CN104597277A

CN104597277A - 一种电机转速测量转换实训装置

Info

Publication number: CN104597277A
Application number: CN201510085921.7A
Authority: CN
Inventors: 刘彤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-02-22
Filing date: 2015-02-22
Publication date: 2015-05-06

Abstract

一种电机转速测量转换实训装置由AC/DC电源模块、信号转换处理电路板、六位LED数码管显示模块和操作显示面板四个部分组成。通过对增量式编码器输出信号进行测量和变换，实现电机转速和转向信号的测量及显示；同时提供0~5V模拟电压信号和4~20mA电流信号；对增量式编码器输入信号经电路变换，输出的NPN和PNP两种信号接口。本装置适用于电机转速测量及学生相关实训项目。

Description

一种电机转速测量转换实训装置

技术领域

本发明用于测量电机转速和具有信号转换功能的电子、电气实训装置，具有测量电机转速、转向和显示功能，并且能够提供多种信号输出接口功能。

背景技术

目前，电机转速的测量可以通过多种方式实现，有很多成品的转速测量仪表，这些仪表特点是应用具有转速测量、显示和通讯等功能，但是有的仪表测量仪器接口方式不能满足要求；有的转速信号输出方式单一；有的不具备编码器信号输出或输出方式单一，操作方式不适合学生的练习；对于实训室应用，只能满足部分功能，不能满足课程实训的特殊性要求。

发明内容

本发明发明是为了解决电机转速测量装置当中，功能单一，不能满足多功能实训要求而提供的一种电机转速多功能测量实训装置；本发明通过对增量式编码器输出信号进行测量和变换，以一定方式显示电机转速和转向；向外提供电机转速的0~5V模拟电压信号和4~20mA电流信号；向外提供低电平直流0V，高电平直流24V的NPN和PNP两种编码器接口输出。通过本装置，学生能够直观的在操作显示面板看到电机转速及电机旋转方向，也能够把电机转速信号和编码器信号输出的PLC等控制设备上使用，这是同类产品当中所不具备的。

本发明由AC/DC电源模块、信号转换处理电路板、六位LED数码管显示模块和操作显示面板四个部分组成。电源模块把交流电源转换成直流，向信号转换处理电路板提供电源；信号转换处理电路板完成0~1500rad/min转速和转向信号的测量及显示，将转速信号转换为标准0~5V模拟电压信号和4~20mA电流信号输出；编码器信号引入信号转换处理板后，经电路变换，向外提供NPN和PNP两种编码器信号接口输出；六位LED数码管显示模块显示电机转速和转向，5位数码管显示转速数值，第6位数码管显示转向；操作显示面板是电机转速测量信号输入和多功能信号输出面板，操作显示面板开孔嵌入六位LED数码管显示模块。

采用以上结构，本发明装置具有以下有益效果：第一，本装置除了满足电机转速的测量外，还同时具有标准0~5V电压和4~20mA电流转速信号输出，具备转速信号输出多样性的特点，兼容性好，又可向外提供NPN和PNP两种编码器信号接口输出，克服了编码器信号输出方式单一，提高了电路的兼容性和功能型；第二，特别是采用信号转接板连接操作面板与信号转换处理电路板，便于信号线路的安装，满足了实训的特殊要求；第三，本装置采用高性能单片机处理编码器信号，使用模拟、数字电路技术，集转速信号测量处理、显示、标准信号输出接口等多功能于一体，装置性价比高。

下面，结合附图和实施事例对本发明之一种电机转速测量转换实训装置作进一步的说明。

附图说明

图1：本发明装置结构框图。

图2：信号转换处理电路板原理框图。

图3：操作显示面板结构原理图。

图4：六位LED数码管显示模块原理框图。

图中：

Ⅰ－AC/DC电源模块，Ⅱ－信号转换处理板，Ⅲ－六位LED数码管显示模块，，Ⅳ－操作显示面板，IIA－编码器信号输出电路，IIB－0~5V电压输出电路，IIC－4~20mA电流输出电路，ⅣA－操作面板，ⅣB－显示模块开孔，ⅣC－信号转接板，V－单相220V电源插头，

1－直流电源接口，2－编码器接口电路，3－信号转换电路，4－高性能单片机，5－数码显示接口电路，6－PWM转0~5V电路，7－0~5V转4~20mA电路，8－0~5V信号输出接口，

