采用光電傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)字轉(zhuǎn)換計(jì)的模塊化設(shè)計(jì)

引 言

在工業(yè)控制中經(jīng)常要進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量，一般采用的是接觸式轉(zhuǎn)速計(jì)，這種轉(zhuǎn)速計(jì)必須頂在轉(zhuǎn)軸中心才能進(jìn)行測(cè)量，使用起來不方便，而且局限性很大，安全性也不是很好。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了采用光電傳感器的非接觸式轉(zhuǎn)速計(jì)，測(cè)量范圍從1．0～9999轉(zhuǎn)／分鐘，四位數(shù)碼管顯示，當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)速小于1000轉(zhuǎn)／分鐘時(shí)，精確到0.1轉(zhuǎn)／分鐘。

1、 測(cè)量原理

在被測(cè)旋轉(zhuǎn)軸上貼一片鋁箔作為反光體，當(dāng)反光體轉(zhuǎn)到光電傳感器的正前方時(shí)，光電傳感器發(fā)出的紅外光束被反射回來，同時(shí)被光電傳感器上的紅外接收管接收，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，我們利用這個(gè)信號(hào)的邊沿觸發(fā)單片機(jī)內(nèi)部的高精度定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，精度可達(dá)1μs，當(dāng)反光體再次轉(zhuǎn)到光電傳感器的正前方時(shí)，利用光反射信號(hào)的邊沿停止單片機(jī)計(jì)時(shí)。這樣轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)周期t就被精確地測(cè)量出來了，然后單片機(jī)把周期換算成轉(zhuǎn)速并通過LED數(shù)碼管顯示出來。

2、 電路構(gòu)成及軟件設(shè)計(jì)

電路結(jié)構(gòu)見圖1，因?yàn)橐篌w積小巧且顯示亮度高，因此，采用掃描顯示模式，然而，用一片CPU同時(shí)完成測(cè)量和顯示是不行的，掃描功能將嚴(yán)重影響CPU的測(cè)量。因此，采用兩片ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C2051單片機(jī)來分別擔(dān)任，AT89C2051具有內(nèi)置2KB的EEPROM程序存儲(chǔ)器和128個(gè)字節(jié)的RAM，且每個(gè)引腳能夠吸入20mA的電流等這些良好特性。CPU1用來測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)周期并換算成轉(zhuǎn)速，然后把顯示數(shù)據(jù)發(fā)送給CPU2，CPU2平時(shí)只是在不斷地掃描顯示數(shù)據(jù)，當(dāng)CPU1發(fā)送數(shù)據(jù)過來時(shí)，CPU2產(chǎn)生中斷，立即接收數(shù)據(jù)，然后更新顯示數(shù)據(jù)，這樣在四位LED數(shù)碼管上的數(shù)據(jù)就被立即更新了。采用兩片CPU的好處是電路結(jié)構(gòu)清晰，編程簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)。CPU之間采用串行接口方式2，以中斷形式進(jìn)行通信。CPU2的通信部分程序清單如下：

3、結(jié)論

經(jīng)過實(shí)際使用，我們?cè)O(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速計(jì)達(dá)到了預(yù)先設(shè)想的目的，使用方便可靠，而且因?yàn)檫@樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得CPU1的輸入／輸出口占用極少，因此還可以拓展它的功能。例如我們安裝了一個(gè)切換開關(guān)，增加了光電計(jì)數(shù)器的功能（探頭是共用的）。另外，我們還可以把CPU2及四位LED共陽(yáng)數(shù)碼管構(gòu)成一個(gè)通用顯示模塊，除顯示0～9等數(shù)字外，還可以顯示例如A－J、L、O、P、q、r、U、Y等字符。這樣，如果我們?cè)谠O(shè)計(jì)其他的電路時(shí)，如果要用到LED數(shù)碼管顯示，不必再編程制版，只要使用這個(gè)通用顯示模塊即可，簡(jiǎn)單方便。這種顯示模塊如果不擴(kuò)充輸入輸出口線，最多可以進(jìn)行五位的七段數(shù)碼管顯示。

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