光电传感器测速.doc

光电开关转速测量系统设计摘要:本文设计了一种基于 AT89S52 单片机的光电开关转速测量系统。该系统采用对射式光电开关产生与齿轮相对应的脉冲信号,使用 AT89S52 单片机采样脉冲信号并计算每分钟内脉冲信号的数目,即电机对应的转速值,最终系统通过 1602LCD 液晶显示屏实时显示电机的转速值。经过仿真测试和软硬件系统的搭建,本系统满足设计要求,且结构简单、实用。系统在降低测速器成本,提高测速稳定性及可靠性等方面有一定价值,具有广泛的应用前景。关键词:转速测量,单片机,光电开关 1 绪论 课题背景一种量大面广的产品,广泛应用于国民经济的各个行业中。而电机的生产王国正在由日本转移到中国,尤其是浙江温州和广东珠三角地区。广东省佛山市顺德区就有大大小小的电机生产厂家上百家,每年生产上亿台电机,同时顺德有许多家电生产厂家,家电中也要大量用到电机,不管是电机生产厂家,还是将电机作为它们的产品中的零部件的厂家,要将它们的产品打到国际市场上,迫切需要 IS09002 认证, IS09002 要求生产产品所用的零部件以及最终的产品都要经过本单位的质量检测,也就是说,在顺德,每年要检测几亿个电机,对电机的测试仪的需求非常迫切。电机测试的参数主要有:效率、功率因数、定子输入电流、转矩、转速等,本课题主要研究转速的测量。 国内外发展情况转速是各类电机运行中的一个重要物理量,如何准确、快速而又方便地测量电机转速,极为重要。目前国内外常用的转速测量方法有离心式转速表测速法、测速发电机测速法、闪光测速法、光电码盘测速法和霍尔元件测速法。(1) 离心式转速表测速法离心式转速表是利用离心原理制成的测速仪表,可以直接读出转速。测转速时,转速表的端头要插入电机转轴的中心孔内,插入前,应注意清除中心孔中的油污,并使转速表的轴与电机的轴保持同心,不可上下左右偏斜,否则易将表轴扭坏,并影响准确读数,而且转速表要间歇使用,以减少磨损和发热。如果要改变量程,还要将转速表取出停转后再改变量程[2]。(2) 测速发电机测速法测速发电机测转速时,测速发电机连接到被测电机的轴端,将被测电机的机械转速变换为电压信号输出 E=CeFn ,在输出端接一个刻度以转速为单位的电压表,即可读出转速。(3) 闪光测速法闪光测速法是利用可调脉冲频率的专用电源施加于闪光灯上, 将闪光灯的灯光照到电机转动部分( 可在电机端轴上粘贴一张标记纸片) ,当调整脉冲频率使黑色扇形片静止不动时,此时脉冲的频率是与电机转动的转速是同步的。若脉冲频率为 f ,则电机的转速为 n=60f(r / min) 。(4) 光电码盘测速法光电码盘测速法是通过测出转速信号的频率或周期来测量电机转速的一种无接触测速法。光电码盘安装在转子端轴上,随着电机的转动,光电码盘也跟着一起转动,如果有一个固定光源照射在码盘上, 则可利用光敏元件来接收到的光的次数就是码盘的编码数[6]。若编码数为 60, 测量时间为 t, 测量到的脉冲数为 N ,则 n=N/t 。(5) 霍尔元件测速法霍尔元件测速法是利用霍尔开关元件测转速的。霍尔开关元件内含稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、施密特触发器和输出电路。输出电平与 TTL 电平兼容, 在电机转轴上装一个圆盘, 圆盘上装若干对小磁钢,小磁钢越多,分辨率越高,霍尔开关固定在小磁钢附近,当电机转动时,每当一个小磁钢转过霍尔开关,霍尔开关便输出一个脉冲,计算出单位时间的脉冲数,即可确定旋转体的转速。在这五种测速方法中,离心式转速表测速法和测速发电机测速法所用的都是现成的测速仪表, 容易得到。但转速表或测速机都要与电机同轴连接,一方面增加了电机机组安装难度,另一方面有些微电机功率很小,转速表或测速机消耗的功率占了微电机大部分,更有甚者微电机甚至拖不动这些仪表,所以对微特电机的测速,这二种方法不适用。霍尔元件测速法和光电码盘测速法的测速方法基本类似, 都是在转轴上装一个很轻巧的传感器, 将电机的转动信号通过磁( 霍尔元件) 或光( 光电码盘) 转换为电脉冲, 从而通过计算电脉冲的个数来测速。闪光测速法目前实际应用不广泛, 主要是光源的问题。本课题研究的是其中的光电码盘测速法。 本论文的研究内容本文针对电机的转速进行测量,以单片机为核心对光电开关产生的数字信号进行运算,从而测得电机的转速, 然后用 1602LCD 液晶显示屏把电机的转速显示出来。即通过光电开关将电机的转数转换成 0,1 的数字量, 只要转轴每旋转一周, 产生一个或固定的多个脉冲, 并将脉冲送入单片机中进行计数和计算,就可获得转速的信息。 2 系统设计系统主要由 AT89S52 单片机处理系统、电机、传感器检测单元、信号处理单元和显示系统等几个部分组成,如图 1: 转动系统信号采集及其处理 3 图1系统组成框图(1