光电传感器课程设计汽车测速系统

admin管理员组

文章数量:1531792

2024年2月8日发(作者：)

光电信息技术

研究性教学报告

题目：汽车测速系统

目 录

一、摘要 ...................................................................................... 2

二、系统整体方案设计 ............................................................. 2

1、系统框图 .......................................................................... 2

2、光电传感器 .................................... 错误！未定义书签。

三、系统结构 .............................................................................. 4

1、传感器 .............................................................................. 4

2、调理电路设计 .................................................................. 5

3、单片机 .............................................................................. 6

4、显示设备 .......................................................................... 7

5|、软件设计 ......................................................................... 8

四、体会心得 ............................................................................ 11

五、参考文献 ............................................................................ 11

1

一、摘要

社会时代的快速发展，汽车在人们日常生活中越来越重要，随着汽车的日益普及，由于碰撞而引起的事故也越来越多，其中倒车碰撞、超速碰撞占碰撞事故的大部分。为了尽量防止超速等问题、提高安全性。本文设计了一种测速器系统，方便司机根据车速安全行车。

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 ,转速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。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 ,则被测

信号的频率ｆｘ 可表示为ｆｘ =Ｎｔ（1）；

② 测周期法 :在被测信号的一个周期内 ,计数时钟脉冲数ｍ0 ,则被测信号频率ｆｘ=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ｆｘ,则ｆｘ 可以表示为ｆｘ=ｍ1ｆｃｍ2,ｍ1由测量准确度确定。

二、系统整体方案设计

1、系统框图

2

各部分模块的功能：

①传感器：用来对信号的采样。

②放大、整形电路：对传感器送过来的信号进行放大和整形，在送入单片机进行数据的处理转换。

④ 片机：对处理过的信号进行转换成转速的实际值，送入LED

⑤ LED显示：用来对所测量到的转速进行显示。

2光电式转速传感器：

光电式传感器是将被测量的变化转换成光信号的变化，再通过光电器件把光信号的变化转换成电信号的一种传感器。它具有频谱宽、不易受电磁干扰的影响、非接触式测量、响应快、可靠性高等优点。

整个测量系统的组成框图如图3.3所示。从图中可见,转子由一直流调速电机驱动,可实现大转速范围内的无级调速。转速信号由光电传感器拾取,使用时应先在转子上做好光电标记,具体办法可以是:将转子表面擦干净后用黑漆(或黑色胶布)全部涂黑,再将一块反光材料贴在其上作为光电标记,然后将光电传感器(光电头)固定在正对光电标记的某一适当距离处。光电头采用低功耗高亮度LED ,光源为高可靠性可见红光,无论黑夜还是白天,或是背景光强有大范围改变都不影响接收效果。光电头包含有前置电路，输出0—5V的脉冲信号。接到单片机89C51的相应管脚上，通过89C51内部定时/计时器T0、T1及相应的程序设计，组成一个数字式转速测量系统。

3.3光电测量系统组织框图

3

三、系统结构

1、传感器

选用的传感器型号为SZGB-3（单向）

SZGB-3, 20电源电压为12V DC

SZGB-3型传感器主要性能介绍如下：

1)供单向计数器使用，测量转速和线速度.

2)采用密封结构性能稳定.

3）光源用红外发光管，功耗小，寿命长.

4) SZGB-3, 20电源电压为12V DC

SZGB-3型传感器主要性能介绍如下：

SZGB-3.型光电转速传感器，使用时通过连轴节与被测转轴连接，当转轴旋转时，将转角位移转换成电脉冲信号，供二次仪表计数使用。

(1)输出脉冲数：60脉冲（每一转）

(2)输出信号幅值：50r/min时300mV

(3)测速范围:50---5000r/min

(4)使用时间:可连续使用,使用中勿需加润滑油5)工作环境:温度-10～40℃,相对湿度≤85%无腐蚀性气体

4

2、 调理电路设计

滤波电路

转速信号处理电路包括信号放大电路、整形及三极管整形电路。由于产生的电压信号很小，所以要进行放大处理，一般要放大至少1000倍（≥60dB），然后在进行信号处理工作。信号放大装置选用运算放大器TL084作为放大电压放大元件，采用两级放大电路，每一级都采用反响比例运算电路如图，设计的电压放大倍数为3000倍。其中第一级放大倍数为30，第二级放大倍数为100.放大后电压变化范围为0～4.8V。TL084采用12V双电源供电，由于电源的供电电压在一定范围内有副值上的波动，形成干扰信号。为起到消除干扰，实现滤波作用，故供电电源两端需接10UF的电容接地。

