关于红外反射式光电传感器的电机测速来源:职称论文网-www.51-lunwen.com 0引言 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合。转速是电动机极为重要的一个状态参数,在很多运动系统的测控中,都需要对电机的转速进行测量,不论是直流调速系统还是交流调速系统,只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。迄今为止,测速可分为2类:模拟电路测速和数字电路测速。随着微电子技术的发展,计算机技术的广泛应用,出现了以计算机为核心的数字测速装置。这样的速度测量装置测量范围宽、工作方式灵活多变、适应面广,具有普通数字测速装置不可比拟的优越性。数字测速的基础是传感器的快速性与精确性，传感器的性能好坏直接影响整个测速系统测速的准确性，因此需要高精度的传感器与高效的辅助电路。 1传感器的介绍 1.1测速发电机 测速发电机一般用于大型的发电机和电动机，本次设计主要是测量直流马达的转速； 1.2光敏电阻 用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线反射强烈，光线照射到黑线上面时，光线反射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平; 1.3透射式光电传感器 透射式光电传感器由红外线发射管、接收管组成。发射管和接收管必须位于同一直线上，分辨率高，结构复杂; 1.4反射式光电传感器 光电传感器是使用最多的速度传感器。结构相对比较简单，安装方便，分辨率能达到本系统要求。 2红外反射式光电传感器的原理与特性及其选择 2.1红外反射式光电传感器的原理与特性 反射式光电传感器的光源有多种，常用的有红外发光二极管，普通发光二极管，以及激光二极管，前两种光源容易受到外界光源的干扰，而激光二极管发出的光的频率较集中，不容易被干扰，但传感器只能接收很窄的频率范围的光，且价格较贵。理论上光电传感器只要位于被测区域反射
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面可受到光源照射又能被接收管接收到的测量范围就能进行光电检测，然而这是一种理想的结果。因为光的反射受到多种因素的影响，如反射表面的形状、颜色、光洁度，日光、日光灯照射等不确定因素。如果直接用发射和接收管进行测量将因为干扰产生错误信号，采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准确性。红外反射光强法的测量原理是将发射信号经调制后送红外管发射，光敏管接收调制的红外信号所示。 反射光强度的输出信号电压Vout是反射面与传感器之间距离x的函数，设反射面物质为同种物质时，x与Vout的响应曲线是非线性的，如图2所示。设定输出电压达到某一阈值时作为目标，不同的目标距离阈值电压是不同的。 同时，我们利用它对颜色敏感的特点，当检测物表面为黑色时，反射光很弱，接收端检测到的光线可以忽略，使接收端呈现一种状态，例如开关管截止；当被检测物表面为白色时，反射光强烈，发射端发射的红外线被接收端全部接收，使接收端呈现另一种相反的状态，例如开关管开通。这两种相反的状态表现在电路中，就是高低电平组成的脉冲信号。 2.2传感器的型号选择 用RPR220型光电对管。RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。 RPR220采用DIP4封装，其具有如下特点： 塑料透镜可以提高灵敏度。 内置可见光过滤器能减小离散光的影响。 体积小，结构紧凑。 当发光二极管发出的光反射回来时，三极管导通输出低电平。此光电对管调理电路简单，工作性能稳定。 3电路设计 3.1RPR220外围电路设计 RPR220电路如图3所示。R1限制发射二极管的电流。发射管的电流大则发射功率大，但不能超过它的极限电流，它的极限输入正向电流为50mA。从图中可以看出，若被检测物表面为白色，发射光全部反射，光电三极管导通，经反相后输出高电平“1”；反之，则输出为低电平“0”。 3.2比较输出环节电路设计 由于接收端易受到干扰，在输出端加一级比较电路可以改善抗干扰特性，如图4。加入比较器LM319，反相端电位被设置为2.5V，若同相端电压大于2.5V，则输出高电平“1”，反之为低电平“0”。 因为从被测反射面获得的信号实际上是一个很复杂的信号,也就是说在需要的信号中还有很多不需要的噪声干扰信号,它们干扰了正常信号的作用。这种信号不能直接运用,必须进行相应的处理,其常见的处理办法就是滤波和采用史密特触发电路,可以通过硬件设计来实现，去毛刺电路如图5所示。555定时器工程施密特触发器，经过处理后输出占空比接近50%的方波。 3.3单片机外围电路 脉冲信号最终要经过单片机处理，单片机外围电路如所示。脉冲信号接入单片机的INIT0端。单片机经软件计算出转速，并通过数码管进行显示。 3.4总体电路图整体电路图如所示。 4测速模块的软件设计 4.1主程序
流程
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图 主程序是控制单片机系统按照预定的操作方式运转,它完成人机对话和各种控制功能,是单片机系统程序的框架。主程序的主要任务是完成系统自检、初始化、处理键盘命令等功能。 4.2中断程序流程图 在该数字测速系统中,主程序执行的过程中,执行了3个中断程序,即外部中断0中断、定时器0中断和定时器1中断。下面具体介绍这3个中断程序流程图: 4.2.1外部中断0中断程序流程图 如所示为外部中断0中断程序流程图。外部中断0中断程序主要用于测速起始。当测速开始时,执行外部中断0中断,外部脉冲计数加一，判断T0、T1是否开启若没有开启则开启，再判断1S定时到了没有，若1S定时到计算转速，并关INT0、T0、T1软件清零。 4.2.2T0中端服务子程序流程图 如为T0中断程序流程图。T0对内部时钟脉冲计数，T0为8位定时器，1S定时的内部时钟脉冲超过了T0上限，故采用软件延时计数。 4.2.3T1中端服务子程序流程图 如为T1中断程序流程图。T1定时1S,当一秒定时到，则置位标志位。 5结论 红外反射式光电传感器RPR220对电机测速，能够快速反应电机轴上码盘的黑白线，从555定时器输出比较完美的方波，通过单片机编写测速程序，与实际值相符，并用数码管显示。其中红外反射式光电传感器RPR220的性能比较高也对外围电路设计带来了简化。本设计系统整体性能能满足一般小电机的测速，适合于玩具车的，循迹小车的测速，但在大型电机上还有很大要改进的地方。本工程师职称论文来源于专业的发表职称论文网，如有业务需求请咨询网站客服人员！ 参考文献 [1]康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）[D].北京：高等教育出版社，2006. [2]童敏明，唐守峰.检测与转换技术[D].徐州：中国矿业大学出版社，2008. [3]曹国清.数字电路与逻辑设计[D].徐州：中国矿业大学出版社，2003. [4]邱国普，杨立.车速的检测及距离的确定[J].电子世界，2004，(11)：34～35. [4]吴建平,曹思榕.红外反射式传感器在自主式寻迹小车导航中的应用[J].中国测试技术，2004，(6)：21～23. [5].21IC中国电子网.
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