非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置

1、非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置指導(dǎo)老師指導(dǎo)老師: :肖運(yùn)虹肖運(yùn)虹參賽學(xué)生參賽學(xué)生: :羅賢凱，嚴(yán)科，雷焓，唐曉旭，鄧亮羅賢凱，嚴(yán)科，雷焓，唐曉旭，鄧亮作品中涉及到的激光方向性好、亮度極高激光方向性好、亮度極高激光的信號(hào)傳遞技術(shù)激光的信號(hào)傳遞技術(shù)激光的信號(hào)傳遞技激光的信號(hào)傳遞技術(shù)術(shù)激光的信號(hào)傳遞技術(shù)激光的信號(hào)傳遞技術(shù)激光的信號(hào)傳遞技術(shù)激光的信號(hào)傳遞技術(shù)方法和技術(shù)方法和技術(shù)光電轉(zhuǎn)換技術(shù)光電轉(zhuǎn)換技術(shù) 信息調(diào)理技術(shù)信息調(diào)理技術(shù)單片機(jī)處理技術(shù)單片機(jī)處理技術(shù)激光采集激光采集 時(shí)鐘模塊時(shí)鐘模塊 鍵盤輸入鍵盤輸入液晶顯示液晶顯示 MCU處理器處理器作品的設(shè)計(jì)框圖作品的設(shè)計(jì)框圖作品的外觀圖作品的外觀圖

2、底部開關(guān)底部開關(guān)頂部激光頭頂部激光頭液晶顯示液晶顯示控制按鍵控制按鍵 作品展示作品展示激光的主要特點(diǎn)激光的主要特點(diǎn)（一）定向發(fā)光（一）定向發(fā)光（二）亮度極高（二）亮度極高（三）顏色極純（三）顏色極純（四）能量密度極大（四）能量密度極大作品設(shè)計(jì)的物理思想作品設(shè)計(jì)的物理思想通過與轉(zhuǎn)速相關(guān)的物理通過與轉(zhuǎn)速相關(guān)的物理量作為觸發(fā)信號(hào)，通過激光量作為觸發(fā)信號(hào)，通過激光反射經(jīng)接收管接收而獲得電反射經(jīng)接收管接收而獲得電信號(hào)，然后將該電信號(hào)在單信號(hào)，然后將該電信號(hào)在單位時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，即可得到位時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，即可得到該定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。該定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。由角速度公式的定義可由角速度公式的定義可知單位時(shí)間

3、轉(zhuǎn)過的角度除以知單位時(shí)間轉(zhuǎn)過的角度除以所用時(shí)間即為角速度。而轉(zhuǎn)所用時(shí)間即為角速度。而轉(zhuǎn)速是指單位時(shí)間內(nèi)物體做圓速是指單位時(shí)間內(nèi)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的次數(shù)。現(xiàn)設(shè)通過單周運(yùn)動(dòng)的次數(shù)?，F(xiàn)設(shè)通過單片機(jī)捕獲每轉(zhuǎn)一圈所用時(shí)間片機(jī)捕獲每轉(zhuǎn)一圈所用時(shí)間為為t，則，則（為轉(zhuǎn)過的圓周角，為轉(zhuǎn)過的圓周角，為角為角速度，速度，=2）可以導(dǎo)出：可以導(dǎo)出： 角速度角速度: 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速:作品的實(shí)驗(yàn)原理作品的實(shí)驗(yàn)原理激光傳感器包含發(fā)射和接受激光傳感器包含發(fā)射和接受兩部分。發(fā)射部分由一個(gè)震蕩管兩部分。發(fā)射部分由一個(gè)震蕩管發(fā)出發(fā)出180KHz頻率的震蕩波后，經(jīng)頻率的震蕩波后，經(jīng)三極管放大，激光管發(fā)光；接收三極管放大，激光管發(fā)光；接收部分

