1、光电传感器测速光电传感器测速滨江学院题目:光电传感器测速院系:电子工程系专业:电子科学与技术姓名：20112321007成员：2011232101020112321053指导教师： 2014年11月15日引言 1设计思路 2所需模块 2.1光 电 传 感 器 部分 2.1.1LM339 工 作 原 理 及 管 脚图 2.1.2 整 体 连 线图 3单片机部分 3.1单 片 机 外 部 连 线图 3.2单 片 机 内 部 主 程 序 流 程4测速原理5所需器件6总结附录1整体电路图 附录2源程序代码 .27附录3实物图 参考文献引言在工程实践中 , 经常会遇到各种需要测量转速的场合。转速是电动机
2、极为重 要的一个状态参数 ,在很多运动系统的测控中 , 都需要对电机的转速进行测量 , 不论是直流调速系统还是交流调速系统 , 只有转速的高精度检测才能得到高精 度的控制系统。迄今为止 , 测速可分为两类 :模拟电路测速和数字电路测速。随 着微电子技术的发展 , 计算机技术的广泛应用 , 出现了以计算机为核心的数字测 速装置。这样的速度测量装置测量范围宽、工作方式灵活多变、适应面广 , 具有 普通数字测速装置不可比拟的快速性、精确性和优越性。1：设计思路用一个红外发光二极管和一个接受红外光的二极管组成一套光电管。 当检测到物表面为黑色时，反射光很弱，接收端检测到的光线可以忽略，使接收端呈 现一
3、种状态，例如开关管截止；当被检测物表面为白色时，反射光强烈，发射 端发射的红外线被接收端全部接收，使接收端呈现另一种相反的状态，例如开 关管开通。这两种相反的状态表现在电路中，就是高低电平组成的脉冲信号。 由此，我想到用一个比较器来比较两种接受到的信号，从而输出“ 0”“ 1”两种高低电平，并把两种信号传给单片机进行统计，然后利用设定算法进行计算， 最后通过数码显示管显示计算结果。2：所需模块本测速系统共有两个模块构成，一个为光电传感器部分，用于接收光信号 并转换为电信号，即高低电平信号；另一个为单片机部分，用于接收高低电平 信号并通过内部计算，然后再通过数码显示管显示测出的结果。2.1光电传
4、感器部分2.1.1LM339 工作原理及管脚图：LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输 出端。两个输入端中的一个称为同相输入端，用“ +”表示，另一个称为反相输入 端，用“ -”表示。当用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做 参考电压（也称为门限电平，它可选择 LM339输入共模范围的任何一点），另一 端加一个待比较的信号电压，当“ +”端电压高于“ - ”端时，输出管截止，相 当于输出端开路。当“ - ”端电压高于“ +”端时，输出管饱和，相当于输出端 接高电位。两个输入端电压差别大于 10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转 换到另一种状态，因此
5、，把 LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管， 在使用时输出端 到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选 3-15K）。选不同阻值的上拉电 阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值下图（1a）给出了一个LM399的基本单限比较器。输入信号 Uin为待比较 电压，把它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平） Ur。 当输入电压UinUr时，输出为高电平UO图（1b）为其传输特性。图（1c）为 LM339的管脚图。图（1）LM339工作原理图及管脚图图（2）比较型光
6、电传感器整体电路图在上图中，LED灯相当于一个红外线发射管，JP1是红外线接收管，接收光强在上面转换成电流，在 R上成为电压信号。当光线照射到白色面上时，光 线反射强烈，光线照射到黑色面上时，光线反射较弱。因此当光照在不同颜色 面上时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值与 RA1的标准值进行比较,就可以从LM339输出逻辑电平给单片机。3单片机部分3.1单片机外部连线图：如下图（3）所示图（3）单片机连线图在上接线图中，可在数码管与单片机之间接上一个分压电阻，起到保护作 用。单片机型号选89C51或89C52都行。在试验板上把图（1）中的2管脚（逻 辑电平输出管脚）和图（2）中的12管脚（中
7、断输入管脚）连接，即可构成整 个测速系统。3.2单片机内部主程序流程图主程序是控制单片机系统按照预定的操作方式运转，它完成人机对话和各 种控制功能，是单片机系统程序的框架。主程序的主要任务是完成系统自检、初始化、处理键盘命令等功能。在本实验中，未涉及到键盘命令。本系统的主程序流程如下图（4）所示。在该测速系统的程序中，主程序执行的过程中共执行了 3个中断程序，即外部中断0中断、外部脉冲计数0中断和定时器1中断。图（5）所示为外部中 断0中断程序流程图。外部中断0中断程序主要用于测速起始。当测速开始时, 执行外部中断0中断,外部脉冲计数加1,并判断T0、T1是否开启，若没有开 启则开启，再判断1
