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1、 学号： 常 州 大 学 毕业设计（论文）（2012届）题 目 学 生 学 院 专业班级 校内指导教师 专业技术职务 校外指导老师 专业技术职务 二一二年六月基于单片机的数字测速仪设计摘 要：在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为数字式和模拟式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。数字式通常采用光电编码器，霍尔元件等为检测元件，得到的信号为脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。本论文描述了一个以AT89S52单片机控制模块、红外传感器采集模块、电机驱动模块和报警模块为
2、主要部分组成的转速测量系统。该系统以一对红外发射和接收二极管形成光路，通过照射到齿盘上颜色的变化对光路形成脉冲，单片机采用同步M/T法对脉冲计数，经过内部数据处理得出转速，并通过1602液晶显示器显示出结果。同时当转速超过其所设定的数值时，系统对其进行报警。通过L298N电路调节电机转速，从而实现在一个电机上对低转速和高转速的测量。关键词： AT89S52单片机；同步M/T法；1602液晶；L298N电路IIDesign of digital speedometer based on single-chip microcomputerAbstract ：In engineering pract
3、ices, the situation of measuring revolving speed often occurs. There are two ways to measure revolving speed: analog type and digital type. With analog type, tachogenerator is used as detecting element, which brings out analog quantity, while with digital type, photoelectric encoder, Hall element et
4、c. are often used, which brings out pulse signal. With the widespread of microcomputers, especially highly cost-efficient microcontroller, we often use microcontroller as the core of measuring revolving speed.This paper focuses on describing a revolving speed measuring system composed by AT89S52 mic
5、rocontroller (controlling module), infrared sensor (collecting module), electrical machine (driving module), and alarming module, which uses a pair of infrared emitting-and-receiving diodes to form the optical path. Through the interval block-out from the change of colors on the fluted disc, electri
6、c pulse can be generated. The microcontroller uses synchronic M/T method to measure the time of pulse, then after inner data analysis, the author can get the revolving speed and finally a 1602 LCD is used to show the result. When the revolving speed outstrips the fixed number, system alarms. Whats m
7、ore, through the use of L298 circuit to adjust the revolving speed of electrical machine, the measurement of low and high revolving speeding in one electrical machine can be realized.Key words： MCS52; Synchronic M/T method ; 1602 LCD; L298 circuit目 录摘 要I目 录III1引言11.1课题研发的背景和意义11.2数字测速仪的国内外研究现状及发展趋势1
8、1.3课题的主要内容和任务22系统分析与总体设计方案32.1数字测速仪的基本工作原理32.2数字测速仪的整体设计结构32.3数字测速仪的测量方案的分析42.3.1转速测量方案论证42.3.2电机驱动方案论证42.3.2键盘显示方案论证42.3.3 PWM软件实现方案论证42.4转速测量原理52.4.1测频法“M法”52.4.2测周期法“T法”52.4.3测频测周法“M/T法”63系统硬件电路设计83.1控制模块83.1.1模块控制的选择83.1.2 AT89S52单片机介绍83.1.3单片机的最小系统123.2红外传感器信号采集模块133.2.1红外光电管芯片介绍133.2.2红外光电管的工作
9、原理133.2.3 LM339电压比较器芯片介绍143.2.3电压比较电路设计143.2.4红外采集模块电路设计153.3电机驱动模块163.3.1 L298N芯片介绍163.3.2电机驱动模块电路设计183.4 液晶显示模块193.4.1 LCD1602液晶显示193.4.2显示模块的电路设计213.5电源模块213.6蜂鸣器报警模块223.6.1蜂鸣器223.6.2发光二极管233.6.3报警电路的设计234系统的软件设计254.1中断服务子程序的设计264.2电机驱动模块子程序的设计264.3显示子程序的设计274.4报警电路子程序的设计305系统调试315.1硬件调试315.2软件调试
10、315.3综合调试315.4调试结果315.4实物展示326结论与展望34参 考 文 献35致 谢36附 录 A37附 录 B38常州大学本科生毕业设计（论文）1引言1.1课题研发的背景和意义转动物体的速度是测控系统中的重要参数之一，它的应用范围广，实用价强。在实际的应用中，经常会遇到多种测量转速的场合，如机床主轴，发动机，电动机，等旋转设备的测试，在运转和控制中，测速环境和精度要求不同，相应的测量方法不同。对某一些问题，转速测量的要求准度不是太高，而对另一些问题，除了能准确的测转速外，还要保证测量的实时性，要求能测得瞬时速度，转速更加是电动机极为重要的一个参数，其测量精度将直接影响电动机其它
11、有关参数和特性的测试，以及故障检测与诊断的准确性。例如，空载时了解电机自身损耗的大小啊，与同步转速相差太远的话就不能使用了（不在正常转速范围内），重载时可及时发现电机是否过载，避免烧电机。这样可以有效的监控电机的工作状态，避免不必要的损失。另外，转速测量在工业控制和民用电器中都有较高使用价值。一方面它可以应用于工业控制中的某一部分，如数控车床的电机转速检测和控制、水泵流量控制以及需要利用转速检测来进行控制的许多场合，如车辆的里程表、车速表等。另一方面由于该转速测量系统采用全数字结构，因而可以很方便的和工业控制机进行连接，实行远程管理和控制，进一步提高现代化水平。并且，几乎不需做很大改变就能直接
12、作为单独的产品使用。转速测量的应用系统在工业生产、科技教育、民用电器等各领域的应用极为广泛，往往成为某一产品或控制系统的核心部分，其各种参数在不同的应用中有其侧重，但转速测量系统作为普遍的应用在国民经济发展中，有重要的意义。总之，转速测量系统的研究是一件非常有意义的课题1.2数字测速仪的国内外研究现状及发展趋势目前国内外测量电机转速的方法很多，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、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、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。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉
13、冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。在过去的转速的测量过程中，模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法，这种测量方技术已不能适应
14、现代科技发展的要求，在测量范围和测量精度上，已不能满足大多数系统的使用。随着超大规模集成电路技术提高，尤其是单片机应用技术以其功能强大，价格低廉的显著特点，使全数字化测量转速系统得以广泛应用。由于单片机在测量转速方面具有体积小、性能强、成本低的特点，越来越受到企业用户的青睐，转速涌量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法,智能化微电脑代替了一般机械式或模拟式结构,测量转速时,转速直接显示在LED上,这样更加直观,抗干扰性也比传统的仪表更强,操作简易且小巧便携。新型直流电机转速测量仪外壳采用超薄机箱，重量轻，便于携带。同时采用数字同步采样技术通过测量直流电机换向器电火花电流，经过信号的采集处理分析运算，最后准确计算出直流电机的转速。不象目前大多采用红外线测速仪或频闪测速仪等，测试时复杂烦琐。FL1300直流电机转速测量仪特别针对高转速的电机，准确测量直流电机的转速、电压、电流、功率等参数。具有测量速度快，精度高，使用方便，轻巧美观等优点。由于集成块国产化的成熟和电子技术的飞快发展，转速仪表结构简单化，品种多样化与系列化，进一步要向人性化发展，单片机技
