基于STC89C52單片機的轉速測量電路設計

王明春 福建船政交通職業學院機械系 350007

基于STC89C52單片機的轉速測量電路設計

王明春 福建船政交通職業學院機械系 350007

本文主要介紹利用STC89C52單片機進行轉速測量，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，單片機根據脈沖數和所用時間計算出轉速，最后通過串口通信在上位機上顯示轉速。

轉速測量；單片機；光電傳感器；脈沖；串口

前言

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

1.系統基本工作原理

轉速測量原理：轉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速測量。測頻法是指在規定的檢測時間內，測量計數脈沖個數。即在一定時間內，測量脈沖發生器產生的脈沖數來測量轉速。

脈沖產生原理：測量轉度的方法很多，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端，在轉軸裝上一個轉盤，這個轉盤的邊沿有N個圓形過孔，把圓孔的圓心位置置于光電傳感器的收發端口之間。當轉盤置于槽型光電傳感器的凹型槽中旋轉時，若沒有轉盤擋住發射管和接收管時，則輸出高電平，若有轉盤擋在紅外光電發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。所以每當轉盤旋轉的時候，光電傳感器將輸出N個脈沖，這些脈沖經過脈沖整形后，形成單片機可識別的時候，就可以算出轉軸的即時轉速。

2.總體設計方案

圖1

本方案如圖1所示設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，當有物體擋在紅外光電發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。脈沖信號經過脈沖整形電路處理后，送給單片機STC89C52進行計數，同時得到計數的時間，由單片機進行相關計算以得到轉軸轉速。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電平之間電平轉換，最后將轉速輸出顯示。

圖2 單片機基本控制電路圖

3.系統組成

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80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統可編程，常規編程器也適用。 51系列單片機的基本控制電路有復位電路和時鐘電路，按鍵模式的復位電路，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、以光電器件為轉換元件的傳感器。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電器件三部分構成。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換成斷續變化的開關信號。

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

信號采集電路采用光電傳感器WYC H21A3，當轉盤置于接收管與發射管之間，轉盤擋住光時，光電傳感器將輸出一個低電平，轉盤沒擋住時，傳感器輸出一個高電平，從而產生一個脈沖。當轉軸轉動起來，系統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換成單片機定時計數所需要的脈沖信號，采用LM393電壓比較器對信號進行整形。當Vin+>Vin-時，Vout輸出VCC即為高電平；當Vin+

LM393由內部兩個獨立精確的電壓比較器組成，失調電壓不超過2mV。兩電壓比較器專門設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

統采用LM393來進行脈沖信號整形電路的設計，圖3中R4為可調電阻，當傳感器的光線未被遮擋，光敏三極管飽和導通，LM393正相輸入端電壓Vin+接近于VCC。當傳感器的光被遮擋，光敏三極管截止，LM393正相輸入端電壓Vin+接近于0V。調節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。

顯示模塊：串口通信可以實現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進行電平轉換。經過MAX232芯并且要容易回收利用或者通過降解等方法回歸自然。產品包裝必須適度，符合標準化、減量化、可回收的設計原則。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，產生的相應廢棄物也減至最小。

3.4 回收再生

低碳產品設計應把把產品使用后廢棄物的處理納入設計視野之內，由此可避免引起環境問題和資源消耗與浪費。人們應該大力提倡廢舊產品的回收利用，把傳統的依賴資源消耗的線性增長經濟轉變為依靠自然資源的生態循環來發展，形成資源—產品—廢棄物—再生資源的反饋式循環過程的發展模式。如圖3。廢舊玻璃瓶經過回收再生為個性化相片筒，充滿新意又低碳環保。

圖3 用玻璃瓶展示相片Fig.3 display photos with glass

4.結語

世界的運行模式已經在改變，低碳作為新世紀發展的必然趨勢。必將改變人類的生活方式和改善生活環境，也將降低資源的消耗，并對保護地球的生態平衡發揮巨大作用。低碳設計是設計師維護人類的生存環境所必須肩負的職責，同時也必將引導人們以更正確、更環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，內蒙古包頭市人，內蒙古科技大學講師，陜西科技大學在讀碩士研究生。