案例展示

足球直播传感器原理及应用论文解析

发布日期:2021-01-23 17:00

  传感器原理及应用论文解析_物理_自然科学_专业资料。传感器原理及应用论文解析

  传感器与检测技术 结业作业 题 专 姓 班 学 日 目:光电传感器的应用 业:电气工程及其自动化 名:张治中 级:K0313417 号:K031341725 期:2015.12.25 摘要:能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成 可用信号的器件或装置叫做传感器, 通常由敏感元件和转 换元件组成。传感器是一种检测装置,能感受到被测量的 信息,并能将检测感受到的信息,足球直播按一定规律变换成为电 信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处 理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器一般由敏感 元件、转换元件、基本转换电路三部分组成,组成框图见图 1。 新技术革命的到来,世界开始进入信息时代。在利用 信息的过程中,首先要解决的就是要获取准确可靠的信 息, 而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与 手段。 如今,传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、 海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、 甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说, 从茫茫的太空, 到浩瀚的海洋, 以至各种复杂的工程系统, 几乎每一个现代化项目,都离不开各种各样的传感器。 图2 光电式传感器(photoelectric transducer),基于光电效 应的传感器,在受到可见光照射后即产生光电效,将光信号 转换成电信号输出。它除能测量光强之外,还能利用光线的 透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量,如尺寸、位移、 速度、温度等,因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。 关键词:光电传感器、光电效应、转速测量 1 设计目的 转速测量是社会生产和日常生活中重要的测量和控制对象。近年来,由于世 界范围内对转速测量合理利用的日益重视,促使转速测量技术的迅速发展,各种 新型的测量仪表相继问世并越来越多地得到应用。进行转速测量的检测控制,可 以使用多种传感器。由于技术保密,厂家不会提供详细电路图和源代码,用户很 难自行进行二次开发和改进。针对这种现状,使用光电传感器结合 STC 公司的 STC 89C51 型单片机设计的一种转速测量与控制系统。STC 89C51 单片机采用了 CMOS 工艺和高密度非易失性存储器技术,而且其输入/输出引脚和指令系统都与 MCS-51 兼容,是开发该系统的适合芯片。 2 系统组成及工作原理 2.1 转速测量原理 在此采用频率测量法,其测量原理为,在固定的测量时间内,计取转速传 感器产生的脉冲个数,从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc(min),计 数器计取的脉冲个数m,假定脉冲发生器每转输出p个脉冲,对应被测转速为N (r/min),则f=pN/60Hz;另在测量时间Tc内,计取转速传感器输出的脉冲个数 m应为 m=Tcf ,所以,当测得m值时,就可算出实际转速值[1]: N=60m/pTc (r/min) (1) 2.2 转速测量系统组成框图 系统由信号预处理电路、单片机 STC 89C51、系统化 LED 显示模块、串口数 据存储电路和系统软件组成。 其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波 形整形。 对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求;波形变换和 波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机匹配的 TTL 信号; 通过对单 片机的编程设置可使内部定时器 T0 对输入脉冲进行计数,这样就能精确地算出 加到 T0 引脚的单位时间内检测到的脉冲数;设计中转速显示部分采用价格低廉 且使用方便的 LED 模块,通过相关计算方法计算得到的转速通过 I2C 总线PROM 存储, 既节省了所需单片机的口线和外围器件,同时也简化了显示部分的 软件编程。系统的原理框图如图 2.1 所示。 信 号 放大器 波形变换 波形整形 数字存储电路 LED 显 示 单 片 机 键盘模块 RS232 图 2.1 系统的原理框图 光电转换及信号调理电路设计 传感器将电机的转速信号转变成了电脉冲信号,该信号经过LM324集成运放 整形驱动,送到单片机进行脉冲计数,从而测出电动机转速。 光电转换部分与单片机的连接框图如图3.2所示。 LED 数码管 数码显示译码器 计数脉冲 传感器 整形驱动 LM324 STC 89C51 图 3.2 光电转换部分与单片机的连接框图 LM324 是四运放集成电路,它采用 14 脚双列直插塑料封装,外形如图所 示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器, 除电源共用外,四组运放 相互独立。每一组运算放大器可用图 3.3 所示的符号来表示,它有 5 个引出脚, 其中“+” 、 “-”为两个信号输入端, “V+” 、 “V-”为正、负电源端, “Vo”为输 出端。两个信号输入端中,Vi-(-)为反相输入端,表示运放输出端 Vo 的信号 与该输入端的位相反;Vi+(+)为同相输入端,表示运放输出端 Vo 的信号与该 输入端的相位相同。LM324 的引脚排列见图 3.4 图 3.3 放大器图 图 3.4 引脚图 由于 LM324 四运放电路具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使 用,价格低廉等优点,因此被广泛应用在各种电路中。 本设计计划采用高性能集成四运放 LM324 来进行光电信号调理电路设 计。 电路采用两级放大电路对脉冲信号进行放大,防止信号脉冲太小以至对实验 结果不产生影响。此外,还设计了有源带通滤波器。 为了达到预定效果,对系统运用 MULTISIM 8 进行模拟仿真,并利用模 拟仿真结果对有关元器件进行参数设定,以使电路满足要求。如图 3.5 所示是 MULTISIM 进行电路模拟仿真示意图及其模拟仿线 电路模拟仿真示意图及其模拟仿真结果 电源模块设计 电源模块为系统板上其它模块提供+5V 电源以及±15V 电源。电源的设计 有分立元件和集成稳压器几种方法, 目前较常用的是用集成稳压器来设计稳压电 源。 常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。常用可调式集 成稳压