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1、摘要在工程实际中，电机在运行过程中，需要对其监控，转速是一个必不可少的参数，需要对其进行测量。测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。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传感器等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。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测量方法。 本文设计的是运用AT89C51单片机控制的智能化转速测量仪。本设计基于AT89C51单片机平台，采用光电传感器实施电机转速测量的方法，硬件系统包括脉冲信号产生，脉冲信号放大、波形变换、波行整形和显示模块，以及PC机与单片机之间的串行通讯。充分发挥了单片
2、机的性能。本文的软件重点是采用C语言编程，测量速度并显示在4位LED数码管上。本设计的优点是具有硬件电路简单，软件功能完善，测量速度快、精度高、控制系统可靠，性价比拟高等特点。关键词 转速测量；单片机；光电传感器；电机，LED。全套图纸，加153893706Abstract In engineering practice, the motor needs to monitor when it is working. Because the speed is an essential parameter to the motor, the speed of the motor must be m
3、easured. The methods of speed measurement are classified into two kinds: analog and digital. The former adopt tachometer generator as the components of detection, the result of it is an analog signal. The later adopt photoelectric sensors as the components of detection, the result of it is a pulse s
4、ignal. With the wide development of micro-computer, especially the emergence of high-performance and cheap MCU, the measurement of speed commonly based on the MCU. The design of this article is using AT89C51 Microcontroller to control the speed of monitor. This design is based on AT89C51 microcontro
5、ller platform, using photoelectric sensors as the main method of the motor speed measure.The hardware system, including pulse generation, pulse amplification, waveform conversion, wave-line shaping and display modules, the communication between PC and MCU . The performance of micro-computer is perfe
6、ct. The software of this article mainly adopt C language program, the measured speed displayed on four LED digital tube.The advantages of this design is the hardware circuit very simple , software function very perfect ,react very fast , high precision ,control system reliable and good performance.K
7、ey words: speed measurement ,Micro-computer photoelectric, sensor, motor，LED.目录一、概述11.1转速测量系统的开展背景及现状1本次毕业设计的意义2二、转速测量系统的原理3转速测量方法3转速测量原理3三、系统方案提出和论证5方案一采用霍尔传感器5方案二采用光电传感器6四、系统硬件设计94.1 AT89C51单片机介绍9转速信号采集12转速信号处理电路设计13电压转换电路13最小系统的设计14外部中断电路164.6 显示局部设计174.7 串口通讯设计19系统的仿真设计20五、系统软件设计22主程序23子程序24六、系统
8、调试26硬件调试26软件调试26六、总结28七、致谢29八、参考文献30附录一 智能测速仪电路原理图31附录二 元器件明细表32附录三 智能测速仪控制程序33一、概述1.1转速测量系统的开展背景及现状转速测量在国民经济的各个领域，都是必不可少的。转速检测仪器到目前可分为以下几类：1. 离心式测速仪，利用离心力与拉力的平衡来指示转速。 它是最传统的转速测量工具，是利用离心力原理的机械式转速表；测量精度一般在12级，一般就地安装。一只优良的离心式转速表不但有准确直观的特点，还具备可靠耐用的优点，它是机械力学的成果，但是结构比拟复杂。2. 磁性测速仪，利用旋转磁场，在金属罩帽上产生旋转力，利用旋转力
