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1、数字式红外测速系统设计摘 要本文提出了基于单片机的红外测速系统的硬件电路和软件实现。本文设计的系统实现转速的非接触测量，运用红外测速技术，采用主动测速方式，红外发射管连续向被测物体发射红外光，当被测物转过一圈后，红外接收管收到通过过孔的红外光，通过电路形成负脉冲，触发单片机的外部中断，利用单片机得以实现计数和速度显示的功能。在文章的最后给出了系统流程图和程序，并对程序进行了仿真，通过仿真证明本次设计方案切实可行。该系统具有成本低，体积小，运行稳定，硬件电路简单，功能强，可靠性高等特点。关键词： 51单片机； 速度测量； 定时器； 红外技术； Viper22AABSTRACTThis paper
2、 puts forward speed system based on single chip infrared hardware circuit and software realization. The paper presents the design of the system realizes speed, using infrared non-contact measurement speed technology, using active speed way, infrared tubes to object to be tested for infrared radiatio
3、n, when was launched after a lap around analyte, infrared receiving tube had received through the infrared, through the circuit holes formed the negative pulse, triggering the single-chip microcomputer and external interruption, using single chip computer implemented count and speed shows function.
4、At the end of the article presented system, and flow chart and procedures for program is simulated, and simulation results proved that the design scheme is feasible.The system has low cost, small volume, stable operation, hardware circuit is simple, high reliability, the function is strong character
5、istic. Keywords: 51SCM; Speed measures； timer； Infrared Technique； Viper22A目录摘 要IABSTRACTII第一章 引言11.1 课题背景21.2 数字红外测速系统发展趋势21.3 数字红外测速系统系统基本原理4第二章 数字式红外测速系统总体方案论证52.1 系统设计原则52.2 控制系统方案论证52.3 显示部分方案论证62.4 红外检测部分方案论证72.5 电源部分方案论证7第三章 数字红外测速系统硬件设计83.1 系统工作原理83.1.1 AT89S52单片机简介93.1.2 MCU部分接口电路133.2 红外调制
6、发射电路143.2.1 集成电路NE555简介143.2.2 红外调制发射电路设计163.3 红外接收电路163.4 LED数码显示电路17 LED数码管简介17 LED数码管接口电路183.5复位及时钟193.6 电源电路设计20开关电源的分类203.6.2 开关电源原理213.6.3 VIPerX2A芯片简介223.6.4 分流基准源TL431简介253.6.5 开关电源电路设计26第四章 系统软件设计284.1 主程序流程图284.2 延时函数294.3 数码显示函数304.4 51单片机的定时器314.4.1 定时器寄存器配置314.4.2 定时器相关控制函数设计34第五章 软件调试与
7、系统仿真36结束语38致谢39参考文献40附录41附录-1 AT89S52头文件41附录-2 数字红外测速系统原理图50附录-3 数字红外测速系统程序51第一章 引言现代科学技术的不断发展极大地推动了不同学科间的交叉与渗透 ，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的产品机构、功能与构成、技术结构、生产方式及管理体系都发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。现代科学技术及复杂的自动控制系统和信息处理理论和技术的提高，光电信号变换与检测技术的不断涌现，综合性自动化，
8、智能化光电系统得到进一步发展，形成了包括光学，精密机械，电子学和计算机的高度知识集中的新科学光学精密机械电子学。这种跨学科的边缘科学就是光电技术。如今光电技术已广泛应用农业、工业、文教、卫生、国防、科研和家庭生活等领域。因此，光电检测技术是光电技术的核心及重要组成部分。光电检测技术是一种非接触测量的高新技术，它通过光电检测器件接收光信号，并转换成电信号，再由检测电路提取出有用的信号，经过一定的变换接口输入微型计算机运算处理，最后显示出所需要的数据。因此光电检测技术是现代检测技术的最重要手段和方法。是计量检测技术的一个重要发展方向。随着科学技术的“信息时代”和不断发展的到来，传感器技术得到了广泛
