王明春 福建船政交通職業(yè)學(xué)院機(jī)械系 350007

基于STC89C52單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量電路設(shè)計(jì)

王明春 福建船政交通職業(yè)學(xué)院機(jī)械系 350007

本文主要介紹利用STC89C52單片機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量，采用光電傳感器WYC H21A3采集脈沖信號(hào)，通過信號(hào)處理電路整形后送入單片機(jī)計(jì)數(shù)，單片機(jī)根據(jù)脈沖數(shù)和所用時(shí)間計(jì)算出轉(zhuǎn)速，最后通過串口通信在上位機(jī)上顯示轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)速測(cè)量；單片機(jī)；光電傳感器；脈沖；串口

前言

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

1.系統(tǒng)基本工作原理

轉(zhuǎn)速測(cè)量原理：轉(zhuǎn)速測(cè)量的計(jì)時(shí)方法主要有測(cè)頻法、測(cè)周法、測(cè)頻測(cè)周法。本文采用測(cè)頻法進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量。測(cè)頻法是指在規(guī)定的檢測(cè)時(shí)間內(nèi)，測(cè)量計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)。即在一定時(shí)間內(nèi)，測(cè)量脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖數(shù)來測(cè)量轉(zhuǎn)速。

脈沖產(chǎn)生原理：測(cè)量轉(zhuǎn)度的方法很多，筆者采用光電傳感器進(jìn)行非接觸式檢測(cè)。將待測(cè)軸放在光電傳感器收發(fā)端，在轉(zhuǎn)軸裝上一個(gè)轉(zhuǎn)盤，這個(gè)轉(zhuǎn)盤的邊沿有N個(gè)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(shí)，若沒有轉(zhuǎn)盤擋住發(fā)射管和接收管時(shí)，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(shí)，光電傳感器會(huì)輸出一個(gè)低電平，從而形成了一個(gè)脈沖。所以每當(dāng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，光電傳感器將輸出N個(gè)脈沖，這些脈沖經(jīng)過脈沖整形后，形成單片機(jī)可識(shí)別的時(shí)候，就可以算出轉(zhuǎn)軸的即時(shí)轉(zhuǎn)速。

2.總體設(shè)計(jì)方案

圖1

本方案如圖1所示設(shè)計(jì)以單片機(jī)為主控模塊，采用光電傳感器WYC H21A3采集脈沖信號(hào)，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(shí)，光電傳感器將會(huì)輸出一個(gè)低電平，而當(dāng)沒有物體擋在中間時(shí)則輸出為高電平，從而形成一個(gè)脈沖。脈沖信號(hào)經(jīng)過脈沖整形電路處理后，送給單片機(jī)STC89C52進(jìn)行計(jì)數(shù)，同時(shí)得到計(jì)數(shù)的時(shí)間，由單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算以得到轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速。STC89C52單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和計(jì)算機(jī)之間可以方便地進(jìn)行串口通信。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，采用了專用芯片MAX232進(jìn)行串口RS232電平和單片機(jī)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(jī)基本控制電路圖

3.系統(tǒng)組成

單片機(jī)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(chǔ)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(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，常規(guī)編程器也適用。 51系列單片機(jī)的基本控制電路有復(fù)位電路和時(shí)鐘電路，按鍵模式的復(fù)位電路，時(shí)鐘電路采用12M晶振，機(jī)器周期為1us。單片機(jī)基本控制電路如圖2所示。

信號(hào)處理模塊：光電傳感器是以光為測(cè)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(cè)目標(biāo)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(shí)“有”“無”電信號(hào)輸出的特性將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的開關(guān)信號(hào)。

本設(shè)計(jì)使用光電檢測(cè)的方法，首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后再將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

信號(hào)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(shí)，光電傳感器將輸出一個(gè)低電平，轉(zhuǎn)盤沒擋住時(shí)，傳感器輸出一個(gè)高電平，從而產(chǎn)生一個(gè)脈沖。當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來，系統(tǒng)就進(jìn)入信號(hào)采集過程。

為了使光電傳感器采集輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)所需要的脈沖信號(hào)，采用LM393電壓比較器對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形。當(dāng)Vin+>Vin-時(shí)，Vout輸出VCC即為高電平；當(dāng)Vin+

LM393由內(nèi)部兩個(gè)獨(dú)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(jì)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(dá)零電平，另一個(gè)特點(diǎn)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(hào)采集與整形電路圖

統(tǒng)采用LM393來進(jìn)行脈沖信號(hào)整形電路的設(shè)計(jì)，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(shí)LM393輸出高電平，傳感器的光被遮擋時(shí)LM393輸出低電平。將處理好的脈沖信號(hào)送入單片機(jī)I/O口進(jìn)行計(jì)數(shù)。

顯示模塊：串口通信可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)單片機(jī)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(jī)自身有全雙工的異步通信接口，所以單片機(jī)和電腦之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。由于電腦的串口是RS232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL電平的，兩者之間可采用MAX232進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)化、減量化、可回收的設(shè)計(jì)原則。在保證保護(hù)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(jì)應(yīng)把把產(chǎn)品使用后廢棄物的處理納入設(shè)計(jì)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(fèi)。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(jì)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(gè)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(yùn)行模式已經(jīng)在改變，低碳作為新世紀(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。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(duì)保護(hù)地球的生態(tài)平衡發(fā)揮巨大作用。低碳設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)師維護(hù)人類的生存環(huán)境所必須肩負(fù)的職責(zé)，同時(shí)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。

[1]陳曉峰.生態(tài)環(huán)境研究與可持續(xù)發(fā)展[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1997.

[2]金磊.低碳設(shè)計(jì)的科學(xué)思考[J].建筑創(chuàng)作，2010（03）：156～161

[3]李硯祖.產(chǎn)品設(shè)計(jì)藝術(shù)[M].北京：中國人民大學(xué)出版社，2005

[4]李硯祖，王明旨.設(shè)計(jì)程序與設(shè)計(jì)管理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006

[5]楊嗣信.產(chǎn)品設(shè)計(jì)符號(hào)理論與方法[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005

[6](法)鮑德里亞著，劉成富譯.消費(fèi)社會(huì)[M].南京：南京大學(xué)出版社，2008

[7]盧世主.產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法[M].南京：南京江蘇美術(shù)出版社，2007

[8]周紅生.工業(yè)設(shè)計(jì)材料與工藝[M].合肥：安徽美術(shù)出版社，2002

[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。