摘 要：本文设计一款转速监测系统对小型收割机发动机转速主轴转速等进行监测。系统以stc89c52单片机为核心对光电传感器产生的脉冲信号进行处理，t0计脉冲个数，t1定时，根据定时中断读出1s内计数器计的脉冲数，从而根据信号盘的齿数计算出给定转速，并通过led进行显示。当转速低于或高于设定值给操作人员予以报警提示，避免发生堵转或过速而损坏发动机。其特点是硬件电路简单，软件功能完善，测量速度快、精度高，具有一定的实用价值。
　　关键词：光电传感器；单片机；转速；定时计数器
　　中图分类号：s126 文献标识码：a
　　引言
　　随着现代农业的发展，电子技术、传感器技术在农用机械上得到广泛应用。对于小型收割机由于其功率有限，容易发生喂入量超过负荷，加之作业地形复杂，如，丘陵山区等易发生作物缠绕，主轴转速降低甚至发生堵转，严重时发动机有爆缸的危险。因此，设计一款小型收割机转速监测系统对发动机主轴转速等进行监测尤为必要。
　　1 总体设计
　　本设计总体结构包括光电转换电路、波形处理、stc89c52单片机、led显示屏与蜂鸣器报警等部分。首先对收割机的转轴转动进行采集，经过光电转换整形放大，单片机对处理过的光电脉冲信号进行运算，从而测得收割机的转速，然后用led把给定的转速显示出来。其系统结构框图如图1所示。
　　图1 系统结构框图
　　2 硬件设计
　　2.1 单片机电路设计
　　本设计要对光电传感器产生的脉冲信号进行处理并控制led实时显示转速，通过比较最终选择stc89c52单片机。stc89c52具有8k在系统可编程flash存储器，3个16位定时器/计数器。本设计需要2个定时/计数器，1个中断，stc89c52满足要求。另外stc89x52可降至0hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35mhz，6t/12t可选。单片机最小系统图如图2所示。
　　图2 单片机最小系统图
　　2.2 光电传感器及其工作原理
　　根据检测方式，红外光电传感器可分为漫反射式、镜反射式、对射式等类型。本设计使用对射式光电传感器是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的器件，由独立且相对放置的光发射器和收光器组成。当目标通过光发射器和收光器之间并阻断光线时，传感器输出信号。其电路原理如图3所示。
　　图3 光电传感器电路图
　　采集信号时将信号盘固定在所测转速的转轴上，信号盘嵌入光电转速传感器u形槽。光电传感器接通过+5v、ged、t0连线与单片机连接。当信号盘转动时，光电元件即可输出正负交替的周期性脉冲信号。信号盘旋转1周产生的脉冲数，等于其上的齿数。假设系统采用4个叶片，在1min的内产生了10000脉冲，则被测的转速为2500r/min。
　　2.3 信号处理电路
　　光线每次透过光电码盘的小孔照射光传感器都使光传感器产生一个电信号，但是因为光电信号较弱，而且产生的脉冲波形不整，所以会影响单片机对信号的处理。信号处理电路如图4所示。
　　图4 信号处理电路
　　图5 信号处理效果图
　　在图4中，q1为光敏三极管，当无光源照射时，q1工作在截止区（q1截止），q2工作在饱和区（q2导通），555定时器tr引脚为低电平；当有光源照射时，q1工作在饱和区（q1导通），q2工作在截止区（q2截止），555定时器的tr引脚为5v电平。2个三极管导通和截止过程产生的信号通过555定时器构成的单稳态整形电路，整形为标准的方波脉冲并由q端输出。信号处理效果如图5所示。
　　3 系统软件设计
　　本设计使用keil作为开发软件，在keilc51软件中编写程序，设置各元器件的参数，添加keil软件中编写好的程序并进行编译调试。根据流程图编写程序，对计数器t0，计数器t1进行初始化。首先要选择t0，t1的工作方式，这由工作方式寄存器tmod决定，要对tmod赋予初值。t0，t1都工作在方式1下，即m1m0=01，且有tr0，tr1启动定时/计数器，即gate=0。t0计数，t1计时。所以tmod的初值为0x15。主要程序如下：
　　tmod=0x15； //t0，t1初始化
　　th1=（65536-50000）/256；th0=0； //t0，t1赋初值
　　tl1=（65536-50000）%256；tl0=0；
　　该设计要求

1s计算1次转速，即每1s读取1次t0的值。单片机的晶振频率为12mhz时t0初值th1=（65536-50000）/256，tl1=（65536-50000）%256。对各寄存器编程时，首先开中断，即ea=1为cpu开中断，et1=1；et0=1为t0，t1开中断。每50ms中断1次，中断20次后读取1次t0的值，并通过段码显示出来。中断位由控制寄存器tcon决定。程序编写流程图如图6所示。
　　图6 程序编写流程图
　　4 调试与分析
　　将编写好的程序通过编译调试后生成hex的文件，再通过stc-isp软件下载到单片机rom中。将光电传感器，信号盘安装好，启动机器单片机进行转速测试。测试时将给定转速从750r/min到1500r/min.取10组值取样记录。1002r/min转速记录如图7所示。
　　图7转速记录1002r/min
　　根据试验将本系统采集的10组实测转速值与标准转速值比较填表，其中参考标准值为天煌转速测功机测得。转速测量数据表如表1所示。
　　通过表1和图8数据曲线分析可以看出，测速存在一定的误差，当转速小于1000r/min时误差为2-3r/min，当转速大于1000r/min是误差为4-5r/min，平均误差精度为0.26%。这样的误差在小型收割机测量中是允许的，满足测量精度要求。
　　5 结语
　　本设计采用光电测速法，利用对射式光电传感器采集转轴转动，通过信号处理电路得到脉冲信号，经过单片机进行运算、处理得出最终的转速值并通过led显示，完成了收割机转速监测系统设计。通过对转轴的10组试验数据对比分析测试结果准确测量精度较高，可以达到农用机械的测量标准。本装置结构简单、实用具有一定的应用前景。
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　　作者简介：邓桂扬（1981-），男，硕士，助教，研究方向：农业电气化与自动化。