采用光電傳感器實現(xiàn)數(shù)字轉(zhuǎn)換計的模塊化設計

引 言

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

1、 測量原理

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

2、 電路構(gòu)成及軟件設計

電路結(jié)構(gòu)見圖1，因為要求體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同時完成測量和顯示是不行的，掃描功能將嚴重影響CPU的測量。因此，采用兩片ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C2051單片機來分別擔任，AT89C2051具有內(nèi)置2KB的EEPROM程序存儲器和128個字節(jié)的RAM，且每個引腳能夠吸入20mA的電流等這些良好特性。CPU1用來測量旋轉(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平時只是在不斷地掃描顯示數(shù)據(jù)，當CPU1發(fā)送數(shù)據(jù)過來時，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，編程簡單，實現(xiàn)了模塊化設計。CPU之間采用串行接口方式2，以中斷形式進行通信。CPU2的通信部分程序清單如下：

3、結(jié)論

經(jīng)過實際使用，我們設計的轉(zhuǎn)速計達到了預先設想的目的，使用方便可靠，而且因為這樣的結(jié)構(gòu)設計使得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切換開關(guān)，增加了光電計數(shù)器的功能（探頭是共用的）。另外，我們還可以把CPU2及四位LED共陽數(shù)碼管構(gòu)成一個通用顯示模塊，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，如果我們在設計其他的電路時，如果要用到LED數(shù)碼管顯示，不必再編程制版，只要使用這個通用顯示模塊即可，簡單方便。這種顯示模塊如果不擴充輸入輸出口線，最多可以進行五位的七段數(shù)碼管顯示。

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