基于光电传感器的直流电机转速测量系统设计-课设报告

目录：

1、摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------3

2、系统结构----------------------------------------------------------------------------------------------3

3、获取脉冲信号的方法----------------------------------------------------------------------------4 3、1霍尔传感器-------------------------------------------------------------4 3、2 光电传感器-------------------------------------------------------------5 3．3光电编码器-------------------------------------------------------------6

4、硬件连接图及原理------------------------------------------------------------------------------6

5、实验程序及分析-----------------------------------------------------------------------------------8 6．仿真-----------------------------------------------------------------15

电机课程设计

题目：电机转速测量系统

院（系）：

专业：

学生姓名：

学号：

指导教师：

职称：

目录：

1、摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------3

2、系统结构----------------------------------------------------------------------------------------------3

3、获取脉冲信号的方法----------------------------------------------------------------------------4 3、1霍尔传感器-------------------------------------------------------------4 3、2 光电传感器-------------------------------------------------------------5 3．3光电编码器-------------------------------------------------------------6

4、硬件连接图及原理------------------------------------------------------------------------------6

5、实验程序及分析-----------------------------------------------------------------------------------8 6．仿真-----------------------------------------------------------------15

光电转速控制实验报告

1. 引言

光电转速控制是一种常见的控制方法，可以通过光电传感器来检测旋转物体的转速，并通过控制系统调整旋转物体的转速。本实验旨在通过搭建光电传感器和电机的实验装置，探究光电转速控制方法的原理和应用。

2. 实验装置

本实验采用以下装置进行实验：

- 光电传感器：用于检测旋转物体的转速。

- 直流电机：用于旋转物体。

- 控制系统：用于接收光电传感器的信号并控制电机转速。

3. 实验步骤

3.1 搭建实验装置

首先，我们搭建实验装置。将光电传感器固定在旋转物体旁边，以便检测转速。连接光电传感器和控制系统，并将控制系统连接到直流电机。确保装置连接正确，并进行相应的校准。

3.2 测试光电传感器输出

接下来，我们测试光电传感器的输出信号。将旋转物体手动旋转，观察光电传感器输出的信号波形，并确定光电传感器的输出频率与旋转物体的转速之间的关系。

3.3 设计转速控制算法

根据光电传感器的输出信号和控制系统的输入要求，设计合适的转速控制算法。可以根据传感器输出频率与旋转物体转速的关系，计算出控制系统需要输出的电机驱动信号。

3.4 实施转速控制

根据设计的转速控制算法，将控制系统调整为相应的控制模式，并观察光电传感器和控制系统的反馈信号。通过调整控制系统的输出信号，控制电机的转速，并观察转速是否能够达到预期的目标值。

3.5 结果分析

根据观察到的实验结果，分析光电转速控制方法的性能。比较设定值和实际值之间的差异，并讨论可能的原因。根据实验结果，评价控制系统的稳定性和准确度。

4. 结论

通过本次光电转速控制实验，我们探索了光电转速控制方法的原理和应用。通过搭建实验装置、测试光电传感器输出信号、设计转速控制算法和实施转速控制等步骤，我们成功地达到了预期的实验目标。

基于光电传感器的转速测量系统设计光电传感器是一种常用于转速测量的传感器，它能够通过感知物体的运动而产生电信号。基于光电传感器的转速测量系统设计主要包括传感器的选择和安装、信号处理电路的设计以及数据显示和记录等方面。

首先，传感器的选择和安装非常关键。根据测量需求和环境条件，选择适合的光电传感器。一般来说，旋转物体上安装一对光电传感器，通过测量旋转物体上反射的光电信号的变化来计算转速。传感器的安装位置应该使得光线能够正常照射到旋转物体上，并且避免其他干扰光线的干扰。

