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1、转速测量仪摘 要本设计采用宏晶科技STC12C5410AD单片机控制结合光电反射式传感器ST178设计而成，具有低功耗、精度高、人机界面友好等优点，非接触式测量高度最多可达15mm，适合于多种非接触式转速与方向测量场合，通过间歇式工作方式、交替式工作方式、高速匹配输出控制与低电源供电实现能耗的降低，本设计在测量600r/min的情况下可以达到最低功耗1.54mw。关键词：低功耗 转速测量仪 STC ST178AbstractThis design adopts the STC MCU Co.Ltds MCU stc12c5410ad to design the Rotation Measuri
2、ng Apparatus which control with the optical reflex sensors st178. It has many advantages such as low power consumption, high precision, and the friendly man-machine interface There are advantages of a contact in measuring the height of the maximum 15mm for the measurement of speed and direction. All
3、 the way through the alternative work style and the high-speed-match-output control technology the power consumption could be reducted,.The apparatuss energy consumption can make a lowest power at 1.54mw. keywords：low power consumption, Measuring Apparatus of rotation speed, stc,st1目 录1.系统方案论证1.1系统框
4、图- 11.2 转速测量仪方案设计-11.2.1 传感器方案设计-11.2.2 控制方案设计 -11.2.3 显示方案设计 - 21.2.4 采样方案设计 -22.理论分析与计算2.1检测方法的理论分析-22.2低功耗设计分析-22.3方向检测原理分析 - 23.硬件与软件设计3.1硬件设计-43.1.1 电源电路设计-43.1.2 显示电路设计-43.1.3 数据处理与放大电路设计-43.1.4 CPU模块电路设计-53.1.5 传感器电路设计-53.2 软件设计-53.2.1 主程序流程图-53.2.2 定时器中断流程图-53.2.3 捕获中断流程图-54.测试方案与测试结果4.1调试方法
5、与仪器-64.2测试数据完整性-64.3测试结果分析-65.结束语附录5.1参考文献-75.2电路总原理图-75.3 主要程序附录-10一、系统方案论证本系统由电源模块、CPU模块、数据处理模块、测速传感器模块与显示模块构成。测速传感器模块通过测量将数据送入数据处理模块处理与放大然后交由CPU模块采样与显示，同时CPU模块对测速传感器模块实施闭环控制用以降低功耗。1.1系统框图CPU控制模块显示模块测速传感器模块数据处理与放大电源模块被测装置图1-1 系统框图1.2 转速测量仪系统方案设计1.2.1 测速传感器模块方案设计方案一：采用电涡流或电容式接近开关原理设计传感器模块，此类传感器对金属的
6、敏感性高，可以精确地检测并区分金属与非金属，从而达到设计目的，但由于电涡流式传感器对磁场的变化相对敏感，在不采取合适的屏蔽措施下测得的结果将具有不可靠性。方案二：采取反射式光电传感器设计传感器模块，光电传感器发出的近红外光线波长在900nm左右，纯铜与FR4材料板（或其他不同类材料）对于近红外光线的吸收程度不同达到不同的反射强度，从而得到不同的信号输出，从而区分纯铜与FR4材料板达到测试目的，采取光电式传感器的设计难度在于输出信号的调节和外界光源的干扰。综合上述两种方案，鉴于功耗与干扰方面的考虑，本系统采取光电传感器作为传感器设计方案。1.2.2 CPU控制模块方案设计方案一：采用32位的LP
7、C2138作为控制CPU，LPC2138采用了PHILIPS公司基于ARM7TDMI-S核的ARM芯片，拥有RDI标准接口、同步Flash刷新技术以及影射寄存器窗口等三项国内ARM仿真器设计最领先的3种技术，内部PLL锁相环倍频可以得到更高的CPU处理速度，硬件自带的AD、DA、捕获、匹配以及同步与异步的通信方式更方便用户的编程设计，并且可以达到很高的实时性，但是价格较昂贵。方案二：采用宏晶科技有限公司的STC12C系列的5410AD单片机作为控制CPU，该单片机拥有4路PCA捕获/匹配，8路10位高速A/D转换，转换速度可以达到30万次每秒，且价格便宜，使用于各种仪器与工业控制。综上所述，由
8、于使用ARM控制需要对所有的接口做电平转换，增加了硬件-1-电路的复杂性，在同样能够完成功能的前提下考虑到性价比与设计的便利性本系统选择使用stc12c5410ad的单片机作为CPU的控制核心。1.2.3 显示模块方案设计由于设计要求能够显示速度变化曲线与汉字，考虑到12864正好能够实现此类要求，故本设计毫不犹豫的选择了双屏显示的12864模块作为显示方案。双屏显示的12864可以实现双屏控制，分左右两屏，每屏可设计6464的点阵显示，内部不带字库，可以使用字模提取软件提取字模编码用以显示。1.2.4 数据处理模块中采样方案设计方案一：使用外部AD芯片构成的采样模块。外部的AD模块具有可选择
9、性，像ADC0809的8位AD采样芯片以及其他10位、12位精度采样的模块都可以使用，只需要简单的电路即可搭构成AD采样电路。方案二：使用STC12C5410AD内部自带的AD模块。STC12C5410AD单片机内部硬件自带8路10位精度的AD采样器，采样速度可以达到30万次每秒，完全能够满足本系统设计的任务。综合考虑stc12c5410ad单片机内部自带的AD可以满足本设计的要求，并且不会增加电路的复杂程度，故选用方案二作为本设计的采样设计。二.理论分析与计算2.1检测方法的理论分析2.1.1 能耗测试理论分析V图2-1 能耗测试示意图测速传感器的功耗为其供电电源线上的电压与电流之积，由图2
10、示意，在传感器模块与数据处理与显示电路之间的电源线上断开并接入一电流表，在电路正常工作情况下，电源线上电压表所得电压值与电流表所得值相积，得到功率PVI。由于设计任务有低功耗的要求，本系统在降低功耗方面采取了间歇式工作方式，为了使功率的检测变化平缓，减小跳动感，在电源与数据处理电路之间增加了LC滤波器与大电容，电容具有阻碍电压变化的作用，LC滤波可以减小电流脉动，因此电流会变得平缓，有利于增加检测的可读性，如图2-1所示。2.2低功耗设计分析设计任务要求功耗至少低于2mW，甚至要低于0.2mW，并要求输出信号幅度的峰峰值1.5V，硬件上为了降低功耗尽量不采取一些晶体管等耗能元件，由于反射式光电传感器的发射管与接收管的隔离，故可以采用双电源供电来降低功-2-图2-2 功耗测试滤波电路耗，如图2-2光电传感器的结构所示，发射管的发射功率要低，又要接收管能够正常工作，电流应该控制在1.61.8mA左右最为理想，为了达到所需要的管压降，在发射管上方串一电阻用以限流，电源采用1.3V供电，限流电阻RS11与可调。电阻Rw2用于调节电流，得到式（1）： I1=1.3V/（10+10+Rw2) -(1)当Rw2745时，I11.7mA，P1I1V1=1.71.32.21mW 其中RS1和RS2为电流采样电阻。光电传感器受光部分输出只需要电