9－4~20mA信号输出接口，10－编码器NPN信号输出接口，11－编码器PNP信号输出接口，12－信号转接板编码器NPN接口，13－信号转接板编码器PNP接口，14－信号转接板0~5V信号接口，15－信号转接板4~20mA信号接口，16－操作显示面板安装孔（1），17－六位LED数码显示模块安装孔，18－操作显示面板安装孔（2），19－模拟量0~5V输出插孔，20－模拟量4~20mA输出插孔，21－旋转编码器NPN信号输出插孔，22－旋转编码器PNP信号输出插孔，23－SPI总线接口，24－数码管驱动（1），25－数码管驱动（2），26－六位数码管。

具体实施方式

一种电机转速测量转换实训装置由AC/DC电源模块I、信号转换处理电路板II、六位LED数码管显示模块III和操作显示面板Ⅳ四个部分组成（参见图1）。

AC/DC电源模块I是将单相交流220V转变为直流+5V和+24V电源，提供给信号转换处理板，再由信号转换处理板提供给编码器、六位LED数码管显示模块和操作显示面板24V输出。

信号转换处理板II是由直流电源接口电路1、编码器接口电路2、信号转换电路3、高性能单片机4、数码显示接口电路5、PWM转0~5V电路6、0~5V转4~20mA电路7、0~5V信号输出接口8、4~20mA信号输出接口9、编码器NPN信号输出接口10、编码器PNP信号输出接口11组成（参见图2）。信号转换处理板II以高性能单片机4为核心，进行编码器信号的处理和流程控制。与电机连接的编码器输出两路正交脉冲信号，信号转换处理板向编码器提供+24V电源，连接至信号转换处理板的编码器接口电路2，经过电路的转换为标准TTL电平脉冲信号，连接至信号转换电路3和编码器信号输出电路IIA，信号转换电路3将两路正交TTL电平脉冲转换为转速两倍频脉冲信号和转向电平信号，输入高性能单片机4进行计算处理，通过数码管显示接口5与六位LED数码管显示模块III连接，显示电机转速和转向；0~5V电压输出电路IIB包括PWM转0~5V电路6和0~5V信号输出接口电路8，高性能单片机4将计算得出的电机转速通过端口输出PWM信号，经PWM转0~5V电路6，输出0~5V电压信号，经0~5V信号输出接口8输出；4~20mA电流输出电路IIC包括 0~5V转4~20mA电路7和4~20mA信号输出接口9，0~5V电压信号再经过0~5V转4~20mA电路7，将电压信号转换为电流信号，通过4~20mA信号输出接口9，将与转速信号对应的4~20mA信号输出；编码器信号输出电路IIA由编码器NPN信号输出接口电路10和编码器PNP信号输出接口电路11组成，将编码器信号转换为NPN信号输出和PNP信号输出。

六位LED数码管显示模块III由SPI总线接口23，数码管驱动（1）24，数码管驱动（2）25，六位数码管26组成；SPI总线接口23与数码管驱动（1）24和数码管驱动（2）24经SPI总线连接，数码管驱动（1）24和数码管驱动（2）25连接六位数码管，驱动数码管显示转速和转向（参见图4）。

操作显示面板IV是信号输入、输出接口，包括操作面板IIA、显示模块开孔ⅣB、信号转接板IVC三个部分（参见图3）。操作面板IIA采用圆形插孔，通过安装孔（1）16和安装孔（2）18固定在壳体上部，六位LED数码管显示模块III通过显示模块开孔ⅣB嵌入操作面板，安装孔17固定；输入、输出信号在面板开孔，信号转接板IVC与操作面板IIA开孔一致，安装在操作面板IIA下部；信号转接板IVC包括转接板编码器NPN接口12、转接板编码器PNP接口13、转接板0~5V信号接口14、转接板4~20mA信号接口15、模拟量0~5V输出插孔19、模拟量4~20mA输出插孔20、旋转编码器NPN信号输出插孔21、旋转编码器PNP信号输出插孔22。

下面结合图1、图2、图3、图4，说明本发明之一种电机转速测量转换实训装置的工作过程。

本装置工作需要连接以下接口：AC/DC电源模块I的直流输出+5V和+24V连接至信号转换处理板II的直流电源接口1；与电机连接的编码器连接至编码器接口电路2，数码显示接口5连接至六位LED数码管显示模块III的SPI总线接口，0~5V信号输出接口电路8连接至信号转接板0~5V信号接口14，4~20mA信号输出接口9连接至信号转接板4~

