基于单片机的测速仪电路

　　测速仪只不过是由一个光电传感器及简单的外围电路组成。一般来讲，它用于测量旋转轴的速度。每分钟旋转次数的数值（每分钟转速）对于了解任何旋转系统都是有价值的信息。举例来说，在某一特定的金属片上打某一特定大小的孔所使用的最佳钻孔速度；当然还可以测量电风扇的转速。
　　
　　这种简便的光电测速仪可以测量大部分车间工具和许多家电每分钟的转速，而没有任何机械或电子接口。
　　
　　1．如何工作
　　
　　只需要把光电传感器放到旋转物体如转盘上，只需要在转盘上光电传感器对应的位置上放置具有较大对比度的标记（如白色的胶带）即可。这样可以使得从转盘上反射的光强随着转动有所改变。
　　
　　每一次白色的胶带标记旋转通过探头，光电传感器便探测到反射光瞬间的增加。单片机电路对每一次反射光瞬间的增加进行计数，从而计算每分钟转速，并且在4个7段数码管上显示。
　　
　　光电传感器放在塑料管内，一个凸透镜装在一端。
　　
　　凸透镜直径约1厘米，焦距是8～LOCm。这种结构就类似修理钟表的师傅带着的靠在眼睛上的放大镜一样。
　　
　　我们可以直接购买这种放大镜来完成测速仪的制作。
　　
　　光电传感器固定在一块纸板等，它面对着凸透镜的距离约8cm。上图和下图所示，对光电传感器进行合理的放置。
　　
　　检测到的信号先通过三极管2N2222(T5)放大，再进一步通过运算放大器CA3140(IC3)放大。运算放大器参考电压点由R2和R3组成的电阻分压器网络得到。
　　
　　IC3引脚6输出信号给单片机AT89C2051的12引脚。
　　
　　注意单片机AT89C2051的管脚12和13是其内部模拟比较器的输入（+和一）。管脚13使用一个由电阻R7和电位器VR1组成的分压器将输入电压调整到将近供应电压的一半。
　　
　　脉冲由光敏三极管放大后进入AT89C2051的内部比较器，通过软件，每个脉冲代表一次物体的旋转，计算平均每分钟脉冲的个数，由此估算每分钟转数。最后通过一个子程序点亮4个七段数码管。
　　
　　2．电路描述
　　
　　上图显示的是基于单片机的测速仪电路。测速仪由AT89C2051单片机、ULN2003高电流达林顿三极管阵列，CA3140运算放大器，共阳极7段（4个）显示器及4个阳极驱动三极管。

　　AT89C2051是Atmel公司生产的51系列单片机中的一种。Pl口的P1.7脚到P1.2和P3口的P3.7脚连接到ULN2003的输入引脚l到7。P1口引脚上连接lOkΩ上拉电阻网RNW1。他们通过内部反相器的帮助驱动七段数码管。
　　
　　单片机P3口的P3.0脚到P3.3脚分别连接到的三极管T1到T4的基极，在一个时刻选择其中一个数字需要提供阳极电流给这个数码管的公共电极。BC557三极管的管脚排列如右图所示。
　　
　　当单片机IC1的P3.0脚置低，它驱动三极管Tl到饱和，它提供驱动电流给4个7段共阳极数码管DISI的引脚6．与此相似，三极管T2到T4分别提供驱动电流给DIS1的引脚8、9和12。因此单片机ICI的端口使用多路复用的方式驱动数码管，这是时分复用的过程。
　　
　　数码管的段数据和显示脉冲每5ms刷新一次，因此，即使它是—个接—个亮起，但看起来似乎是连续显示。
　　
　　开关Sl用于手动复位单片机，而单片机的电源复位信号由Cl和R6产生。一个12MHz晶振连接到IC1的引脚4和5为单片机产生基本的时钟频率．电路使用6V电池供电或者由低电压得到。测速仪实际尺寸的单面板PCB布局如上图所示，组件布局如下图所示。

　　3．测试
　　
　　文章的源代码在可以电路飞翔网上找到。使用编程器将程序下载到AT89C2051单片机中。然后，插入电路板接着打开电源后进行测试。
　　
　　为了进行测试，使用手电筒照亮旋转物体从而使得反向光线进入探头。对于电风扇转速测量来说，可以用手电筒从背面打光。
　　
　　4．软件
　　
　　该软件由汇编语言编写并由8051交叉汇编器汇编。软件有很好的注释并且易于理解：软件使用AT89C2051的内部计时器测量单位为100μs旋转周期的时间。因此如果每分钟转数达到1500，每秒钟转数达到25，旋转一周花费的时间为40ms。
　　
　　计时器使用一个中断计算每100μs的中断溢出，所以在这种情况下计时器程序计算的数字将是400，被除数600000(目前一分钟内有很多lOO/μs)，结果是1500。这就是每分钟转数。这些数字显示在4个7段数码管上。子过程UDIV32被调用，这是一个8051系列32位数字除以16位数字的标准过程。该测速仪的误差为6000rpm±5rpm。