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1、河南科技大学毕业设计（论文）非接触式转速仪设计摘 要随着工业生产技术的发展，尤其是风机等在各个领域的大量应用，旋转物体转速的测量变得更为频繁，因而对具有便携、快速、非接触、精确度高等特征转速测量仪表的需求性也越来越强。本设计以STC89C54RD+单片机为核心，主要有硬件电路设计和软件设计两个部分。硬件电路主要包括主控制器，反射式红外传感器，按键电路，显示电路以及串口通信等。主控制器采用单片机STC89C54RD+；红外传感器用来发射和接收信号，采集数据；显示电路采用8位共阴极LED数码管动态扫描显示；串口通信传输采用标准的RS232计算机数据串行通信方式。软件设计主要包括主程序，按键子程序，
2、显示子程序，红外传感数据采集程序以及串口通信程序等。该设计的产品能够对风机等的转速实现精确测量，具有大量程、精度高、价格低、结构简单、性能稳定、抗干扰能力强、快速测量、便于携带、用途广、可实现在线测量等优点，将为工业生产提供极大方便。该设计所实现的功能：设置相应叶片数后，按开始按键即可通过红外传感器对风机转速进行实时测量，并将转速、叶片数等信息通过数码管显示，同时可以通过串口将相应数据信息反馈给PC机。本设计实现了所要求的功能。关 键 字: STC89C54，RS-232，LED，转速THE DESIGN OF NON-CONTACT ROTATIONAL SPEED METERABSTRAC
3、TWith the development of the Technology of industrial production, Especially the large number of applications of fans in various fields, to measure the rotational speed of Rotating object becomes more frequent, and thus the needs of the rotational speed meter which has Features of portable, rapid, n
4、on-contact, high precision measuring and other characteristics is also growing.The design make the STC89C54RD microcontroller as the core. hardware design and software design is the Two main parts. Hardware circuit includes a master controller, reflective infrared sensors, key circuit, display circu
5、it, and serial communications etc. Main controller using SCM STC89C54RD ; Infrared sensors used to transmit and receive signals, collecting the date; Display circuit using 8-bit common cathode LED digital tube dynamic scanning display; Serial communication transmission of computer data using standar
6、d RS232 serial communication. Software design includes the main program, the key subroutine, display routines, and the infrared sensor data acquisition program and other serial communication program. The product of design can achieve accurate measurement the rotational speed of fans etc, with a larg
7、e range, high precision, low price, simple structure, stable performance, anti-interference ability, fast measurement, portable, versatile, can realize the advantages of online measurement will greatly facilitate industrial production.The implementation function of the design: After setting the appr
8、opriate number of leaves, pressing the starting button can measure the rotational speed of the fan through the infrared sensor for real-time, rotational speed and number of leaves and other information will display through the digital display, while the corresponding data will be fed back to the PC
