王明春 福建船政交通職業(yè)學(xué)院機械系 350007

基于STC89C52單片機的轉(zhuǎn)速測量電路設(shè)計

王明春 福建船政交通職業(yè)學(xué)院機械系 350007

本文主要介紹利用STC89C52單片機進行轉(zhuǎn)速測量，采用光電傳感器WYC H21A3采集脈沖信號，通過信號處理電路整形后送入單片機計數(shù)，單片機根據(jù)脈沖數(shù)和所用時間計算出轉(zhuǎn)速，最后通過串口通信在上位機上顯示轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)速測量；單片機；光電傳感器；脈沖；串口

前言

在工程實踐中經(jīng)常需要測量轉(zhuǎn)速，測量轉(zhuǎn)速的方法較多，但測量儀器制造成本低、測量精度高、線性度好的卻較少。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，特別是高性價比單片機的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量普遍采用以單片機為核心的數(shù)字式測量方法。

1.系統(tǒng)基本工作原理

轉(zhuǎn)速測量原理：轉(zhuǎn)速測量的計時方法主要有測頻法、測周法、測頻測周法。本文采用測頻法進行轉(zhuǎn)速測量。測頻法是指在規(guī)定的檢測時間內(nèi)，測量計數(shù)脈沖個數(shù)。即在一定時間內(nèi)，測量脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖數(shù)來測量轉(zhuǎn)速。

脈沖產(chǎn)生原理：測量轉(zhuǎn)度的方法很多，筆者采用光電傳感器進行非接觸式檢測。將待測軸放在光電傳感器收發(fā)端，在轉(zhuǎn)軸裝上一個轉(zhuǎn)盤，這個轉(zhuǎn)盤的邊沿有N個圓形過孔，把圓孔的圓心位置置于光電傳感器的收發(fā)端口之間。當(dāng)轉(zhuǎn)盤置于槽型光電傳感器的凹型槽中旋轉(zhuǎn)時，若沒有轉(zhuǎn)盤擋住發(fā)射管和接收管時，則輸出高電平，若有轉(zhuǎn)盤擋在紅外光電發(fā)光二極管和高靈敏度的光電晶體管之間時，光電傳感器會輸出一個低電平，從而形成了一個脈沖。所以每當(dāng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的時候，光電傳感器將輸出N個脈沖，這些脈沖經(jīng)過脈沖整形后，形成單片機可識別的時候，就可以算出轉(zhuǎn)軸的即時轉(zhuǎn)速。

2.總體設(shè)計方案

圖1

本方案如圖1所示設(shè)計以單片機為主控模塊，采用光電傳感器WYC H21A3采集脈沖信號，當(dāng)有物體擋在紅外光電發(fā)光二極管和高靈敏度的光電晶體管之間時，光電傳感器將會輸出一個低電平，而當(dāng)沒有物體擋在中間時則輸出為高電平，從而形成一個脈沖。脈沖信號經(jīng)過脈沖整形電路處理后，送給單片機STC89C52進行計數(shù)，同時得到計數(shù)的時間，由單片機進行相關(guān)計算以得到轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速。STC89C52單片機有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和計算機之間可以方便地進行串口通信。進行串行通訊時要滿足一定的條件，采用了專用芯片MAX232進行串口RS232電平和單片機串口TTL電平之間電平轉(zhuǎn)換，最后將轉(zhuǎn)速輸出顯示。

圖2 單片機基本控制電路圖

3.系統(tǒng)組成

單片機主控模塊：STC89C52 是一種低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器，具有 8K可編程Flash 存儲器，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，常規(guī)編程器也適用。 51系列單片機的基本控制電路有復(fù)位電路和時鐘電路，按鍵模式的復(fù)位電路，時鐘電路采用12M晶振，機器周期為1us。單片機基本控制電路如圖2所示。

信號處理模塊：光電傳感器是以光為測量媒介、以光電器件為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電器件三部分構(gòu)成。光電式傳感器可分為模擬式光電傳感器和開光式光電傳感器。模擬式光電傳感器按檢測目標物體的方法可分為透射式、反射式、遮光式、輻射式。開光式光電傳感器是利用光電元件受光照或無光照時“有”“無”電信號輸出的特性將被測量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的開關(guān)信號。

