1、 光信息科学与技术课程设计报告光信息科学与技术课程设计报告 设计题目： 光电转速计设计 专 业：光信息科学与技术 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导老师： 设计时间： 2012 年下学期 2012 年 7 月 1 日 2 目录目录 一、系统方案设计 3 1.1 概述 3 1.2 系统方案图 3 二、工作原理 4 2.1 电动机控制模块设计 4 2.1.1 电机控制系统电路原理. 4 2.1.2 控制单元主要元器件的选择. 4 2.2 光电检测模块设计. 5 2.2.1 光电耦合器. 5 2.2.2 光电耦合开关. 7 2.3 数据处理及显示模块 8 2.3.1 数据处理及显示模块原理. 8
2、2.3.2 主要元器件的介绍. 9 三、实验测试过程及结果. 11 3.1 实验过程 . 11 3.2 实验结果 . 12 四、课程设计心得体会. 12 五、参考文献. 13 3 一、系统方案一、系统方案设计设计 1.1 1.1 概述概述 在工业生产和科学实验中，转速的测量是一个很重要的问题。有关测量转子 速度的方法有很多， 但大部分比较复杂。 物体运动的速度可分为线速度和加速度。 随着生产过程自动化程度的提高， 开发出了各种各样的检测线速度和角速度的方 法，如磁电式速度计、光电速度计、测速发动机等。 由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多，一般情况下又具有非接触、高 精度、高分辨率、高可靠性
3、和响应快等优点，加之激光光源、光栅、CCD 器件、 光导纤维等的相继出现和成功应用，以及电子技术、数字化的智能仪表的迅速发 展，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。 1.2 1.2 系统方案系统方案图图 图 1 系统方案框图 图 2 系统方案实物图 光电传感器装置 数据采集卡 A/D 单 片 机 处 理 单 元 放大、整形电路 电 机 调 速 系 统 面板控制接口 片外存储器 显 示 单 元 LED 4 二二、工作原理、工作原理 本转速计系统主要包含电动机控制模块、光电检测模块、数据处理及显示三 大模块，通过对信号的采集、A/D 转换、信号滤波、整流、稳压、放大等一系列 的处理，使
4、其转换为可以被单片机识别处理的高低电平脉冲信号，利用 AT89S51 单片机以及 ICL7109 A/D 转换芯片完成对信号的计数及显示处理，使 LED 数码显 示管能够直接显示出电机的转速。 2.1 2.1 电动机控制模块设计电动机控制模块设计 2.1.1 2.1.1 电机控制系统电路原理电机控制系统电路原理 下图为电机控制系统电路原理图： 直流电动机的转速与加在电动机两端的电 压成正比，电压越高，转速越快。该电路采用电压反馈方式控制电动机的转速， NE555 为比较器工作方式，3 脚输出电压的占空比受 2 脚电压的控制，调节 W1 可 以设定电动机的转速。当电动机两端电压增大时，其转速超过
5、设定的转速，此时 R1 上电压降增大，该压降馈送到 NE555 的 2 脚，则 3 脚输出脉冲电压的占空比 减小，即脉冲高电平时间变短，Q1 导通时间缩短，加到电动机两端电压降低， 电动机转速下降，从而保持电动机转速为恒定值。 图 3 电机控制系统原理图 2.1.2 2.1.2 控制单元主要元器件的选择控制单元主要元器件的选择 控制单元主要采取了 NE555 芯片，它属于 555 系列的计时 IC 的其中的一种 型号，555 系列 IC 的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不 同其稳定度、省电、可产生 的振荡频率也不大相同；而 555 是一个用途很广且 R4 6.8k R1 1
6、R2 20K C3 0.1uF D3 1N4148 R3 500 R5 100K CTL 5 GND 1 OUT 3 RST 4 THR 6 TRIG 2 DISC 7 VCC 8 U1 NE555N(8) E3 1uF/25V Q1 TIP42C M+ M- W1 10K VCC12 R6 100k 5 相当普遍的计时 IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不 同频率之脉波讯号。 图 4 NE555 芯片及其内部功能框图 选取该芯片其是因为它具有以下特点： 只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范 围极广，可由几微秒至几小时之久。 它的操作电源范围极大，可与 TTL，CMOS 等逻辑电路配合，也就是它的 输出电平及输入触发电平， 均能与这些系列逻辑电路的高、 低电平匹配。 其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。 2.22.2 光电检测模块设计光电检测模块设计
