光电式数字测速仪毕业论文

光电式数字测速仪

白城职业技术学院毕业设计（论文）

设计（论文）题目

光 电 式 数 字 测 速 仪

学生学号： 200711047

学生姓名： 王光伟

专业班级： 机电0701

指导教师： 侯亚波

职 称：

白 城 职 业 技 术 学 院

光电式数字测速仪

目 录

目 录 ………………………………………………………………………………… 1

摘 要 ………………………………………………………………………………… 2

第1章 硬 件 设 计 …………………………………………………………………… 3

1.1 硬件组成 …………………………………………………………………… 3

1.2 设计原理 …………………………………………………………………… 3

第2章 软 件 设 计

2.1 主程序 …………………………………………………………………… 5

2.2子程序

2.2.1键功能子程序1 ……………………………………………………… 6

2.2.2键功能子程序2 ……………………………………………………… 6

2.2.3键功能子程序3 ……………………………………………………… 6

第3章 误 差 分 析 ………………………………………………………………… 6

3.1转速误差分析 …………………………………………………………………… 7

3.2转角误差分析 …………………………………………………………………… 7

结 论 …………………………………………………………………… 7

参 考 文 献 …………………………………………………………………… 8

致 谢 …………………………………………………………………… 9

…………………………………………………………………… 6 …………………………………………………………………… 4

光电式数字测速仪

摘 要

提出了一个用8031 单片机和光电编码器组成的转速与转角测试方案, 介绍其实现的基本原理和结构特点, 给出了接口电路和软件设计方法。由于采用了单片机和光电传感器, 该系统具有硬件电路简单、测量精度高、性能稳定可靠等优点, 其适用于自动控制、自动检测及各种转速与方位角的测量与控制等领域。

本文给出的智能转速与转角测试系统, 采用了9 位绝对式循环码光电编码器做传感器, 具有无接触、高转速、高分辨率、高可靠性等优点。

关键词：单片式计算机; 测速仪; 转速; 转角

Puts forward a using 8031 single chip microcomputer and composed of photoelectric encoder and corner speed, introduced the realization test

The basic principle and the structure characteristics, the interface circuit and the software design method. As a result of the single-chip microcomputer and photoelectric sensor, this system has the hardware circuit is simple, high accuracy, stable and reliable performance, and its advantages such as applicable for automatic control, automatic detection and various kinds of speed and azimuth of the measurement and control, etc

In this paper the speed and the intelligence test system, adopting the Angle of nine cyclic code absolute photoelectric encoder and has no contact do sensor, high speed, high resolution and high reliability etc.

Keywords: monolithic computer, Photoelectric encoder, Speed, corne

光电式数字测速仪

前言

在工程实践中 , 经常会遇到各种需要测量转速的场合 , 例如 , 在发动机 、电动机 、机床主轴等旋转设备的实验 、运转和控制中 , 常需要分时或连续测量和显示其转速 。有些场合对转速转速测量要求的精度一般化 , 而有些场合却要求较高的测量精度 。但目前国内使用的转速仪表在测试精度 、测量范围 、实现监控 、性能价 格比等方面均存在明显的缺陷 。本文给出的智能转速与转角测试系统, 采用了9 位绝对式循环码光电编码器做传感器, 具有无接触、高转速、高分辨率、高可靠性等优点。

第一章 硬件设计

1.1 硬件组成

光电式数字测速仪的硬件, 由输入电路、8031 单片机、存储器、辨向电路、键盘与显示电路等组成, 其结构框图如图1 所示。

1.2 设计原理

输入电路包括整形电路、码制变换电路和锁存器, 由光电传感器提供输入信息。为 消除脉冲波形中的高频干扰, 加1 级施密特整形电路; 为减小制作和安装公差引起的测 量误差, 光电码盘一般均采用循环码码盘[1 ]。本设计采用的传感器, 输出9 位循环码, 通过码制转换电路将其转换为二进制码。