其次，信号处理电路的设计是转速测量系统设计的核心。传感器输出的光电信号通常是脉冲信号，需要通过信号处理电路转换为方便处理的电压或电流信号。常用的信号处理电路包括信号放大电路、滤波电路和计数电路。信号放大电路将传感器输出的脉冲信号放大到适合测量范围的电压或电流范围；滤波电路去除噪声干扰，使得测量信号更加稳定和准确；计数电路计算单位时间内脉冲信号的数量，从而计算出转速。

最后，数据显示和记录是转速测量系统设计的最后一步。通过数字显示仪表或者计算机界面显示测量结果，并且可以进行数据记录和存储。可以根据实际需求选择合适的数据显示和记录方式，比如使用串口通信将数据传输到计算机上进行处理和存储。

总体来说，基于光电传感器的转速测量系统设计需要考虑传感器的选择和安装、信号处理电路的设计以及数据显示和记录等方面。在设计过程中，应根据实际需求合理选择传感器和设计适应的信号处理电路，以确保转速测量系统的准确性和稳定性。

北京信息科技大学

测控综合实践

课程设计报告

题目：基于光电传感器的直流电机转速测量系统设计学院：仪器科学与光电工程学院

专业：测控技术与仪器

学生姓名：

摘要

摘要

基于单片机的转速测量方法较多，本次设计主要针对于光电传感器测量直流电机转速的原理进行简单介绍，并说明它是如何对电机转速进行测量的。通过实验得到结果并进行了数据分析。

本次设计应用了STC89C52RC单片机，采用光电传感器测量电机转速的方法，其中硬件系统包括脉冲信号的产生模块、脉冲信号的处理模块和转速的显示模块三个模块，采用C语言编程，结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。

关键词：直流电机；单片机；PWM调节；光电传感器

Abstract

目录

摘要................................................................................................I 第一章概述 (1)

1.1 课设目标 (1)

1.2 内容 (1)

第二章系统设计原理 (2)

2.1 STC89C52单片机介绍 (2)

2.2 STC89C52定时计数器 (4)

2.3 STC89C52中断控制 (6)

2.4 光电传感器 (6)

2.5 数码管介绍 (7)

第三章硬件系统设计 (10)

3.1测速信号采集及其处理 (10)

3.2 单片机处理电路设计 (11)

3.3 显示电路 (12)

3.4 PWM驱动电路 (13)

第四章软件设计 (14)

4.1语言选用 (14)

4.2程序设计流程图 (14)

基于光电传感器的转速测量系统设计

本文描述了一个基于光电传感器的转速测量系统的设计。该系统使用红外光电传感器来检测旋转物体的旋转速度。系统基于Arduino Uno开发板，通过编程实现。系统中使用了两个红外光电传感器，一个计数器模块以及LCD显示模块。传感器被安装在旋转物体的一侧，计数器模块根据传感器检测到的信号来计数，从而得到旋转速度。LCD显示模块用于实时显示测量结果。

系统的设计主要包括硬件设计和软件设计。硬件设计包括选择适当的传感器、计数器模块和LCD显示模块，以及将它们连接在一起。软件设计包括编写控制程序以读取传感器信号并计算旋转速度，以及将结果显示在LCD上。

在软件设计中，编写了一个控制程序来读取传感器的信号并计算旋转速度。在本系统中，使用Arduino IDE编程软件来编写控制程序。程序首先读取两个传感器的状态，并将其与先前保存的状态进行比较。如果传感器状态变化了，则程序会使用计数器模块来计数器，从而得到旋转速度。程序然后将结果显示在连接的LCD显示模块上。程序还包括了一些常规功能，例如设置LCD显示模块和串口通信。

该系统具有简单、低成本和易于操作的特点。它可用于检测轮轴、飞轮、机械手等物体的转速。当然，该系统也可以根据实际需要进行修改和扩展。该系统具有广泛的应用前景，尤其是在机械制造、航空航天、汽车等行业中。