4、由一個(gè)相匹配部分由一個(gè)相匹配180KHz的接收的接收管接收返回的光強(qiáng)，經(jīng)過電容濾管接收返回的光強(qiáng)，經(jīng)過電容濾波后直接接入波后直接接入MSP430F169單片單片機(jī)的機(jī)的I/O接口，檢測(cè)返回電壓的高接口，檢測(cè)返回電壓的高低。由于激光傳感器使用了調(diào)制低。由于激光傳感器使用了調(diào)制處理，接收管只能接收相同頻率處理，接收管只能接收相同頻率的反射光，因而可有效防止可見的反射光，因而可有效防止可見光對(duì)其的影響。光對(duì)其的影響。 當(dāng)激光發(fā)射出去以后當(dāng)激光發(fā)射出去以后遇到物體會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象，遇到物體會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象，接收管會(huì)接收到一個(gè)反射接收管會(huì)接收到一個(gè)反射信號(hào)，從而產(chǎn)生高低電平信號(hào)，從而產(chǎn)生高低電平的變化，此時(shí)

5、我們通過示的變化，此時(shí)我們通過示波器將會(huì)看到如上圖所示波器將會(huì)看到如上圖所示的方波信號(hào)。的方波信號(hào)。激光傳感器詳細(xì)介紹激光傳感器詳細(xì)介紹 激光傳感器主要由激光頭，激光傳感器主要由激光頭，激光調(diào)制管，激光接收管，激光激光調(diào)制管，激光接收管，激光透鏡四部分組成。該激光傳感器透鏡四部分組成。該激光傳感器采用的是小型激光頭，采用的是小型激光頭，這使得傳這使得傳感器在感器在重量方面有很大優(yōu)勢(shì)重量方面有很大優(yōu)勢(shì)。并并且該種激光頭且該種激光頭具有具有內(nèi)調(diào)焦內(nèi)調(diào)焦的特性的特性，使得它使得它體積縮小，體積縮小，而而激光管激光管我們我們采用了更優(yōu)質(zhì)采用了更優(yōu)質(zhì)的的材質(zhì)材質(zhì)，使得該激使得該激光傳感器光傳感器亮度更大

6、，距離更遠(yuǎn)，亮度更大，距離更遠(yuǎn)，穩(wěn)定性更好。穩(wěn)定性更好。激光傳感器的原理說明激光傳感器的原理說明激光發(fā)射管原理圖激光發(fā)射管原理圖激光發(fā)射管：激光發(fā)射管：SET_BIT0SET_BIT0的作用是選的作用是選通該激光發(fā)射，當(dāng)通該激光發(fā)射，當(dāng)SET_BIT0SET_BIT0為高電為高電平時(shí)，平時(shí)，80508050導(dǎo)通，此時(shí)調(diào)制管工作，導(dǎo)通，此時(shí)調(diào)制管工作，輸出調(diào)制波，然后進(jìn)過三極管放大輸出調(diào)制波，然后進(jìn)過三極管放大然后控制激光管調(diào)制發(fā)射。然后控制激光管調(diào)制發(fā)射。激光接收管原理圖激光接收管原理圖激光接收管：接收管直接輸出激光接收管：接收管直接輸出TTLTTL電平，然后將電平，然后將1.5K1.5K的電

7、阻的電阻直接上拉到直接上拉到VCCVCC。RECEIVE_0RECEIVE_0直直接連接到單片機(jī)的接連接到單片機(jī)的IOIO口。口。作品測(cè)速的演示過程作品測(cè)速的演示過程作品的實(shí)測(cè)顯示界面作品的實(shí)測(cè)顯示界面作品的測(cè)量原理作品的測(cè)量原理一、激光反射信號(hào)的獲取部分一、激光反射信號(hào)的獲取部分（1）使用示波器對(duì)所獲電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)得到不同轉(zhuǎn)速情況下信號(hào)波形圖；）使用示波器對(duì)所獲電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)得到不同轉(zhuǎn)速情況下信號(hào)波形圖；（2）對(duì)經(jīng)放大、整形和濾波后的信號(hào)進(jìn)行示波器的波形檢測(cè)，分析其波）對(duì)經(jīng)放大、整形和濾波后的信號(hào)進(jìn)行示波器的波形檢測(cè)，分析其波形與脈沖信號(hào)之間的變化情況比對(duì)，分析其抗干擾性能情況，并作出相形與