20mA信号接口15，信号转换处理板II的编码器NPN信号输出接口10连接至信号转接板IVC的信号转接板编码器NPN接口12，编码器PNP信号输出接口11连接至信号转接板IVC的信号转接板编码器PNP接口13；六位LED数码管显示模块III嵌入操作面板显示模块开孔ⅣB ，使用安装孔16、17、18固定六位LED数码管显示模块III和操作显示面板。

连接完毕以上接口和线路，通过单相220V电源插头V接通交流220V单相电源，这时，六位LED数码管显示模块III显示5位数字0，然后，启动变频器让电机旋转起来，本装置六位LED数码管显示模块III会显示5位转速，第6位显示转向，无显示代表电机正转，显示“－”代表电机反转。如果需要把转速信号输出给PLC等其它设备，可以通过操作显示面板IV的模拟量0~5V输出插孔19输出0~5V电压信号，模拟量4~20mA输出插孔20输出电流信号。本装置还可以把与电机连接的编码器信号通过旋转编码器NPN信号输出插孔21输出和旋转编码器PNP信号输出插孔22输出NPN和PNP两种编码器信号输出，不影响本装置的正常工作。

Claims

1.一种电机转速测量转换实训装置，其特征在于本装置由AC/DC电源模块I、信号转换处理电路板II、六位LED数码管显示模块III和操作显示面板IV四个部分组成；所述的AC/DC电源模块I是连接单相交流220V，输出直流+5V和+24V电源提供给信号转换处理板，再由信号转换处理板提供给编码器、六位LED数码管显示模块和操作显示面板24V输出；所述的信号转换处理板II是由直流电源接口电路1、编码器接口电路2、信号转换电路3、高性能单片机4、数码显示接口电路5、PWM转0~5V电路6、0~5V转4~20mA电路7、0~5V信号输出接口8、4~20mA信号输出接口9、编码器NPN信号输出接口10、编码器PNP信号输出接口11组成；所述的六位LED数码管显示模块III由SPI总线接口23，数码管驱动（1）24，数码管驱动（2）25，六位数码管26组成；所述的操作显示面板IV是信号输入、输出接口，包括操作面板IIA、显示模块开孔ⅣB、信号转接板IVC三个部分，操作面板IIA采用圆形插孔，通过安装孔（1）16和安装孔（2）18固定在壳体上部，六位LED数码管显示模块III通过显示模块开孔ⅣB嵌入操作面板，安装孔17固定，输入、输出信号在面板开孔，信号转接板IVC与操作面板IIA开孔一致，安装在操作面板IIA下部，信号转接板IVC包括转接板编码器NPN接口12、转接板编码器PNP接口13、转接板0~5V信号接口14、转接板4~20mA信号接口15、模拟量0~5V输出插孔19、模拟量4~20mA输出插孔20、旋转编码器NPN信号输出插孔21、旋转编码器PNP信号输出插孔22。

2.根据权利要求1所述的一种电机转速测量转换实训装置，其特征在于：增量式编码器信号输入信号转换处理板II，在六位LED数码管显示模块III上显示5位转速数值和1位转向，第6位无显示，代表电机正转，第六位显示“－”代表电机反转。

3.根据权利要求1所述的一种电机转速测量转换实训装置，其特征在于：六位LED数码管显示模块III由两片74HC595驱动六位七段数码管，与高性能单片机采用SPI总线连接通讯。

4.根据权利要求1所述的一种电机转速测量转换实训装置，其特征在于：操作显示面板IV是信号输入、输出接口，包括操作面板IIA、显示模块开孔ⅣB、信号转接板IVC，六位LED数码管显示模块III通过显示模块开孔ⅣB嵌入操作面板，安装孔17固定，输入、输出信号在面板开孔，信号转接板IVC与操作面板IIA开孔一致，安装在操作面板IIA下部。

5.根据权利要求1所述的一种电机转速测量转换实训装置，其特征在于：操作显示面板IV的模拟量0~5V输出插孔19输出0~5V电压信号，模拟量4~20mA输出插孔20输出电流信号，旋转编码器NPN信号输出插孔21输出2路NPN编码器正交信号，旋转编码器PNP信号输出插孔22输出2路PNP编码器正交信号，同时向外提供+24V编码器电源。