课程设计说明书

题目基于光电传感器的转速测量系统设计课程名称电力电子技术课程设计

课程设计任务书

课程名称检测技术与系统课程设计院（系、部、中心）电力工程学院

专业电气工程及其自动化

班级电气101 起止日期 13.6.3~6.14

指导教师

5．课程设计进度安排

起止日期工作容

13年6月4日布置设计任务，熟悉课题，查找资料；

13年6月5日

结合测控对象，选择合适的传感器，理解传感器性能；

13年6月6日设计传感器测量电路，选择合适的单片机，设计其外围电路；

13年6月7日设计电路参数，有条件情况下，在实验室进行实验，进一步理解测量电路输入输出关系；

13年6月8日继续设计论证电路参数，完善系统设计方案；

13年 6月 9日查找资料，理解系统各部分工作原理；

13年 6月 10日理清系统说明要点，着手设计说明书的书写；

13年 6月 11日书写设计说明书，充分理解系统每一部分作用；

13年 6月 12日完善设计说明书，准备设计答辩。

13年 6月 14日设计答辩。

6．成绩考核办法

平时表现30%，设计成果40%，答辩表现30%.

教研室审查意见：

教研室主任签字：

年月日院（系、部、中心）意见：

主管领导签字：

年月日

目录

二、课程设计正文

1、光电传感器的应用概述

2、系统工作原理及方案

（1）系统框图

（2）光电传感器原理

(3)转速测量原理

3、系统硬件电路设计

（1）光电转换及信号调理电路

（2）脉冲产生电路设计

4、系统软件电路设计

（1）AT89C52基本性能及最小系统

（2）系统软件程序设计

（3）系统仿真结果

5、课程设计总结

6、主要参考文献

传感器测转速实验报告

传感器测转速实验报告

一、引言

传感器是现代科技中的重要组成部分，它们能够将物理量转化为可测量的电信号，广泛应用于各个领域。转速是衡量机械设备运行状态的重要指标，因此传

感器测转速的实验具有重要的意义。本文将介绍一种基于传感器的转速测量方法，并对实验结果进行分析和讨论。

二、实验目的

本实验的目的是通过传感器测量转速，并验证其准确性和可靠性。通过实验，

我们希望了解传感器测速原理、测量误差的来源以及如何提高测量精度。

三、实验装置和方法

1. 实验装置

本实验使用了一台带有转轴的电机作为被测对象，采用了一种基于光电传感器

的转速测量方法。实验中使用的光电传感器由发光二极管和光敏二极管组成，

通过光电效应实现转速的测量。

2. 实验方法

首先，将光电传感器固定在电机旁边的合适位置，并调整传感器与转轴的距离，使其能够准确感知转轴的运动。然后，将传感器的输出信号连接到示波器上，

并设置适当的测量参数。最后，启动电机，记录示波器上显示的转速数据。

四、实验结果与分析

在实验中，我们对电机进行了多次测速，并记录了每次实验的转速数据。通过

对数据的分析，我们得出了以下结论：

1. 测量误差

在实验中，我们发现传感器测量的转速与实际转速存在一定的误差。这主要是由于传感器本身的精度限制、环境因素以及测量方法等因素所导致的。为了减小误差，我们可以通过校准传感器、提高测量环境的稳定性以及改进测量方法等方式来提高测量精度。

2. 转速变化规律

通过对实验数据的分析，我们发现转速在启动和停止过程中会有一定的变化规律。在启动过程中，转速呈现出逐渐增加的趋势，直到达到稳定状态。而在停止过程中，转速则逐渐减小，直到停止。这种变化规律与电机的运行原理密切相关，对于电机的正常运行具有重要意义。