本設(shè)計使用光電檢測的方法，首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后再將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。

信號采集電路采用光電傳感器WYC H21A3，當(dāng)轉(zhuǎn)盤置于接收管與發(fā)射管之間，轉(zhuǎn)盤擋住光時，光電傳感器將輸出一個低電平，轉(zhuǎn)盤沒擋住時，傳感器輸出一個高電平，從而產(chǎn)生一個脈沖。當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動起來，系統(tǒng)就進入信號采集過程。

為了使光電傳感器采集輸出的信號轉(zhuǎn)換成單片機定時計數(shù)所需要的脈沖信號，采用LM393電壓比較器對信號進行整形。當(dāng)Vin+>Vin-時，Vout輸出VCC即為高電平；當(dāng)Vin+

LM393由內(nèi)部兩個獨立精確的電壓比較器組成，失調(diào)電壓不超過2mV。兩電壓比較器專門設(shè)計在電壓范圍較寬的單電源或雙電源下工作，LM393在單電源下工作輸入共模電壓范圍也可達零電平，另一個特點是輸入差分電壓范圍等于電源電壓，它的低輸入偏置電流為25mA，低輸入失調(diào)電流為±5mA，輸出電壓可直接與TTL及CMOS邏輯電路接口。

圖3 信號采集與整形電路圖

統(tǒng)采用LM393來進行脈沖信號整形電路的設(shè)計，圖3中R4為可調(diào)電阻，當(dāng)傳感器的光線未被遮擋，光敏三極管飽和導(dǎo)通，LM393正相輸入端電壓Vin+接近于VCC。當(dāng)傳感器的光被遮擋，光敏三極管截止，LM393正相輸入端電壓Vin+接近于0V。調(diào)節(jié)R4使傳感器的光未被遮擋時LM393輸出高電平，傳感器的光被遮擋時LM393輸出低電平。將處理好的脈沖信號送入單片機I/O口進行計數(shù)。

顯示模塊：串口通信可以實現(xiàn)計算機對單片機的控制，通信使用3根線完成，分別是地線，發(fā)送，接收。51系列單片機自身有全雙工的異步通信接口，所以單片機和電腦之間可以方便地進行串口通訊。由于電腦的串口是RS232電平的，而單片機的串口是TTL電平的，兩者之間可采用MAX232進行電平轉(zhuǎn)換。經(jīng)過MAX232芯并且要容易回收利用或者通過降解等方法回歸自然。產(chǎn)品包裝必須適度，符合標準化、減量化、可回收的設(shè)計原則。在保證保護性能的前提下，將包裝材料和體積用量減至最小，產(chǎn)生的相應(yīng)廢棄物也減至最小。

3.4 回收再生

低碳產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)把把產(chǎn)品使用后廢棄物的處理納入設(shè)計視野之內(nèi)，由此可避免引起環(huán)境問題和資源消耗與浪費。人們應(yīng)該大力提倡廢舊產(chǎn)品的回收利用，把傳統(tǒng)的依賴資源消耗的線性增長經(jīng)濟轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽孔匀毁Y源的生態(tài)循環(huán)來發(fā)展，形成資源—產(chǎn)品—廢棄物—再生資源的反饋式循環(huán)過程的發(fā)展模式。如圖3。廢舊玻璃瓶經(jīng)過回收再生為個性化相片筒，充滿新意又低碳環(huán)保。

圖3 用玻璃瓶展示相片F(xiàn)ig.3 display photos with glass

4.結(jié)語

世界的運行模式已經(jīng)在改變，低碳作為新世紀發(fā)展的必然趨勢。必將改變?nèi)祟惖纳罘绞胶透纳粕瞽h(huán)境，也將降低資源的消耗，并對保護地球的生態(tài)平衡發(fā)揮巨大作用。低碳設(shè)計是設(shè)計師維護人類的生存環(huán)境所必須肩負的職責(zé)，同時也必將引導(dǎo)人們以更正確、更環(huán)保的方式去工作和生活。

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[9]http://baike.baidu.com

[10]http://www.dolcn.com

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.01.045

寇樹芳，1982年生，內(nèi)蒙古包頭市人，內(nèi)蒙古科技大學(xué)講師，陜西科技大學(xué)在讀碩士研究生。