引言

在科技發展日異月新的今天，教育是發展的強大動因。世界已從傳統的工業文明向知識經濟迅速發展，國與國之間的競爭已逐漸聚焦在知識經濟上，發達國家現在已越來越重視教育場所的功能和空間環境建設，逐步將電子信息多功能產品廣泛應用與學校多功能教室建設中，課堂理解和投影儀教學和投影儀教學所能做到的極為有限，他愛們展示的景象僅僅一閃而過，而我們設計出來的多功能傳動教學儀可以讓學生親臨其境的看、聽、摸、發現和思考一些課本的基本知識，在快樂中受到新型科技教育。

1設計方案

1.1總體設計構想

對于單級齒輪傳動機構，假設主動齒輪的轉速=50r/min，從動齒輪的轉速=60r/min，主動齒輪的齒數

=30，從動齒輪的齒數為=25。

則傳動比

也就是說傳動比等于主動齒輪與被動齒輪的齒數之比，也等于被動齒輪與主動齒輪的轉速之比。對于齒數而言我們可以看出來，，但對于轉速而言就無法直觀的用肉眼觀察了，所以我們采用光電門計數的方法來改善這一缺陷。齒輪模型如下圖所示。

圖1齒輪模型示意圖

1.2工作原理

本文以嚙合齒輪為主體，以在相同時間內兩齒輪轉動的圈數不同來計算出這對齒輪傳動比的大小。

概念、基本理論和基本方法。并充分啟發學生的想象能力為出發點。

因此我們在這嚙合齒輪的附近安裝了兩個光電門。這兩個光電門以廢舊的筆芯為支架把它固定在相應的位置，與此同時在齒輪的中心軸處固定一擋光片，這樣每當齒輪轉動一周光電門計數一次，并且可以把信號傳給單片機，經過齒輪多次轉動后單片機可自行將兩圈數，和兩圈數的比值（傳動比）顯示在液晶屏幕上。這樣就可以將傳動比科學的計算并直觀的顯示出來。

具體方案為：針對電機的轉速進行測量，以單片機為核心對光電開關產生的數字信號進行運算，從而測得電機的轉速，然后用12864LCD液晶顯示屏把電機的轉速顯示出來。即通過光電開關將電機的轉數轉換成0，1的數字量，只要轉軸每旋轉一周，產生一個或固定的多個脈沖，并將脈沖送入單片機中進行計數和計算，就可獲得轉速的信息。

2系統硬件設計

2.1系統總體結構設計

系統主要由AT89c51單片機處理系統、電機、傳感器檢測單元、信號處理單元和顯示系統等幾個部分組成，如圖2:

圖2系統組成框圖

2.2轉動系統設計

本設計中采用對射式光電傳感器測量電機轉速。當不透光的物體擋住發射與接收之間的間隙時，開關管關斷，反之打開。

測裝置按照發動機上傳感器的實際安裝位置進行安裝。將信號盤固定在電動機轉軸上，光電轉速傳感器正對著信號盤。測量頭由光電轉速傳感器組成，而且測量頭兩端的距離與信號盤的距離相等。測量用器件封裝后，固定裝在貼近信號盤的位置，當信號盤轉動時，光電元件即可輸出正負交替的周期性脈沖信號。信號盤旋轉一周產生的脈沖數，等于其上的齒數。因此，脈沖信號的頻率大小就反映了信號盤轉速的高低。該裝置的優點是輸出信號的幅值與轉速無關，而且可測轉速范圍大，一般為1r/s～104r/s以上，精確度高。

2.3信號采集及其處理

被測物理量經過傳感器變換后，變為電阻、電流、電壓、電感等某種電參數的變化值。為了進行信號的分析、處理、顯示和記錄，須對信號作放大、運算、分析等處理，這就引入了中間變化電路。

2.4單片機處理及顯示電路

用于測量轉速的脈沖通過P3.5/T1輸入單片機，用AT89S51的定時計數器T1對脈沖信號進行計數，

用定時計數器T0進行定時，每10ms產生一個中斷對12864LCD液晶顯示屏進行刷新，產生500個中斷后（即5s），進行一次轉速處理，再通過單片機對T1的脈沖數進行運算轉換后，用12864LCD液晶顯示屏顯示電機的轉速。

3系統軟件設計

3.1轉速測量原理

本設計采用頻率測量法，其測量原理為，在固定的測量時間內，計取轉速傳感器發生的脈沖個數（即頻率），從而算出實際轉速。設固定的測量時間T（min），計數器計取的脈沖個數m1，假定脈沖發生器每轉輸出p個脈沖，對應被測轉速為N（r/min），就可算出實際轉速值N=60m1/pT，在此采用C語言進行轉速測量的編程設計。

3.2程序設計及其說明

本系統用計數程序采集信號脈沖，用定時器產生中斷，對12864LCD液晶顯示屏刷新和緩沖區數據進行更新，輔以12864LCD液晶顯示屏進行顯示。計數程序流程如圖15；定時顯示程序流程如圖3。

圖3脈沖計數程序流程圖

程序說明：將定時器設置為方式1，對外部脈沖進行計數，并判斷Flag_clac的值。當Flag_calc=1

時，將脈沖的數值由十六進制轉換成十進制，按轉速轉換公式轉換后，載入數據緩沖區。

圖4定時顯示程序流程圖

程序說明：定時器設置為方式1，定時10ms。當定時達到10ms時，產生中斷，對12864LCD液晶顯示屏進行刷新，顯示轉速，并使時間計數標志T加1。當時間計數標志T=500時，使Flag_calc置1，取出計數器在此時間內計算的脈沖數，通過轉速計算程序計算得出轉速值后，存入數據緩沖區，供12864LCD液晶顯示屏顯示使用。

4設計實物圖及創新點說明

下圖為多功能機械傳動演示儀實物圖，其中左邊部分為單片機及傳動機構的部分，右邊為LED顯示屏。

圖5多功能機械傳動演示儀

本次設計的創新之處有以下幾點：

1）本儀器采用了先進的機電一體化技術，可將每個齒輪轉動的圈數用光電門和單片機相關知識，顯示在屏幕顯示器上，直接顯示出這對嚙合齒輪的傳動比

2）結構合理、工藝制作簡單、不僅使演示實驗更加生動形象，而且提高了實驗的精準性，能夠在實現相同功能的條件下，使機械結構更簡單。

3）應用廢舊材料，變廢為寶，經濟實惠，低碳環保，性價比高是一種綠色教學儀器。

結束語

本文設計實驗器材適用于大學任何與自動化及機械傳動相關的課程，以及社會各級熱愛機電傳動學的人士。本儀器也可以進一步的智能化，首先齒輪轉動可以由電機帶動，并且電機的啟停，正反轉都可以采用遙控功能。本儀器的傳動比不僅可以用數字顯示出來，理論上還可以用語音報數的方法直接報出傳動比。因此，本實驗器材的面世這可以使大學課堂的內容不僅生動形象，豐富多彩，同時也可以讓更多的同學發現科學的魅力。