课程设计说明书

题目基于光电传感器的转速测量系统设计课程名称电力电子技术课程设计

院（系、部、中心）

专业电气工程及其自动化

班级

学生姓名

学号240102224

设计时间2013. 6.3 ~ 6.14

设计地点工程实践中心8—315

指导教师

课程设计任务书

课程名称检测技术与系统课程设计院（系、部、中心）电力工程学院

专业电气工程及其自动化班级电气101

起止日期13.6.3~6.14

指导教师许大宇

1、李现明，吴皓编著.自动检测技术.北京：机械工业出版社，2009

2、徐仁贵.单片微型计算机应用技术.北京：机械工业出版社.2001

3、陈爱弟.Protel99实用培训教程.北京：人民邮电出版社.2000

5．课程设计进度安排

起止日期工作内容

13年6月4日布置设计任务，熟悉课题，查找资料；

13年6月5日结合测控对象，选择合适的传感器，理解传感器性能；

13年6月6日设计传感器测量电路，选择合适的单片机，设计其外围电路；

13年6月7日设计电路参数，有条件情况下，在实验室进行实验，进一步理解测量电路输入输出关系；

13年6月8日继续设计论证电路参数，完善系统设计方案；

13年6月9日查找资料，理解系统各部分工作原理；

13年6月10日理清系统说明要点，着手设计说明书的书写；

13年6月11日书写设计说明书，充分理解系统每一部分作用；

13年6月12日完善设计说明书，准备设计答辩。

13年6月14日设计答辩。

6．成绩考核办法

目录

二、课程设计正文

1、光电传感器的应用概述

2、系统工作原理及方案

（1）系统框图

（2）光电传感器原理

(3)转速测量原理

基于光电效应的转速测量仪设计

摘要

随着电子技术、通信技术、计算机技术的发展，数字化的智能仪表是当代的发展趋势。单片机与工业控制行业也有了紧密的联系，通过单片机实现控制过程的自动化，也是现代工业的重要标志。单片机微处理器体积小、功能强、功耗小、性价比高的突出优点，表现出了强有力的生命力，越来越受各行业的青睐。顺应形势，本文设计了一种基于AT89C51的全数字式转速测量仪。

本文首先介绍了单片机测量转速的系统构成以及转速测量的“M”法（测频法），并介绍了其测量上的特点、计算和误差分析。其次，针对测量环境，设计了一种基于AT89C51单片机的全数字式测速系统，它是由光电传感器、LM324运算放大器、74HC14整形芯片、AT89C51单片机、键盘电路、显示接口电路等组成，实现了全数字的测速功能。该仪器操作方便，测量精确度高。另外，简单的阐述了测速系统的工作原理以及数字测速仪机械原理。本文是运用固定在旋转设备壳体上的发光二极管发光，通过与高速转轴同步的带孔圆盘，照射到集成电路板上的光电转换元件，通过引线引出，与外部的单片机、LED显示器相接。

该测速系统精确度为0.1min

/r，全量程的测速误差达到0.005%，并且是一种便携式测速仪器，使用操作方便简单，抗干扰能力强。

关键词：AT89C51单片机；转速；测量精度

The design of speed measuring instrument based on

photoelectric effect

Abstract

With the development of electronic technology, communication technology and computer technology, digital intelligent instrument is the contemporary trends. SCM and industrial control industry have also had close contact, Microprocessor control of process automation is the core sign of modern industry. Microprocessor is with these outstanding merits of small size, strong function, power consumption and cost-effective, showing a strong vitality and more favored by the industry. Conform to the situation, the paper designs a fully digital speed measuring instrument based on AT89C51.

光电式传感器的转速测量实验

一、实验目的

1.了解光电式传感器的基本结构。

2.掌握光电式传感器及其转换电路的工作原理。

3.掌握差动变压器的调试方法。

二、实验原理

1.光断续器原理如图 15-1 所示，一个开口的光耦合器，当开口处被遮住时，光敏三极管接收不到发光二极管的光信号，输出电压为 0，否则有电压输出。

测速装置示意图1.1 光断续器示意图1.2

如图测速装置示意图1.1，其中微型电动机带动转盘在两个成90度的光继续器的开口中转动，转盘上一半为黑色，另一半透明，转动时，两个光继续器将输出不同相位的方波信号，这两个方波信号经过转换电路中的四个运放器，可输出相位差分别为0°、90°、180°、270°的方波信号，它们的频率都是相同的，其中任意一个方波信号均可输出至频率表显示频率。方波信号经整形电路后可转换为电压信号进行显示。原理如图1.4