9、的应用，需求越来越迫切，对其性能要求越来越高。了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要。 传感器主要应用于各种控制和测量系统，它性能好坏直接影响到系统的性能。所以必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例进行分析了解，才能将传感器和信息通信与信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。在另一方面，传感器的被测信号非常广泛，它来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力和提高工效，各自都在开发研制适合自己应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统
10、也就不断涌现出来。测量转子速度的方法很多，但多数比较复杂1。目前，测量转速的方法主要有四种2：机械式、电磁式、光电式和激光式。机械式主要利用离心力原理，通过一个随轴转动的固定质量重锤带动自由轴套上下运动，根据不同转速对应不同轴套位置获得测量结果原理简单直接，不需额外电器设备，适用于精度要求不高、接触式的转速测量场合。电磁式系统由电磁传感器和安装在轴上的齿盘组成，主轴转动带动齿盘旋转，齿牙通过传感器时引起电路磁阻变化，经过放大整形后形成脉冲，通过脉冲得到转速值。由于受齿盘加工精度、齿牙最小分辨间隔、电路最大计数频率等限制，测量精度不能保证。光电式结构类似于电磁式结构，把旋转齿盘换作光电编码盘或黑
11、白相间的反射条纹，把电磁传感器换作光电接收器，通过对反射回来的光脉冲信号计数得到测量结果。由于受条纹最小分辨间隔、电路最大计数频率等限制，测量精度不能保证，所测转速值和电磁式一样为两个计数脉冲间距的平均值。激光测速技术(LDV)是一种正在发展中的测速技术，通过激光多普勒效应获得转动体的瞬时角速度，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。1.1 课题背景测速技术在日常生活中的应用非常广泛，如汽车行驶速度的测量、电机转速的测量。按照不同的分类方法，测速方法可以分为周向测量和径向测量、主动式测量和被动式测量、接触式测量和非接触式测量。过去常用测
12、速机、脉冲发生器、模拟变换器等测速方法，由于易受外界凶素的影响，所以常受到测量精度和测量场合的限制。现在常用的测速技术有超声波测速、霍尔元件测速、红外测速和激光测速。相比之下红外测速可以实现非接触、主动式的测量，这种测量方式不从被测物体吸取能量，不破坏现场环境，另外使用红外光可以避免可见光的影响，从而增加了系统的抗干扰能力。本文介绍了一种用于周向速度测量的简易系统，被测轴每转动一圈，红外光电传感器的接收端便产生一个负脉冲，利用这个脉冲来触发单片机的外部中断，单片机在中断信号到来时计数器自动加1，每过lS，单片机取出计数器数值，这个值就是被测轴在1S内转过的圈数，也就是被测物的转速，通过单片机处
13、理，然后用数码管显示。1.2 数字红外测速系统发展趋势随着科学技术的不断提高，单片机技术日益成熟，其强大的功能已被人们深刻认识。人们已经越来越习惯于用单片机来开发测速系统。进入21世纪后，数字测速系统正朝着高精度、高可靠性及安全性的方向迅速发展。目前按现有产品的主要构成元件分类，可分为晶体管式、集成电路路式和单片机式。晶体管式所采用的元件主要是晶体管，有的晶体管式转速测量仪设有记忆电路，其数码管无闪烁现象，显示效果较好，而且测量速度较高。顾名思义集成电路式转速测量仪，所采用的元件是集成电路元件。由于集成电路具有重量轻、体积小、功耗小等优点，而且集成电路元件内设有显示电路，这使得转速测量仪实现小
14、型化。而单片机的出现使得这种仪表的设计变得更加灵活。 单片机是一种集CPU（Central Process Unit）、RAM、ROM、定时器计数器、以及输入输出（IO）接口电路等主要计算机部件于一块芯片上。这使得这种转速测量仪的硬件设计变得更加简单，功能的实现变得更加灵活。它共有111条指令，能寻址ROM64KB、片内具有数据存储区RAM128byte，可扩展RAM至64KB。工作频率633MHz指令执行速度快，使得其应用于各种精密仪表，设计非常灵活。这使得在扩大测量范围、提高测量精度、扩展功能、缩小体积、降低成本等方面都可使转速测量仪达到一个新的水平。现有的相当一部分数字式转速测量仪的微处
15、理器是单片机。在用单片机设计转速测量仪而言，单片机机式，又称微电脑式或智能式转速测量仪。这种转速测量仪在八十年代中期得到较快的发展。其主要元件采用单片机。如国产IZSH一2型、SZSB型和日本真空公司的DT一105型，DT一205型，EE一1型，EE一2型转速表就是这种类型。微机，尤其是单片微机的应用，在扩大测量范围、提高测量精度、扩展功能以及缩小体积，降低成本等方面均可使转速表提高到一个新的水平。手持式转速测量仪的传感器和显示仪是装置在同一壳体内的。这种转速表体积很小，可以用手拿着进行临时性的测量。如国产SZG一20型，XSZ-140型，DSZ84-11型，FC一53l型、Zl1型、IZSH一1，2型和日本小野测器公司的TM-2000型，HT系列转速测量仪就属于这种类型。为了缩小体积，手持式转速测量仪的主要元件采用单片机，其显示器件常用LCD数字显示屏，其电源采用五号普通电池或钮扣电池，其传感器多用光电计数式传感器。其中红外数字转速仪是一种以单片机为核心元件的非接触式，光电传感的转速计量仪器。它由光源、光电盘、光敏二极管、检波放大电路与数显装置等组成。光电盘随转轴一同转动,光敏二极管将光电盘透射来的光信号转换为电信号,然后通过计数脉冲的频率,即可在数显装置上读出旋转轴的转速。目前我国的转速计量技术与发达国家相比，在精