8、脈沖信號(hào)之間的變化情況比對(duì)，分析其抗干擾性能情況，并作出相關(guān)改進(jìn)；關(guān)改進(jìn)；二、脈沖信號(hào)的記數(shù)和轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換、顯示二、脈沖信號(hào)的記數(shù)和轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換、顯示作為激光反射后經(jīng)單片機(jī)處理的脈沖信號(hào)輸入到時(shí)序電路中進(jìn)行相作為激光反射后經(jīng)單片機(jī)處理的脈沖信號(hào)輸入到時(shí)序電路中進(jìn)行相關(guān)脈沖計(jì)數(shù)的信號(hào)處理，其為轉(zhuǎn)速測(cè)定精確性的主要方面，從原理上測(cè)關(guān)脈沖計(jì)數(shù)的信號(hào)處理，其為轉(zhuǎn)速測(cè)定精確性的主要方面，從原理上測(cè)量精確性可從如下兩方面得到加強(qiáng)：其一為波形易識(shí)別且抗干擾能力強(qiáng)量精確性可從如下兩方面得到加強(qiáng)：其一為波形易識(shí)別且抗干擾能力強(qiáng)的電脈沖信號(hào)及其計(jì)數(shù)，故試驗(yàn)設(shè)計(jì)中將從激光傳感器中獲得的信號(hào)以的電脈沖信號(hào)及其計(jì)數(shù)，故試驗(yàn)

9、設(shè)計(jì)中將從激光傳感器中獲得的信號(hào)以方波信號(hào)送入后一級(jí)電路中以增強(qiáng)其抗干擾性；其二為脈沖信號(hào)數(shù)量計(jì)方波信號(hào)送入后一級(jí)電路中以增強(qiáng)其抗干擾性；其二為脈沖信號(hào)數(shù)量計(jì)數(shù)的時(shí)間。作為計(jì)時(shí)器的時(shí)基電路綜合各種時(shí)基電路設(shè)計(jì)考慮采用具有數(shù)的時(shí)間。作為計(jì)時(shí)器的時(shí)基電路綜合各種時(shí)基電路設(shè)計(jì)考慮采用具有高精度的晶振電路，之后通過數(shù)字計(jì)數(shù)高精度的晶振電路，之后通過數(shù)字計(jì)數(shù)/ /分頻電路及外圍電路來實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)分頻電路及外圍電路來實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)的精準(zhǔn)。的精準(zhǔn)。 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 檔位檔位實(shí)際值（圈實(shí)際值（圈/ /秒）秒）測(cè)量值（圈測(cè)量值（圈/ /秒）秒）平均值（圈平均值（圈/ /秒）秒）1 1檔檔111111.1911.1910.721

10、0.7210.5010.5010.4710.472 2檔檔151514.9814.9815.2815.2815.2815.2815.5815.583 3檔檔181818.3218.3218.4118.4118.4018.4018.5018.50實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)及分析實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)及分析測(cè)量精度:0.01 測(cè)量最大距離:2M作品的特色和創(chuàng)新點(diǎn)作品的特色和創(chuàng)新點(diǎn)作品的特色和創(chuàng)新點(diǎn)作品的特色和創(chuàng)新點(diǎn)（1 1）裝置運(yùn)用激光捕獲物體的特性，可實(shí)現(xiàn)全天候的測(cè)量，不受外）裝置運(yùn)用激光捕獲物體的特性，可實(shí)現(xiàn)全天候的測(cè)量，不受外 界環(huán)境的限制；界環(huán)境的限制； （2 2）裝置內(nèi)部裝有）裝置內(nèi)部裝有13021302時(shí)鐘芯片，可顯示時(shí)間