3.微型电动机的转速可调，电路图如图所示，调节电位器RP可输出 0～12V 的直流电压。

电机调速电路图1.3

光电传感器实验原理图1.4

三、实验过程与数据处理

1.转换电路的输出UOUT接到数字电压表上；0°输出端接至频率表。

2.接通电源，调节电位器RP使输出电压从最小逐渐增加到最大，观察数字电压表上显示

四、问题与讨论

1.怎样根据显示的频率换算出电动机的转速？

如果显示频率是电机转子电压频率的话，那么电动机的转速等于定子与转子的频率差，然后乘以60，再除以电机的极对数，就是电动机的异步转速。如果是同步机的话，那就是显示频率*60/电机极对数就可以了。即是，转速用n 表示，频率 f，电机极对数p. 那么转速的计算公式n=60*f/p，f的单位是Hz，的单位RPM.

一、概述

该课程设计是关于直流电动机转速的测量。转速是电动机极为重要的一个状态参数，一般是指电机转子的每分钟转数，通常用r/min表示。本次课程设计选用光电测

速法，测量电路由光电转换电路，整形电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，时序控制电路和计数、译码、驱动、显示电路构成，电机转速的测量范围为600r/min~30000r/min，测量的相对误差＜1%并用5位LED数码管显示出相应的电机转速。

本次课设需满足以下设计要求：

1根据技术指标，设计各部分电路并确定元器件参数；

2. 用5位LED数码管显示出相应的电机转速；

3. 画出电路原理图（元器件标准化，电路图要规范化）。

二、方案论证

本课程设计是设计电机转速测量系统，采用光电测速方案，将转速信号转化为脉冲信号，然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量，方案中包括光电转换电路，整形电路，闸门电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，控制电路和计数、译码、驱动、显示电路。原理方框图如图1所示：

图1电机转速测量系统原理框图

在电动机转轴上安装一个圆盘，在圆盘上打6个均匀小孔。当电动机旋转时光源通过小孔投射到光敏三极管上，就产生了一序列的脉冲信号，光敏三极管产生的脉冲信号频率与电机转速成正比。脉冲信号经过整形电路转变成方波，再用二倍频电路使整形后的信号频率变为原来的二倍。再由晶体振荡电路输出的信号经过215分频电路,

产生1Hz的基准信号，再经过10分频，便可产生一个0.1Hz的基准信号，该基准信号用来控制闸门电路，把经过倍频的光电转换后的信号计数并显示出来

光电传感器测转速实验报告

光电传感器测转速实验报告

引言：

光电传感器是一种常见的测量设备，其原理是利用光电效应将光信号转换为电信号，用于测量物体的转速。本实验旨在通过光电传感器测量转速的实验，探究光电传感器的工作原理和应用。

一、实验设备和原理

实验中使用的光电传感器是一种主动式传感器，它由光电二极管和发光二极管组成。当物体经过光电传感器时，发光二极管会发出光束，光电二极管会接收到反射回来的光信号。根据光电二极管接收到的光信号的强度变化，可以推算出物体的转速。

二、实验步骤和结果

1. 实验准备：将光电传感器固定在转轴上，调整好与被测物体的距离。

2. 实验操作：启动转轴，使被测物体以一定的转速旋转。通过光电传感器接收到的光信号的强度变化，记录下物体的转速。

3. 实验记录：将实验过程中的数据记录下来，并进行整理和分析。

三、实验结果分析

通过实验记录的数据，我们可以得出一些结论。首先，光电传感器对于转速的测量具有一定的精确性和稳定性。其次，光电传感器对于不同转速的物体有不同的响应。在低转速下，光信号的强度变化较小，而在高转速下，光信号的强度变化较大。这是因为在高速旋转的物体上，光电传感器接收到的光信号的频率会增加，从而导致光信号的强度变化更加明显。

