基于STC89C52单片机的转速测量电路设计

2012-11-15王明春福建船政交通职业学院机械系350007

中国科技信息 2012年1期

关键词：低电平高电平电平

王明春福建船政交通职业学院机械系 350007

王明春福建船政交通职业学院机械系 350007

本文主要介绍利用STC89C52单片机进行转速测量，采用光电传感器WYC H21A3采集脉冲信号，通过信号处理电路整形后送入单片机计数，单片机根据脉冲数和所用时间计算出转速，最后通过串口通信在上位机上显示转速。

转速测量；单片机；光电传感器；脉冲；串口

前言

在工程实践中经常需要测量转速，测量转速的方法较多，但测量仪器制造成本低、测量精度高、线性度好的却较少。随着计算机技术的发展，特别是高性价比单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。

1.系统基本工作原理

转速测量原理：转速测量的计时方法主要有测频法、测周法、测频测周法。本文采用测频法进行转速测量。测频法是指在规定的检测时间内，测量计数脉冲个数。即在一定时间内，测量脉冲发生器产生的脉冲数来测量转速。

脉冲产生原理：测量转度的方法很多，笔者采用光电传感器进行非接触式检测。将待测轴放在光电传感器收发端，在转轴装上一个转盘，这个转盘的边沿有N个圆形过孔，把圆孔的圆心位置置于光电传感器的收发端口之间。当转盘置于槽型光电传感器的凹型槽中旋转时，若没有转盘挡住发射管和接收管时，则输出高电平，若有转盘挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时，光电传感器会输出一个低电平，从而形成了一个脉冲。所以每当转盘旋转的时候，光电传感器将输出N个脉冲，这些脉冲经过脉冲整形后，形成单片机可识别的时候，就可以算出转轴的即时转速。

2.总体设计方案

图1

本方案如图1所示设计以单片机为主控模块，采用光电传感器WYC H21A3采集脉冲信号，当有物体挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时，光电传感器将会输出一个低电平，而当没有物体挡在中间时则输出为高电平，从而形成一个脉冲。脉冲信号经过脉冲整形电路处理后，送给单片机STC89C52进行计数，同时得到计数的时间，由单片机进行相关计算以得到转轴转速。STC89C52单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和计算机之间可以方便地进行串口通信。进行串行通讯时要满足一定的条件，采用了专用芯片MAX232进行串口RS232电平和单片机串口TTL电平之间电平转换，最后将转速输出显示。

图2 单片机基本控制电路图

3.系统组成

单片机主控模块：STC89C52 是一种低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器，具有 8K可编程Flash 存储器，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，常规编程器也适用。 51系列单片机的基本控制电路有复位电路和时钟电路，按键模式的复位电路，时钟电路采用12M晶振，机器周期为1us。单片机基本控制电路如图2所示。

信号处理模块：光电传感器是以光为测量媒介、以光电器件为转换元件的传感器。光电传感器一般由光源、光学通路和光电器件三部分构成。光电式传感器可分为模拟式光电传感器和开光式光电传感器。模拟式光电传感器按检测目标物体的方法可分为透射式、反射式、遮光式、辐射式。开光式光电传感器是利用光电元件受光照或无光照时“有”“无”电信号输出的特性将被测量转换成断续变化的开关信号。

本设计使用光电检测的方法，首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后再将光信号转换成电信号。

信号采集电路采用光电传感器WYC H21A3，当转盘置于接收管与发射管之间，转盘挡住光时，光电传感器将输出一个低电平，转盘没挡住时，传感器输出一个高电平，从而产生一个脉冲。当转轴转动起来，系统就进入信号采集过程。

为了使光电传感器采集输出的信号转换成单片机定时计数所需要的脉冲信号，采用LM393电压比较器对信号进行整形。当Vin+>Vin-时，Vout输出VCC即为高电平；当Vin+

LM393由内部两个独立精确的电压比较器组成，失调电压不超过2mV。两电压比较器专门设计在电压范围较宽的单电源或双电源下工作，LM393在单电源下工作输入共模电压范围也可达零电平，另一个特点是输入差分电压范围等于电源电压，它的低输入偏置电流为25mA，低输入失调电流为±5mA，输出电压可直接与TTL及CMOS逻辑电路接口。

图3 信号采集与整形电路图

统采用LM393来进行脉冲信号整形电路的设计，图3中R4为可调电阻，当传感器的光线未被遮挡，光敏三极管饱和导通，LM393正相输入端电压Vin+接近于VCC。当传感器的光被遮挡，光敏三极管截止，LM393正相输入端电压Vin+接近于0V。调节R4使传感器的光未被遮挡时LM393输出高电平，传感器的光被遮挡时LM393输出低电平。将处理好的脉冲信号送入单片机I/O口进行计数。

显示模块：串口通信可以实现计算机对单片机的控制，通信使用3根线完成，分别是地线，发送，接收。51系列单片机自身有全双工的异步通信接口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。由于电脑的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间可采用MAX232进行电平转换。经过MAX232芯并且要容易回收利用或者通过降解等方法回归自然。产品包装必须适度，符合标准化、减量化、可回收的设计原则。在保证保护性能的前提下，将包装材料和体积用量减至最小，产生的相应废弃物也减至最小。

3.4 回收再生

低碳产品设计应把把产品使用后废弃物的处理纳入设计视野之内，由此可避免引起环境问题和资源消耗与浪费。人们应该大力提倡废旧产品的回收利用，把传统的依赖资源消耗的线性增长经济转变为依靠自然资源的生态循环来发展，形成资源—产品—废弃物—再生资源的反馈式循环过程的发展模式。如图3。废旧玻璃瓶经过回收再生为个性化相片筒，充满新意又低碳环保。