单片机实例分享，反射式红外测速仪DIY

常用的测速方法

常用的测速传感器可输出脉冲信号，只要通过频率电压或电流转换就能与电压、电流输入型的指针表和数字表匹配。频率电流转换的方法有阻容积分法、电荷泵法和专用集成电路法，前两种方法在磁电转速仪中也有运用。专用集成电路大多数是阻容积分法、电荷泵法的综合。目前，常用的专用集成电路有LM331、AD654和VF32等，转换精度在0.1%以上;但在低频时，这种转换就无能为力。采用单片机或FPGA做F/D和D/A转换，转换精度在0.5%～0.05%，量程从0～2Hz到0～20kHz，频率低于10Hz时反映时间也会变长。

在显示精度、可靠性、成本和使用灵活性上有一定要求时，就可直接采用脉冲频率运算型测速仪。频率运算方法有定时计数法(测频法)、定数计时法(测周法)和同步计数计时法。测频法在测量上有±1的误差，低速时误差较大。测周法也有±1个时间单位的误差，在高速时，误差也很大。同步计数计时法综合了上述两种方法的优点，在整个测量范围都达到了很高的精度，万分之五以上精度的测量转速仪表基本都采用同步计数计时法。

反射式红外测速仪的设计

这里我们介绍一款实用的反射式红外测速仪的设计与制作。

反射式红外测速仪在测量物体运转速度时，首先向被测物体发射出红外线脉冲，利用被测物体表面的反射能力(可在被测物体表面粘贴白色的反射纸等)，使红外接收器收到光脉冲信号，然后通过光电转换电路将光脉冲信号转变为电脉冲信号，电脉冲信号通过放大和处理后，输入到单片机的计数控制门，与内部的标准表秒脉冲信号相比较，经运算后，通过显示器将被测物体运动的旋转速度显示出来。

红外探头的测量距离根据实际需要，可设计成近距离和远距离两类。近距离的探头可采用小功率发光管和光敏受光管。如果是远距离的测量，探头就可采用中、大功率的发光二极管或者是合适的激光二极管。

图26.1为反射式红外测速仪的系统构成方框图，由单片机控制器、38kHz载频振荡器、红外线发射/接收电路、8×2点阵字符型液晶屏及工作电源等组成。

图26.1 反射式红外测速仪的系统构成方框图

转速测试原理见图26.2。进入测试状态后，38kHz的载频振荡器起振工作，驱动红外发射管向外发射红外载频信号。单片机首先检测信号的边沿，当一个脉冲的下降沿到来时(图中A点)，计数器开始对脉冲计数，同时，单片机还启动定时器进行测试计时。当定时器计时到1000ms时(图中B点)，单片机发出一个准备结束本次测试的信号，这时程序又开始检测信号的下降沿，当下降沿到来时(图中C点)，单片机对脉冲的计数cnt及对测试时间的计时time完成。此时根据公式：转速=(cnt/time)×60000即可算出此时的转速。当计时到1300ms时(图中D点)，单片机输出显示，将测得的转速显示到液晶屏上。此次测试、显示完成后，又进入下一次的测试、显示，周而复始。

图26.2 转速测试原理

测速仪常用于电机、电扇、纸张、塑料、化纤、洗衣机、汽车、飞机、轮船等制造业中。依据对转速检测原理的不同，测速仪可分为以下几种类型。

离心式测速仪：利用离心力与拉力的平衡来检测转速，是最传统的机械式测速工具，测量精度一般在1～2级。

磁性测速仪：利用旋转磁场，在金属罩帽上产生旋转力，通过旋转力与游丝力的平衡来检测转速。

电动式测速仪：电动式测速仪由小型交流发电机、电缆、电动机和磁性表头组成。磁性表头与小型交流电动机同轴连接在一起，小型交流发电机产生交流电，交流电通过电缆输送，并驱动小型交流电动机，小型交流电动机的转速与被测轴的转速一致，磁性表头指示的转速自然就是被测轴的转速。

闪光式测速仪：闪光式测速仪可发出频率可调的脉冲闪光，利用人眼视觉暂留的原理对转动物体进行测速。除了检测转速(往复速度)外，还可以观测循环往复运动物体的静像。

电子式测速仪：电子式测速仪是以现代电子技术及计算机技术为基础而设计的，一般有传感器和显示器，有的还有信号输出和控制。

3.电路设计

反射式红外测速仪的电路如图26.3所示。单片机选择Atmel公司的ATmega48，负责整个测试系统的运行。IC2及阻容元件组成了38kHz的载频振荡器，其载频经VT1放大后驱动红外发射管IR向外发射红外线。IC4为38kHz的一体化红外接收头，它负责红外线的接收、放大及解调，它将解调出的脉冲信号送入单片机进行计数处理。IC5为液晶显示模块，使用了8×2的点阵字符型液晶屏(带背光)，形体较小，用于显示测试得到的转速。

图26.3 反射式红外测速仪电路图

整机供电使用9V积层单池，经稳压器IC5稳定为5V后，供单片机工作。笔者实际制作的发射、接收组件如图26.4所示，使用热熔胶固定。制作完成的样机上的液晶屏、电源开关及按键如图26.5所示，按键SB目前没有使用，作为备用，整机照片如图26.6所示。