9 位码盘输出9 位信息, 而8031 为8 位单片机, 采用2 次锁存来解决用8 位机测9位信号的问题。在角度测量中, 将第1～ 8 位信息存入锁存器1 中, 同时将第9 位信息存入锁存器2 中, 用译码器1 输出端提供锁存信号。首先从P1.0~P1.7输入第1～ 8 位

信息,存入内存; 再将第9 位信息从锁存器2 中取出, 存入锁存器3 中。接着, 这第9 位信息再从P1.0输入, 存入紧接第8 位的内存中。

信息是一次锁存, 分两次输入计算机的, 由于8031 时钟为3MHz, 速度快, 两次输入对测试与控制不会有影响。

光电式数字测速仪

由单片机8031, 芯片74L S373, 2716, 6116 组成一个具有片外扩展存储器的小系统,键盘和显示信号由8031 串行接口输出。使用串入、并出的移位寄存器74L S164 作键盘中的8 根列线。显示器由MC14499[2 ]管理, 其内部有BCD 译码器、串行接口和锁存器, 送入1 帧数据后, 这些数据保存在MC14499 中, 可靠地驱动4 位L ED 显示器。

系统在测试过程中向外发出角度控制、转速控制、圈数控制等各种控制信号。为了识别正、反转信号, 从8, 9 码道输出信息, 经过辨向电路[1 ]分别得到正转输出信号+ 和反转输出信号- , 再接到1 位多段L ED 显示器, 分别显示+ , - .

第二章 软件设计

根据上述硬件结构和测转速、转角的功能要求, 主程序主要识别键功能, 判断是什么键按下, 则调用相应子程序, 完成相应的测量功能。系统有键1～ 键5, 即测转角键、测转速键、测圈数键、命令键和复位键, 共5 个功能键。

光电式数字测速仪

2.1 主程序

主程序流程图如图2 所示。接通电源后让系统各器件均复位。初始化是将系统中所有命令、状态及有关存储单元置成初始状态; 自检是利用测试程序检查系统各主要部件工作是否正常。完成初始化和自检正常后, 显示器显示正常标志H, 等待键扫描; 若自检不正常, 可再次初始化、自检, 或用复位键使系统强行复位。

键扫描对测转角、测转速、测圈数3 个功能键进行查询。无键按下时, 继续显示提示符; 有键按下时, 就进入该键功能软件控制。完成某个功能测试后, 对测试数据进行查询, 与存储器中的标准值比较, 达到标准值或上限值就发出控制信号。之后, 检查有无命令键或复位键输入, 有命令输入就转至b 等待转移; 有复位键输入则转至c 复位转移; 否则转至a 循环转移, 实现某个功能键的循环操作。比如测转角, 则采集、码制变换、运算、显示, 几个功能不断循环, 显示器则显示被测角度的数值。

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2.2 子程序

主要子程序有以下几个: 系统自检子程序; 键功能子程序1, 2, 3 (其中1 为测转角功能子程序、2 为测转速功能子程序、3 为测转动圈数功能子程序) ; 显示功能子程序。本文主要阐述键功能子程序。

2.2.1键功能子程序1

该程序用来测转角。实际要调用若干个子程序。两次采集将9 位二进制码输入8031 内存后, 调用二进制码变十进制码子程序[3 ] , 再调用运算子程序[2 ]完成360/512 x 0.703 x (x 为被测得的十进制数)。计算出角度再调用显示子程序

[2 ] , 显示被测的角度。

2.2.2键功能子程序2

该程序用于测转速。从P3.2输入每转1 周64 个脉冲的信息(因为从第6 码道取信

号) , 利用8031 的外部中断NT0, 测转速时, NT0工作于计数方式,每当检测到被

测转速N 时, 就引起一次中断, 中断服务程序就计数1 次。采用T/ CO 为工作方式1, 最高中断优先级, 其溢出100 次即定时为1 s 时间, 测出的为频率值。再调用乘法子程序[2 ]完成60/64N = 0.9383N (N 为1 s 内输入计算机的计数值)。实际上这样显示的结果为每分的转数, 故分子、分母均应乘以60; 再调用显示子程序, 显示的才是每秒的转速。

