红外转速计的设计与制作

    一、系统概述

　　1. 系统组成

　　所 设 计 的 转 速 计 测 量 范 围 由 1 转 / 秒 到9999 转 / 秒，采用四位数码管显示。转速计由测量模块、显示模块、计算模块和软件程序组成如图 1 示。

　　2. 系统工作原理

　　转速计是将红外传感器输入到单片机的转速信号实时地测量出来，并用显示模块的四位数码管实时显示出测量转速。单片机利用定时器 T1通过其控制功能测出一段采样时间内信号的个数，并记录由按键 INT1 取得的风扇扇叶数或电机所带动齿轮齿数，然后利用单片机的算术运算功能将测得数据转换成转速。转速值得出后，经过编码送至显示模块显示最终结果。

　　3. 使用方法

　　本转速计用于测量风扇或者电机转速，测量前需将风扇扇叶数或者电机所带动的齿轮齿数(默认为 1)输入单片机，输入方法为 ：如果扇叶数或齿数为 n，则需要按 INT1 键(n-1)次即可。输入完毕后，将红外探头对准扇叶或者齿轮，距离控制请参照下一节文“测量模块”.

　　二、测量模块

　　本模块设计采用鑫科畅达有限公司的 E18-D80NK 型 回归式红外传感器，该型号红外传感器有效距离为 3-80cm，额定电压为 5v，使用环境温度为 -25~55 摄氏度。为正确使用该传感器，笔者用万用表和电子游标卡尺对传感器的信号电压——距离特性进行了精确测量，万用表红表笔接红外传感器的信号端，游标卡尺测量探头与障碍物(黑色亚光材料)之间的距离，绘制特性曲线如图 2 示。

　　为保证红外传感器能够正常使用，根据红外传感器特性曲线，探头与齿轮之间的距离应为 d，d 大于 0cm 小于 18cm，相应的齿轮后面至少19cm-d 的地方不应该有障碍物。如令探头与齿轮间距为 10cm，齿轮后至少 9cm 内不应该有障碍物。

　　在使用测量模块的时候，需给传感器提供5v 直流电源，并将传感器的信号端(黄线)接至单片机 P3.2 脚，用于提供外部中断。测量模块与单片机相连，如图 3 示。

　　三、显示模块

　　本模块采用 MT5641BR 型四位共阳极数码管作显示部分主要部件，搭配 74HC04 芯片和限流电阻完成显示功能。共阳极数码管的阳极需连至单片机引脚作为片选信号输入， 但 是 单 片机引脚的电流输出能力有限( 仅 为 微 安 级别)，不足以使数 码 管 发 光，因此我们采用集成反相器芯片 74HC04 接在单片机管脚与数码管阳极之 间， 以 提 高电流输出能力，在编程的时候只需将高低电平逻辑转换一下即可。为限制电流，保护数码管，需在阴极加一保护电阻，据经验选用 470欧姆电阻串于数码管阴极与单片机引脚间。经实验测试数码管能够正常显示，此方法相比传统的采用三极管放大电路提高输出电流的方法更加简便、稳定、可靠。为 使 四 位 数 码 管能够同时显示四个不同的数字，需采用动态扫描法。动态扫描法原理为 ：每隔一定的周期，片选特定位，将此位的段选信号通过单片机引脚输出至数码管，利用人眼的视觉暂留效应，可实现四位数字显示。本模块电路及与单片机连接方式如图 4 示。