图26.4 发射、接收组件

图26.5 液晶屏及控制按键

图26.6 反射式红外测速仪整机照片

主函数

void main(void)//主函数

{

uchar temp;//定义单字节无符号局部变量

float count,time,x;//定义浮点型局部变量

Delay_nms(400);//延时400ms，等待电源稳定

init_devices();//初始化单片机

InitLcd();//初始化液晶模块

display1();//液晶屏显示欢迎界面

Delay_nms(2000);//等待2s

display2();//液晶屏显示工作界面

DisFlag=1;//测速显示标志置1

while(1)//无限循环

{

WDR();//看门狗喂狗指令

if(DisFlag==1)//如果测速显示标志为1

{

time=(float)tx;//整数转成浮点数

count=(float)cx;

x=count/time;x=x*30000;//数学计算

DisVal=(uint)x;

/******将测得的4位转速值存放于显示缓冲区*******/

disx[3]=(DisVal/1000)%10;

disx[2]=(DisVal/100)%10;

disx[1]=(DisVal%100)/10;

disx[0]=DisVal%10;

/**********在液晶屏上显示转速值*********/

DisplayOneChar(4,1,disx[3]+0x30);

DisplayOneChar(5,1,disx[2]+0x30);

DisplayOneChar(6,1,disx[1]+0x30);

DisplayOneChar(7,1,disx[0]+0x30);

/**此次显示完成后，相关变量初始化，准备进入下一次的测试**/

DisFlag=0;WorkTime=0;

DisTime=0;

EndFlag=0;Start=0;cnt=0;

}

else//否则如果测速显示标志为0则进行脉冲取样

{

do{

temp=PIND&0x04;WDR();JS=1;//等待下降沿后下一次测试

if(Counter>1500)

{Counter=0;JS=0;DisFlag=1;cx=0;goto END;}

}while(temp==0x04);

BeginFlag=1;Start=1;GICR=0x40;

//重开INT0中断

END:;

}

}

}

4.软件设计

程序主要分为主控程序、液晶屏驱动程序和头文件三大部分，这样设计速度快、结构完善，并且也便于整个程序的装配。程序使用ICC7.14C集成开发环境编译。限于篇幅，这里仅介绍一下主函数，完整程序可以到QQ群下载。

调试与应用

本机唯一需要调整的是红外发射电路的38kHz载频，它关系到红外测速仪的使用灵敏度及可靠性。整机检查无误后通电，用一个10kΩ的多圈可调电位器代替R6，用示波器或频率计测R7电阻的任一端，细调电位器，使频率为38.000kHz，越准确越好。调好后，取下电位器，测出其阻值，用一个同阻值的固定电阻代替电位器，焊在R6位置。整机其他部分全是数字信号处理，因此只要器件良好，就无需调整了。

红外发射管需要套一个直径5mm的黑色热塑套管，并且与红外接收头稍微隔开一点距离安装，防止发射出的红外光直接进入红外接收头。当然也不能离开太远，以免降低接收灵敏度。

电子哥分析红外遥控模块工作原理

让红外线模块工作起来，首先你得给它供电，然后你得有个CPU来处理它发送数据，通过单片机处理以后，我们才能知道红外模块发送的是什么数据。红外接收端和CPU连接，红外接收端给CPU的数据，是一些PWM波，也就是一些高低电平组成连续波形。因此，我们需要CPU具有处理这些波形的能力。

CPU需要的功能：

1、定时功能：也就是计时用；

2、捕获功能：上升沿捕获，下降沿捕获；

3、中断功能：定时时间，上升沿捕获，下降沿捕获；

首先将CPU的捕获IO设置为上升沿捕获，等待上升沿到来，上升沿到来，定时器开始计时；然后将CPU的捕获IO口捕获设置为下降沿捕获，等待下降沿到来，下降沿到来，停止计时，计算这2个沿的时间Time，这个时间，也就是高电平的时间。

通过这个高电平时间来确定收到数据是0或者1，也有可能是重复码和引导码。

1、Time为0.56ms（高电平时间）时，收到的电平为0；

2、Time为1.685ms（高电平时间）时，收到的电平为1。

3、Time为2.25ms（高电平时间）重复码；重复码，就是重复按某一个键。

4、Time为4.5ms（高电平时间），引导码；

红外线发送的每一帧数据，除了引导码以外，有32位有效数据，每个字节为8位，一帧数据的有效数据也就是4个字节。

从高位到低位，高两个字节为地址码和地址反码，后面两个字节为数据码和数据反码。

得到32位数据后，需要对数据进行处理：

我们定义一个32位的变量RevData。

同时定义4个8位的变量，地址码AdrCode，地址反码AdrInv，数字码keyValue，数字反码keyIvalue。

将变量RevData右移24位后，将值赋给地址码AdrCode；

将变量RevData右移16位后，和0xff进行与运算后赋值给地址反码AdrInv。

如果将AdrCode取反后，等于AdrInv，说明接收的数据是正确的。

将变量RevData右移8位后赋值给数字码keyValue

直接将变量RevData赋予给数字反码keyIvalue

如果将keyValue取反后，与keyIvalue相等，说明接收到数据无误。

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