2.2.3键功能子程序3

该程序用于测旋转的圈数。被测体每转1 周从P3.2输入1 个脉冲, 利用中断服务程

序进行计数, 显示数即为旋转的圈数。

第三章 误差分析

本系统采用8031 单片机, 与全部电路采用集成电路组成的测速仪相比, 具有硬件结构简单、测量精度高、性能稳定可靠等优点。

光电式数字测速仪

3.1 转速误差分析

转速信息从第6 码道输入, 可以提高测量精度。若从第9 码道输入转速信息, 则被测体每转1 周只输入1 个脉冲, 而从P3.3输入本身就会产生±1 的数字量误差;

又由于测出的是每秒的转数, 显示的是每分转数, 这样最终显示的转数误差也就扩大60 倍, 为±60. 若从第6 码道输入, 被测体转1 圈就会产生64 个脉冲输入计算机, 这时产生的误差值为60/64N = 0.938N , 即最终显示的转数误差没有超过±1. 由以上分析可知, 从第6 码道输入信息比从第9 码道输入信息测量精度高多了。

3.2 转角误差分析

利用单片机的运算功能, 即分辨力取3 位小数可减小测角度的误差, 分析如下。测量的角度 = 01703° x. 测量的最大角度为360°, 即9 位码盘360°分为512 个刻

度

01703 512 359.936

360 360 359.936

0.064

3 其相对误差率为

0.064360 0.18 10

结 论

以8031 单片机为核心的光电测速仪是一种智能化仪器, 可广泛用于机械设备的自动控制和国防、信息等领域的自动检测。利用它可测数控机床加工工件时的转速、旋转角度; 还可用于高射炮的方位控制和雷达的遥控装置中; 也可利用转动圈数来测量海水的深度 。该系统测量精度高、抗干扰能力强、稳定可靠、操作简单, 易于推广使用。

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参 考 文 献

1 汤鸿来, 吴显祥, 李璐莹. 光电编码器的输出接口和电路系统. 电子技术, 1990

(10) : 34

3 何立民. MCS—51 系列单片机应用系统设计. 北京: 北京航空航天大学出版社,

1990

4 周明德. 微机原理及应用(修订本). 北京: 清华大学出版社. 1991

5 刘保录 基于单片机的电机综合参数测试仪设计[M].第10卷第2期

6 关积珍，陆家和.2005年我国LED显示屏产业发展综述[J]激光与红外2006.36(12)：

1089～1091

7 孙育才 MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M].东南大学出版社 2004.10

8 范家宝. 转速测量方法与转速仪表[M]. /tachometor.htm，2004年

5月10日

9 李庆祥，徐端颐．实用光电技术[M]．第一版．北京：中国计量出版社，1996，61—

67

10 梁天德，黄传明.单片机测速仪的设计和研制[J].华侨大学学报，1992（7）:401—

407、

11 关积珍，陆家和.2005年我国LED显示屏产业发展综述[J]激光与红外2006.36(12)：

1089～1091

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致谢 致谢：

在本次论文设计过程中，侯亚波老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！

感谢我的指导老师侯亚波老师，感谢班主任赵一兵老师，感谢院系各位领导，您严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；您循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

感谢各位同学对我的帮助和指点。没有你们的帮助和提供资料对于我一个对光电式数字测速仪不是很精通的人来说要想在短短的几个月的时间里学习到并完成毕业论文是几乎不可能的事情。

感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟姐妹般的感情，维系着寝室那份家的融洽。三年了，仿佛就在昨天。三年里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大学前所担心的任何不开心的事情。只是今后大家就难得再聚在一起吃每年元旦那顿饭了吧，没关系，各奔前程，大家珍重。我们在一起的日子，我会记一辈子的。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！

最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢

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