浅论传感器光电传感器在电机测速表中运用研究

论文导读：V呈正弦波变化，由此可见，红外线接收三极管的光信号转化为电信号的电压很微弱（一般为mV量级），需要进行进一步的信号调理放大处理。2.2测速硬件电路系统各部分模块的功能：（1）光电传感器：用来实现对信号的采样。（2）放大、整形电路（信号调理电路）：对传感器送过来的信号进行放大和整形，便于单片机进行下一步的数
摘要：在工业测控系统中，经常需要对电动机的转速进行检测和控制。本文介绍了光电传感器实施电机转速测量的方法、基本原理，并用STC12C5A60S2和光电码盘配合M/T测速法来检测电动机转速，完成了一种基于STC12C5A60S2的电机测速表的系统设计。本文系统分析了系统的组成及工作原理，设计了电机测速表的硬件电路和软件编程，硬件系统包括光电传感器、脉冲信号处理和显示等相关模块，并运用汇编与C混合编程进行软件设计。该测速系统方便、稳定、可靠，具有较大的应用价值。
关键词：电动机 STC12C5A60S2 光电传感器 转速测量
1007-9416（2013）08-0063-02
0 引言
在工业生产中，经常有众多场合需要对电机进行转速测量，例如在发动机、卷场机、电动机、机床主轴等旋转设备的试验运行和控制中，常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。目前国内外常用的转速测量方法有离心式转速表测速法、测速发电机测速法、激光测速法、光电码盘测速法和霍尔元件测速法等。转速是电动机的一个极为重要的状态参数，它对系统的稳态误差及动态响应性能都有着至关重要的影响，因此，转速的测量具有举足轻重的作用。
1 系统方案设计
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电传感器中的光电元件是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件[3]。
光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样；并且由于光电传感器的传感原理是基于光的传感器，则其还有抗干扰能力强、响应速度快、测量精度高等优点。因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛[4]。
在本设计中需要注意的是，选择的光源需采用比较强的光源使其能够在户外的太阳光下也能满足正常的测量。
2 硬件设计

2.1 光电传感器结构

在本设计中采用光电传感器实现对信号的采集，通过这种传感器可以把旋转轴的转速转换为相应频率的脉冲输出信号，然后用检测电路测出脉冲信号的频率，由频率值就可计算出所测转速值。采用这种测量方法具有传感器结构简单、可靠、测量精度高的特点。
由图1光电传感器原理图可见，当遮光体挡住发射与接收之间的间隙时，开关管关断，当遮光体移除时，开关管接通。根据这一原理，制作一个遮光叶片，安装在转轴上，当扇叶经过时，有开关管的通断产生脉冲信号。当叶片数较多时，旋转一周可以获得多个脉冲信号，本设计采用的遮光叶片的叶片数为60片，这样电动机旋转一周就会获得60个脉冲，根据计数一秒钟的脉冲数，就可得到电动机一分钟的转速。
由于红外光不可见，用肉眼无法识别发光源是否正常工作，为了检测红外发光管的工作状态，采用一个普通光电二极管串入红外线的输出回路来判别光源发生回路是否正常工作。系统采用红外二极管IR3401，此管正向工作电流为20mA时，导通电压为1.2-1.5V，所选用的普通发光二极管的正向压降为1.5-2.0V，电流为10-20mA。光电转速传感器输出电压幅度在0-1.6mV呈正弦波变化，由此可见，红外线接收三极管的光信号转化为电信号的电压很微弱（一般为mV量级），需要进行进一步的信号调理放大处理。

2.2 测速硬件电路

系统各部分模块的功能：
（1）光电传感器：用来实现对信号的采样。
（2）放大、整形电路（信号调理电路）：对传感器送过来的信号进行放大和整形，便于单片机进行下一步的数据转换处理。
（3）单片机：协调各部分电路的工作时序，对处理过的信号进行转换，计算得出转速的实际值，并送入显示电路
（4）液晶屏：用来显示所测量到的转速。
在本设计中采用M/T计数法，T0口为计数单元，T1口为定时单元，当信号调理电路输出的脉冲进入T0口时，单片机开始计数，于此同时T1口通过计数单片机内部的计数脉冲（每个机器周期产生1个计数脉冲，本设计采用12MHz晶体，即每过1的时间计数器加一）计时，将计时时间内T0的脉冲数通过P1口送入数码管显示电路。

2.3 电机测速表的软件设计

完成硬件电路之后论文导读：的计数值转入计算，通过C程序分别计算出个、十，百、千位上的数值，再转入汇编语言：第一步，将16进制数的结果转化为BCD码，第二步，将BCD码转化并送入显示区。3结语测速表主要用STC12C5A60S2实现了对电动机的转速的检测及显示，形成了基于STC12C5A60S2的电动机测速表。测速表采用M/T法测量电动机转速，通过光电传感器产生的
，接摘自：毕业论文提纲范文www.7ctime.com
着进行系统软件设计。首先要分析系统对软件的要求，然后进行软件的总体设计。本次设计当中，主要使用单片机使T0口为计数器，T1口为定时器，计数T0口的脉冲数，于此同时T1口计时，并将计数值通过P1口驱动数码管显示电路显示，即为电动机所测转速。
本程序控制单片机使其T0口为计数器，T1口为定时器，实现T0口输入脉冲即电动机的转速在显示数码管上以频率为一秒的时间刷新，具体程序见流程图2。
在程序中要保持T0口计数与T1口定时的同时性，这是程序的关键，也是测量电动机转速的可靠性的保证。在子程序中T1中断程序将会读取T0中的计数值，并将其放入约定的存储单元中，并且将T0口和T1口恢复初始状态，约定的存储单元中的计数值转入计算，通过C程序分别计算出个、十，百、千位上的数值，再转入汇编语言：第一步，将16进制数的结果转化为BCD码，第二步，将BCD码转化并送入显示区。
3 结语
测速表主要用STC12C5A60S2实现了对电动机的转速的检测及显示，形成了基于STC12C5A60S2的电动机测速表。测速表采用M/T法测量电动机转速，通过光电传感器产生的脉冲信号经过放大、整形电路之后输入单片机的T0口，再对单片机进行数据处理，最后将转速显示数码管上，实现了转速的显示，其刷新频率为每秒一次。本设计选用光电传感器捕捉脉冲信号的次数，提高了测速表的灵敏度，不受磁场干扰，并实现了每秒钟将所测结果送数码管显示一次。
参考文献
吕宁.单片机转速测量系统[J].电子技术，2006.
孟立凡，蓝金辉.传感器原理与应用[M].电子工业出版社，2007.
[3]孙伟，郭宝龙.使用微机转速测量方法的研究[J].计算机测量与控制，2005，13（3）.
[4]宋国梅.基于89C51的转速测量系统设计[J].潍坊学院学报，2008，11.