9、machine through the serial port. The design achieved the required functions.Key words： STC89C54，RS-232，LED， Rotational speed目 录前 言1第1章 系统总体方案设计31.1功能要求31.2整体方案设计31.3实现方式41.4单片机的选择5第2章 硬件电路设计62.1单片机模块62.2 232串行口模块72.3电源电路设计82.4显示电路92.5时钟电路模块102.6复位电路模块112.7红外收发电路模块122.8 PCB板的设计14第3章 软件程序设计153.1软件总体结构
10、153.2串口中断程序流程图163.3串口命令执行程序流程173.4通讯协议和解析流程图183.4.1输入串口的通讯协议193.4.2串口返回的数据193.5 LED数码管显示程序203.6红外传感数据采集程序213.7按键程序22第4章 系统调试244.1 硬件的调试244.2 软件的调试254.3 软件硬件联接调试25总 结27参考文献28致 谢30附 录31附录1原理图31附录2 PCB图3231河南科技大学毕业设计（论文）前 言项目的背景和作用 测量转速的方法很多，但多数比较复杂。目前国外内测量转速的方法主要有四种：机械式、电磁式、光电式和激光式。机械式原理简单直接，不需额外电器设备，
11、适用于精度要求不高、接触式的转速测量场合。电磁式测量精度不能保证。光电式测量精度同样不能保证。激光测速技术(LDV)是一种正在发展中的测速技术，理论上具有很高的瞬时转速测量精度，但目前实际产品精度不够高，并且价格昂贵，在实际使用上受到限制。随着工业生产的发展，对转速测量的精确度和方便性等多方面提出了更高的要求，而原有的产品已不太能满足生产的需求。针对这样的情况，本文进行了新型的非接触式转速仪的设计。为了提高测量的精度，本设计以单片机作为控制核心，采用红外传感器采集转速数据。按照系统设计功能的要求，确定系统有6个模块组成：电源模块、主控制器、反射式红外传感器，按键模块，显示模块以及串口通信模块。
12、控制器使用STC89C54RD+单片机，用8位共阴极LED数码管以动态扫描显示转速和叶片信息，红外传感器用来发射和接收信号，采集数据，串口通信传输采用标准的RS232计算机数据串行通信方式。系统程序主要包括主程序，按键子程序，显示子程序，红外传感数据采集程序以及串口通信程序等。 此类型的非接触转速测量仪设计成功后能为工业生产提供很多方便。它具有大量程、精度高、价格低、结构简单、性能稳定、抗干扰能力强、快速测量、便于携带、用途广，可实现在线测量等优点。由于数据通过反射式红外传感器进行采集，传感器部分完全与被测物分开，所以在生产过程中，它不仅仅限于对风机转速的测量，不需做太多改进即可对其他旋转体的
13、转速进行测量。使用单片机使产品设计和使用变的更加灵活，也大幅降低了产品的成本，同时利用红外线的发射接收原理使产品的精度得到提高，测量的范围也大幅增加。设计解决的问题和难点 本设计中采用反射式红外传感器采集转速数据，从而方便了数据的采集，也提高了测量的精度，但是由于红外线的发射接收不好控制，而且容易受到外界光线和环境的干扰，因此成了本设计的难点。用8位共阴极LED的数码管以动态扫描清晰的显示了实时的转速和叶片信息，不过使编写程序的工作量增加了很多。本设计中还通过RS232串行口和计算机连接，使转速和叶片数等信息能够实时反馈给计算机，方便了数据的采集和整理，可通信协议的建立也是一个难点。在这次设计
14、中，首先就确定了明确的设计目的，并充分把握和利用了这踏上工作岗位前的最后一次“演习”机会，仔细查阅了资料，精心设计，努力工作，最终完成了这次设计任务。但由于水平和时间有限，设计中错误难免，希望老师们批评指正，从而在受教的同时能不断的进步。第1章 系统总体方案设计本章主要对毕业设计的题目进行了分析，根据要实现的功能，提出了实现系统功能的最佳方案。1.1功能要求本设计是非接触式转速测量仪，它的主要功能是：（1）通过红线传感器反射原理监测旋转物体的转速，如风机；（2）具备方便的设置功能，根据旋转设备的叶片数量进行配置更改；（3）友好的界面指示功能，显示转速、叶片数量信息；（4）转速信息可通过串口输出
15、。1.2整体方案设计毕业设计的主要任务是通过红外感应，能对风机等的转速进行非接触式的测量。设计中以单片机为核心，以红外感应为手段，最终将转速等通过数码管显示出来，并且能与PC机实现数据传输。因此要有红外收发模块，LED数码管的显示电路，按键等控制部分以及串口收发数据的部分。其中STC89C54单片机是整个系统最核心的部分，是系统的指挥中心，用于协调各部分的运行。数据的采集以反射式红外传感器为媒介，将风机叶片的旋转数据转化为相应的脉冲信息，结合单片机内部定时器，计算出实时的转速数值，并通过数码管显示。图1-1 系统整体方案设计框图1-2 数据采集部分框 1.3 实现方式要达到精确测量转速的功能要做好硬件和软件设计以及调试三个方面的工作。首先硬件方面，通过合理的设计单片机管脚及其他外围电路的链接，使之既有I/O口的功能，又有控制型号的功能。其次软件方面，通过合理设计软件的结构和安排子程序，使程序以最简洁有效的方式实现目的。最后，调试方面，程序编辑用Keil uVision4环境，编辑过程可使用软件仿真观察，并对其进行调试。在程序编辑完成之后使用