8、S定时到了没有，若1S定时到计算转速，并关INT0、T0、 T1软件清零。图（6）为T0中断程序流程图。T0对内部时钟脉冲计数，T0为8位定 时器，1S定时的内部时钟脉冲超过了 T0上限，故采用软件延时计数。图（7） 为T1中断程序流程图，T1定时1S,当一秒定时到，则置位标志位。T中断4:测速原理首先，选一小型直流电机，在其轴上固定一张圆形硬纸片，以此来代替被 测物。其次把此圆形纸片平均分成6等分，并把其中的三块涂黑（具体见实物） 再次，用光电管正对圆形纸片。最后，启动整个系统就可以进行测速了。因为当红外线照到面黑色时，反射光很弱，接收端检测到的光线可以忽略， 当照到白色面时，反射光强烈，发
9、射端发射的红外线几乎被接收端全部接收， 因此，检测到的信号经过比较电路输出后，会给单片机输入高低两种电平。所 以，在编程中，假定在1S时间内共检测到n个低电平信号，那么此电机的转速四：整体电路图及实物图 见附一图所示。5:所需器件名称型号个数价格51单片机STC89C51RC1件9元光电管1套5元四电压比较器LM3391件1.5元四位数码显示管12管脚1件5元1/4电阻0.47K,1K,3.3K,10K,各10个（备用）0.8元电位器103（ 10K）2个1元瓷片电容22PF,104（ 100nF）各10个（备用）2元万用版1块3元电池盒1个1元PIC座20,40 脚（2+1）个1元排针40P
10、IN2排1元晶振12M1个1元复位开关1个0.1元LED丁5个0.5元共计：31.9 元6:总结本设计的光电传感器测速机能够快速检测到电机横截面上的黑白相间的 面，并通过单片机编写测速程序，用数码管显示。但本设计的测速系统的整体 性能只能满足一般小型电机和一些要求不高的测速，并且在其测速时，还需要 在被测物上安装一个黑白相间的圆盘，这对某些被测物体来说是不太好实现的, 即其是存在一定的局限性的。除此之外，其精确度也不尽完美。但整体来说，此测速系统还是具有可行性的。当我们需要知道某电机的转 速而又缺少测速装置时，就可以用此套系统来进行测速。它的简单性，方便性 和快捷性也是某些测速装置不可比拟的。
11、至于其缺点，由于设计者水平目前有 限，暂不能完美解决，只待以后对此方面有较多理解后在解决，同时也希望对 此精通的师生给予指点，从而进行改进测速方法，提高整个系统的测速性能。附一：整体电路图附录 2 ：程序源代码#include#define uint unsigned intuint temp,qian,bai,shi,ge,aa,n;sbit dula=P0;sbit wela=P1;sbit zd=P3A2;uint codetable=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;void display(uint qian,uint
12、 bai,uint shi,uint ge);void delay (uint z);void init();void main()EA=1;/ 开总中断EX0=1;/ 开外部中断 0init();/ 初始化子程序while(1)display(qian,bai,shi,ge);void delay(uint z) uint x,y;for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void display(uint qian,uint bai,uint shi,uint ge)P0=tableqian;P1=0xf7;delay(1);P0=tablebai;P1=0xfb;d
13、elay(1);P0=tableshi;P1=0xfd;delay(1);P0=tablege;P1=0xfe;delay(1);void exter0() interrupt 0n+;while(zd=0);void init()wela=0;dula=0;temp=0;TMOD=0x01;TCON|=0X04;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;timer0() interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;aa+;if(aa=20)aa=0;temp=20*n;n = 0;qian=temp/1000; bai=temp%1000/100; shi=temp%100/10;ge=temp%10;附录3：参考文献:激光原理及应用（第二版）陈家璧，彭润玲 电子工业岀版社光电子技术（第三版）安敏英，刘继芳，李庆辉，冯哲珺 电子工艺岀版社单片机基础（第三版）李广弟北京航空航天大学岀版社