9、与游丝力的平衡来指示转速。磁性测速仪，是成功利用磁力的一个典范，是利用磁力原理的机械式转速表；一般就地安装，用软轴可以短距离异地安装。磁性测速仪，因结构较简单，目前较普遍用于摩托车和汽车以及其它机械设备。它是运用磁力和机械力的一个典范，异地安装时软轴易损坏。3. 电动式测速仪，由小型交流发电机、电缆、电动机和磁性表头组成。小型交流发电机产生交流电，交流电通过电缆输送，驱动小型交流电动机，小型交流电动机的转速与被测轴的转速一致。磁性测速仪表头与小型交流电动机同轴连接在一起，磁性表头指示的转速自然就是被测轴的转速；电动式测速仪，异地安装非常方便，抗振性能好，它巧妙运用微型发电机和微型电动机将旋转运
10、动异地拷贝，但结构相对复杂，体积相对庞大。4.电子式测速仪，以现代电子技术为根底，设计制造的转速测量工具。它一般有传感器和显示器，有的还有信号输出和控制。随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能单片机的不断推陈出新，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字化、电子化、智能化的系统。电子技术的千变万化，给了我们今天五彩缤纷的世界，同样也造就了满足人们各种需要的转速测量仪表。将电子类测速仪从传感器和二次仪表分开来分类。转速传感器从原理或器件上来分，有磁电感应式、光电效应式、霍尔效应式、磁阻效应式、介质电磁感应式等。另外还有间接测量转速的转速传感器：如加速度传感器通过积分运算，间接导出转速，位移传感器通过
11、微分运算，间接导出转速，等等。测速发电机和某些磁电传感器在线性区域，可以直接通过交流有效值转换，来测量转速 ；大多数都输出脉冲信号近似正弦波或矩形波。针对脉冲信号测转速的方法有：频率积分法也就是F/V转换法，其直接结果是电压或电流，和频率运算法其直接结果是数字。测速显示仪从指示形式来分有指针式、数字式、图形及其混合式和虚拟仪表等；动圈式：线圈、游丝指针联于一旋转轴上，给线圈输入电流，线圈感应出磁力，且互成正比；磁力与游丝的扭力平衡，扭力与指针转角成正比，指针的角度也就反映出输入电流的大小；动磁式：正交线圈中电流的变化，导致合成磁场方向的变化，而指针附着在单对极的永磁体上，指针反映电流的变化。电
12、动式：双向旋转的马达带动电位器的旋转，电位器的取样值与输入信号电压比拟，决定双向旋转马达正转、反转或停止，与电位器联动的指针正确反映输入信号的大小。数字式、图形及其混合式：主要是从器件来区分，有数码管、字段式液晶、液晶屏、荧光管、荧光屏、等离子屏和EL屏等。.虚拟转速表：随着计算机的普及，利用计算机做显示和操作平台的虚拟仪表，也越来越被广泛运用。随着电子技术开展，单片机技术和大规模可编程数字逻辑电路的普及，为转速仪表结构简单化提供了技术根底。智能芯片的运用，使同一仪表硬件，具有多种不同功能的软件，为多样化系列化带来了便利。 智能仪表的软件，可为不同需求量身定做，使得智能仪表又具个性化的特点。电
13、子类测速仪表结构简单化，品种多样化与系列化，将进一步要向人性化开展，具有广泛的应用前景。本次毕业设计的内容本设计有单片机控制，主要包括硬件局部设计和软件局部设计，如下框图所示。时钟电路复位电路硬件设计显示电路发送电路C语言编程软件设计提出方案设计内容框图二、转速测量系统的原理转速测量方法转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数，其大小及变化往往意味着机器设备运转的正常与否，因此，转数测量一直是工业领域的一个重要问题。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、同步测速法如机械式或闪光式频闪测速仪以及技术测速法。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。本文介绍的
14、采用单片机和传感器组成的高精度转速测量系统，其转速测量方法采用的就是电子式定时计数法。对转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量。在频率的工程测量中，电子式定时计数测量频率的方法一般有三种：1测频率法：在一定时间间隔t内，计数被测信号的重复变化次数N，被测信号的频率f可表示为 f=N/t2测周期法：在被测信号的一个周期内，计数时钟脉冲m0，那么被测信号频率f可表示为 f=fc/m0 其中，fc为时钟脉冲信号频率。3多周期测频法：在被测信号m1个周期内，计数时钟脉冲数m2，从而得到被测信号频率f，那么f可表示为 f=fc*m1/m2 其中，fc为时钟脉冲信号频率。转速测量原理
15、本次设计转速测量系统采用光电传感器，从转轴上预先粘贴一个标记上获得一转一个转速脉冲，随后通过单片机实现转速测量并在LED上表示出来。即通过光电传感器，将转速信号变为电脉冲，利用微机在单位时间内对脉冲进行计数，再经过软件计算获得转速数据。即 n=N/m*Tn转速，单位：转/分钟；N采样时间内所计脉冲个数；T采样时间，单位：分钟；m每旋转一周所产生的脉冲个数。在本次设计中m为1，T为1分钟，n即为所测脉冲个数。 图2.1 系统原理图各局部模块的功能：传感器：用来对信号的采样。放大、整形电路：对传感器送过来的信号进行放大和整形，在送入单片机前进行数据的处理转换。单片机：是整个测量系统的主要局部，对处理过的信号进行转换成转速的实际值，送入LED。在本系统中考虑到计数的范围、使用的定时器/计数器的个数及I/O口线数，选用AT89C51单片机。LED显示：用来对所测量到的转速进行显示。三、系