一次整形后的信号基本上为±5V的电平的脉冲信号，在脉冲计数时，常用的是+5V的脉冲信号。如果直接采用-5V的脉冲计数，会增加电路的复杂性，故一般不直接使用，而是先进行二次整形。

第二次用三极管整形电路，当输出为-5V的信号时，三极管VT2（8050）的基-射极和电阻R18组成并联电路电流经过R18.R17,三极管VT2处于反向偏置状态，所以，VT2的集-射极未接通，故处于截止状态。电源回路由R19，三极管VT2的集-射极组成，采用单电源+12V供电，由于集射极截止，处于断路状态，故输出电压U0为V。当第一次整形输出为+5V的信号时，三极管VT2基-射极处于正向偏置状态，有电流I通过，故此时三极管的集-射极处于通路状态。电源电流流经电阻R19，三极管的集-射极到地端，由于集-射极导通时的电阻很

5

小，可以忽略不计。电源电压主要在R19上，其输出电压约为0V。综上所述，三极管整形的电路的输入关系是：信号为-5V时，U0=+12V；信号为+5V时，U0=0V。

3、单片机

（1）单片机AT89C51

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh

Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

AT89C51单片机的功能：

1、主要特性：

◆与MCS-51 兼容

◆4K字节可编程闪烁存储器

◆寿命：1000写/擦循环

◆数据保留时间：10年

◆全静态工作：0Hz-24Hz

◆三级程序存储器锁定

6

◆128*8位内部RAM

◆32可编程I/O线

◆两个16位定时器/计数器

◆5个中断源

◆可编程串行通道

◆低功耗的闲置和掉电模式

◆片内振荡器和时钟电路

2、管脚说明：

●VCC：供电电压，

●GND：接地。

●P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

●P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

●P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

（2）单片机程序流程图

4、显示设备

共阴级14脚4位带时间显示数码管

7

5、软件设计

①主程序流程图5.1

8

②显示子程序流程图5.2

③定时计数子程序流程图5.3

（3）动态显示仿真

9

动态显示程序：

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uint mm=1234;

uchar jj;

uchar code table[]={0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,};

delay(uint m)

{ uint i,j;

for(i=m;i>0;i--)

for(j=110;j>0;j--);

}

xian_shi()

{ uchar qian,bei,shi,ge;

qian=mm/1000;

bei=mm%1000/100;

shi=mm%100/10;

ge=mm%10;

P2=0x80;

P0=table[qian];

delay(50);

P2=0;

P2=0x40;

P0=table[bei];

delay(50);

P2=0;

10

P2=0x20;

P0=table[shi];

delay(50);

P2=0;

P2=0x10;

P0=table[ge];

delay(50);

P2=0;

四、体会心得

通过这次研究性教学，让我们深入了解了光电传感器的原理及其应用，提高了我们的创新能力，扩展了我们的想象、设计能力。我们通过借鉴期刊、论文、报告，完成了此次研究性教学。虽然在设计和书写过程中遇到了很多的问题，但是我们都努力突破。当然，我们的设计系统仍存在很多不足，还有很多的地方需要创新或者新技术的改进。但是，我们整个小组基本对此次研究性教学环节较为满意。在学习过程中，组员之间的协作能力也同时得到了提高。

五、参考文献

[1] 赵战克,熊红云,鲁五一.单片机在移频信号频率检测中的应用[J].微计算机信息, 2004, (2).

[2] 陈敏.高精度转速表设计[J].仪表技术与传感器, 2001, (12).

11

本文标签： 信号测量传感器