四、实验误差和改进

在实验过程中，可能会存在一些误差。首先，由于光电传感器的灵敏度限制，

对于转速较高的物体，可能无法准确测量其转速。其次，光电传感器与被测物

体之间的距离也会对测量结果产生影响。如果距离过远或过近，都会导致光信

号的强度变化不明显，从而影响测量的准确性。

光电式传感器的转速测量实验报告

一、实验目的

本实验旨在通过使用光电式传感器来测量旋转物体的转速，掌握光电式传感器的工作原理和使用方法，并能够分析和解决在实验中遇到的问题。

二、实验原理

1. 光电式传感器的工作原理

光电式传感器是一种将光信号转换为电信号的装置。它由发射装置和接收装置组成。发射装置发出一束光线，当有物体经过时，会遮挡部分或全部的光线，使接收装置接收到不同强度的光信号，从而产生不同大小的电信号。通过对这些电信号进行处理，就可以得到物体运动状态等相关信息。

2. 转速测量原理

利用光电式传感器测量旋转物体的转速时，需要将传感器安装在旋转轴上，并将发射装置和接收装置分别安装在轴上相对位置固定的两个位置上。当物体旋转时，每当有一个凸起部分经过传感器时，就会遮挡掉部分或全部的光线，从而产生一个脉冲信号。通过计算单位时间内脉冲数量即可得到物体的转速。

三、实验步骤

1. 准备工作：将光电式传感器安装在旋转轴上，并将发射装置和接收

装置分别安装在轴上相对位置固定的两个位置上。

2. 调试传感器：将传感器接入示波器，观察输出信号是否正常。如有

异常，需要进行调整或更换。

3. 测量转速：启动旋转物体，记录单位时间内脉冲数量，并计算得到

物体的转速。

4. 重复测量：多次进行测量，取平均值，并比较各次测量结果的差异。

四、实验注意事项

1. 传感器的安装位置应固定，避免在运行过程中产生移动或晃动。

2. 传感器与示波器等设备的接线应正确连接，避免接触不良或短路等

问题。

3. 实验中要注意安全，避免伤害自己或他人。

五、实验结果分析

课程设计说明书

题目基于光电传感器的转速测量系统设计课程名称电力电子技术课程设计

院（系、部、中心）

专业电气工程及其自动化

班级

学生姓名

学号240102224

设计时间2013. 6.3 ~ 6.14

设计地点工程实践中心8—315

指导教师

课程设计任务书

课程名称检测技术与系统课程设计院（系、部、中心）电力工程学院

专业电气工程及其自动化

班级电气101 起止日期13.6.3~6.14

指导教师许大宇

(1)给出设计说明书一份；

(2)有条件的情况下尽量给出必要的实验数据；

(3)在说明书中附上完整的系统电路原理图（手画或用PROTEL画）。

4．主要参考文献

1、李现明，吴皓编著.自动检测技术.北京：机械工业出版社，2009

2、徐仁贵.单片微型计算机应用技术.北京：机械工业出版社.2001

3、陈爱弟.Protel99实用培训教程.北京：人民邮电出版社.2000 5．课程设计进度安排

13年6月4日布置设计任务，熟悉课题，查找资料；

13年6月5日结合测控对象，选择合适的传感器，理解传感器性能；

13年6月6日设计传感器测量电路，选择合适的单片机，设计其外围电路；

13年6月7日设计电路参数，有条件情况下，在实验室进行实验，进一步理解测量电路输入输出关系；

13年6月8日继续设计论证电路参数，完善系统设计方案；

13年6月9日查找资料，理解系统各部分工作原理；

13年6月10日理清系统说明要点，着手设计说明书的书写；

13年6月11日书写设计说明书，充分理解系统每一部分作用；

13年6月12日完善设计说明书，准备设计答辩。

13年6月14日设计答辩。