到单片机后；单片机的内部定时器T0经过编程设置后可以对加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数，即输入脉冲进行计数，并且单片机用来改变电机驱动时候的PWM占空比，改变不同转速，测试测速系统是否能够及时测出转速变化；测速系统设计中转速显示部分使用的是价格低廉并且使用方便的1602液晶显示模块，通过单片机可以将利用上述计算方法计算得到的转速直接显示在1602液晶显示模块上，既简化了显示部分的软件编程，还可以节省所需单片机的口线和外围器件。测速系统的原理框图如图21所示。原理图如图22所示
目 录
第一章 绪论 1
1.1背景 1
1.2发展趋势 1
1.3红外技术在测速领域中的应用 1
第二章 系统组成及工作原理 3
2.1转速测量原理 3
2.2转速测量系统的组成 3
第三章 硬件电路及硬件组成 5
3.1.1脉冲产生电路 5
3.1.2光电传感器简介 6
3.2L9110电机驱动芯片简介 7
3.3单片机 8
3.4 1602液晶显示模块设计 11
第四章 软件程序 13
4.1程序要求 13
4.2具体程序编写过程 13
第五章 制作调试 15
5.1元器件清单： 15
5.2总的原理图： 16
5.3操作说明 16
结束语 17
致谢 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
参考文献 19
附录 20
第一章 绪论
1.1背景
近年来，人们日益重视合理利用转速测量，各种新型的测量仪表相继问世并且应用到越来越多的地方去了，转速测量技术的发展十分迅速。转速测量成为社会生产和生活中重要的测量和控制对象之一。虽然可以使用多种传感器检测控制来进行转速测量。但是厂家不可能提供详细的用于进行转速测量的检测控制的电路图和源代码，他们实行技术保密，所以人们自己很难自行进行二次开发和改进。为此，在这里本文使用STC公司的STC 89C51型单片机加上红外光电传感器组合，设计了一种转速测量与控制系统。因为STC 89C51单片机是采用CMOS这种高密度、非易失性存储器技术工艺，它的其输入/输出引脚和指令系统都能够与MCS51兼容，所以是开发这个红外转速测量系统的适合芯片。
1.2发展趋势
目前直接测量法和间接测量法两大类速度测量方法会在科研生产中采用。直接测量法有多空间滤波测速、普勒测速仪测速等，它是是通过测量某种原理或效应直接获得速度量。直接测量虽然设备成本高，且容易受到大气物理环境的限制，但是它的最大优点是反应快、可以测量瞬时速度。而间接测量法主要有磁栅测速、光栅测速、光电测速和图像测速等方法，它是通过测量目标的移动距离和时间,计算间接得到速度量,具体方法有用于用于生产流水线上的光电脉冲测速方法、测量小型弹丸的光幕法、天幕法测速系统和用于车辆测速的激光测速仪等等。
周向测量和径向测量、主动式测量和被动式测量是测速方法分类中的另一种分类方案。这些分类方法中红外测速可以实现非接触、主动式的测量，红外测量不会从被测物体吸取能量，也不破坏现场环境，但是同时测量范围广，而且测量精度高，另外使用红外光还可以避免受到可见光的影响，因此增加了整个系统检测部分的抗干扰能力。
1.3红外技术在测速领域中的应用
对于红外技术，现代科技、国防科技和工农业科技等多个领域都应用的十分广泛的。大家都知道按照功能红外传感系统能够分成五类：（1）辐射计类型，这种类型可以对辐射和光谱进行测量；（2）搜索和跟踪系统类型，这种类型可以通过确定目标的空间位置，然后对它的运动进行跟踪，用于搜索和跟踪红外目标；（3）热成像系统类型，这种类型可以用来产生整个目标红外辐射的分布图像；（4）红外测距和通信系统类型，这种类型可以通过红外线进行距离测量和信息通讯；（5）混合系统类型，这种类型是指上面四种系统中的两个或者多个的有机组合。这些是以红外线为介质的测量系统。
在红外测速装置中，抗干扰性能是很重要的一个要素，而光电变换器转换的电信号通常会非常徽弱，周围环境的干扰信号往往又会比收到的信号强。所以提高红外测速装置的抗干扰能力是必不可少的。通过将测速装置的测量模块采用专门的光电开关检测，并使用适合的挡板准确的改变光电开关的信号变化，可以减少其他各种因素对光电开关测量状态的影响来消除干扰。
接收器本身对某些辐射源有抗干扰作用。接收器未对准太阳时，基本上无干扰信号。正对太阳时就有干扰信号产生。所以在运行整个红外测速系统的时候尽量避免视场对准太阳。使得整个系统的抗干扰性能稳定可靠，是十分重要的。
第二章 系统组成及工作原理
2.1转速测量原理
在整个基于单片机的红外测速仪设计中，系统的的计数部分是重中之重，它是采用了红外开关的对射方式进行计数的，当红外对射在无障碍的时候发射端会有信号，接收端同时也可以收到发射端的红外信号，所以输出端会是导通状态，从而将输出端C端的电压拉低接近0V，而红外对射在有障碍的时候它的发射端依然有信号，但是在接收端就收不到发射端发射出来的红外信号，因此这个时候接收端的输出状态会截止，这样就会将输出端C端电压拉高成5V。通过信号的不同可以记出挡住信号的次数。而用于计算转动圈数的扇叶一共有两扇，每转一圈，整片扇叶都会会遮挡住两次红外发射信号，因此输出端在扇叶每转一次后会产生两个脉冲，这样只要单片机在检测时检测脉冲下降沿，那么，风扇每转一圈会产生两个下降沿，因此在程序设计中需除以2才是一圈。由于在输出端有时会产生高频杂波，那么通过104瓷片电容滤除高频杂波，使输出的脉冲更稳定，是必不可少的。这样更便于单片机检测，减少测量误差和影响。
2.2转速测量系统的组成
基于单片机的红外测速仪设计是由电机转动电路，信号收集电路、单片机STC 89C51、1602液晶显示模块和系统软件组成。其中电机转动电路主要负责驱动电机，并改变电机转动方向。而信号收集电路则是将收集到的电机转动时扇叶挡住红外发射信号的次数收集；然后将信号传输到单片机后；单片机的内部定时器T0经过编程设置后可以对加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数，即输入脉冲进行计数，并且单片机用来改变电机驱动时候的PWM占空比，改变不同转速，测试测速系统是否能够及时测出转速变化；测速系统设计中转速显示部分使用的是价格低廉并且使用方便的1602液晶显示模块，通过单片机可以将利用上述计算方法计算得到的转速直接显示在1602液晶显示模块上，既简化了显示部分的软件编程，还可以节省所需单片机的口线和外围器件。测速系统的原理框图如图21所示。原理图如图22所示
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