一種基于紅外線的轉(zhuǎn)速測量儀研究及設計

　　2.1 系統(tǒng)硬件設計

　　根據(jù)紅外測速的原理，系統(tǒng)的電路設計如圖2所示。

　　本系統(tǒng)采用AT89C52單片機，它是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8KB的可反復擦寫的Flash程序存儲器和256B的隨機數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，與標準MS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置有8位中央處理器（CPU）。功能強大的AT89C52單片機適用于許多較為復雜的控制應用場合。

　　電路中選用紅外光敏二極管作為受光器件，它與紅外發(fā)光二極管一起組成一對紅外發(fā)射接收管，紅外光敏二極管在電路中處于反向工作狀態(tài)。沒有光照射時，光敏二極管處于截止狀態(tài)，反向電阻很大，反向電流（暗電流）很小。隨著光照的增強，光敏二極管處于導通狀態(tài)，其反向電阻減小，反向電流（光電流）增大，其光電流與照度之間呈線性關系。

　　轉(zhuǎn)速顯示選用字符型液晶顯示模塊（LCM）JHD12864，可顯示16×8或16×16點陣字符。其主控制驅(qū)動電路為HD44780，具有標準的接口特性，適配M6800系列和MCS-51系列MCU的操作時序；模塊內(nèi)部具有64個字節(jié)的自定義字符RAM，可自定義顯示字符。該模塊采用+5V電源供電，共有20個引腳，其與單片機的接口路如圖2所示,其中可變電阻RW2用來調(diào)節(jié)顯示器的對比度。

　　3.2系統(tǒng)軟件設計

　　3.2.1計時方案的選擇

　　根據(jù)計時方案的不同，目前數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量裝置的計時方法主要有M 法、T法和同步M／T法。M 法測速是在相等的時間間隔△t內(nèi)讀取脈沖數(shù)M，由M／△t計算出轉(zhuǎn)速，速度越高在△t時間內(nèi)計得的M 就越多，由±1個計數(shù)脈沖誤差所引起的轉(zhuǎn)速測量誤差就越小，故該法適用于高速。T法測速是根據(jù)相鄰兩個脈沖時間間隔對應的時鐘脈沖計數(shù)值m 來計算轉(zhuǎn)速的，轉(zhuǎn)速越慢或每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)越多，其計數(shù)值m就越多，計數(shù)器±l個計數(shù)脈沖所引起的誤差就越小，故該法適用于低速。上述兩種方法測量的絕對誤差反比于速度采樣時間T(Hp：時間間隔△t或計數(shù)值m)，因此在穩(wěn)態(tài)測量和實時性要求不高的場合，可取較大的T 以保證足夠的測量精度。但在動態(tài)測量和實時控制系統(tǒng)中，往往對轉(zhuǎn)速測量的實時性有較高的要求。因此，采樣時間T不能隨意取大，為了解決既要周期小，又要測速精度高的矛盾，可采用同步M/T法。這種方法的特點是不固定定時時間△t′，以記錄到完整的盤脈沖為準，主要是設法使M 與△t′同步，從整數(shù)個盤脈沖開始計時，同樣在整數(shù)個盤脈沖結(jié)束計時，記錄到的是整數(shù)個盤脈沖，且與計時是“同步” 的。其原理如圖3所示，在采樣時間△t時間內(nèi)實際計時時間△t′開始于第一盤脈沖的下降沿，終止于最后一個脈沖的下降沿，因而得到整數(shù)個盤脈沖，消除了M 法和T法中±1個脈沖引入的誤差。鑒于幾種方法的比較，在設計中采用同步M/T法設計本測速系統(tǒng)。