CN107765026A

CN107765026A - 一种电机转速计

Info

Publication number: CN107765026A
Application number: CN201610700064.1A
Authority: CN
Inventors: 葛丽; 李爱娟; 刘伟; 高国春
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2018-03-06

Abstract

本发明专利涉及一种电机转速计，本发明采用单片机技术来实现转速的测量，可以提高转速的测量，可以提高转速测量的精确度，并且加快了采样的速率，具有较好的实时性。本发明具有测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。

Description

一种电机转速计

技术领域

本发明专利涉及单片机技术领域，具体涉及一种电机转速计。

背景技术

随着微型计算机可靠性提高和价格的下降，用单片机测量电机转速已经日趋普遍。我们知道，欲提高测量精度，必须先测出准确的转速，而原先在可控硅调速电路中采用的测速发电机方式已不能满足要求，必须采用数字测速的方法。

目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号.其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点。加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。

发明专利内容

本发明专利涉及一种电机转速计，本发明采用单片机技术来实现转速的测量，可以提高转速的测量，可以提高转速测量的精确度，并且加快了采样的速率，具有较好的实时性。

本发明具有测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1：转速测量系统的组成框图。

图2：转速传感器电路图。

图3：内部电路示意图。

图4：电平转换器MAX232CPE管脚。

图5：电位器3296图。

图6：AT89C51芯片图。

图7：晶振图。

图8：晶振电路仿真图。

图9：晶振电路电路图。

图10：最小系统的仿真图。

图11：动态显示仿真图。

图12：主程序流程图。

具体实施方式

为了使本发明专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明专利进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明专利，并不用于限定本发明专利。

进一步的，整个测量系统的组成框图如图1所示。从图中可见，转子由一直流调速电机驱动，可实现大转速范围内的无级调速。转速信号由光电传感器拾取，使用时应先在转子上做好光电标记，具体办法可以是：将转子表面擦干净后用黑漆(或黑色胶布)全部涂黑，再将一块反光材料贴在其上作为光电标记，然后将光电传感器(光电头)固定在正对光电标记的某一适当距离处。光电头采用低功耗高亮度LED，光源为高可靠性可见红光，无论黑夜还是白天，或是背景光强有大范围改变都不影响接收效果。光电头包含有前置电路，输出0-5V的脉冲信号。接到单片机89C51的相应管脚上，通过89C51内部定时/计时器T0、T1及相应的程序设计，组成一个数字式转速测量系统。

系统硬件设计：

进一步的，本发明采用光电传感器采集信号，这种传感器是把旋转轴的转速变为相应频率的脉冲，然后用测量电路测出频率，由频率值就可知道所侧转素值。这种测量方法具有传感器结构简单、可靠、测量精度高的特点。是目前常用的一种测量转速的方法。从光源发出的光通过测速齿盘上的齿槽照射到光电元件上，使光电元件感光。测速齿盘上有30个齿槽，当测速齿槽旋转一周，光敏元件就能感受与开孔数相等次数的光次数。对于被测电机的转速在90-1700r/min的来说，每转一周产生30个电脉冲信号，因此，传感器输出波形的频率的大小为：45Hz≤f≤850Hz(1)，测速齿盘装在发射光源(红外线发光二极管)与接收光源的装置(红外线接收二极管)之间，红外线发光二极管(规格IR3401)负责发出光信号，红外线接收三极管(规格3DU12)负责接收发出的光信号，产生电信号，每转过一个齿，光的明暗变化经历了一个正弦周期，即产生了正弦脉冲电信号。图2所示为转速传感器电路，因为红外光不可见，用肉眼是无法判断红外线是否工作，故将红外线的输出回路串接了一个普通光电二极管作为判别光源发生回路是否为通路。所选用的红外二极管IR3401，在正向工作电流为20mA时，其导通电压为1.2-1.5V，所选用的发光二极管的正向压降一般为1.5-2.0V，电流为10-20Ma。R的计算公式为：R＝(Ucc-U1-U2)/I1(2)计算得：Rmin＝425Ω；Rmin＝465Ω。设定中所选阻值为430Ω(Rmin≤R≤Rmax)。转速传感器输出电压幅度在0-1.6mV呈正弦波变化，由此可见，红外线接收三极管的光信号转化为电信号的电压Uo很微弱(一般为mV量级)，需要进行信号处理。

进一步的，本发明的H92B4是由原装进口高发射功率的砷化镓(砷铝镓)红外发射管和高灵敏度的光敏晶体管组成。它是利用被测物对光束的遮挡，由同步回路选择通电路，从而检测物体的有无。直射式红外光电传感器内部电路示意图如图3所示。

进一步的，本发明的MAX232CPE芯片是美信(MAXIM)公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5V单电源供电。标准RS-232的电平EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)＝-3V～-15V逻辑0(SPACE)＝+3～+15V；在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：信号有效(接通，ON状态，正电压)＝+3V～+15V信号无效(断开，OFF状态，负电压)＝-3V～-15V TTL输出高电平＞2.4V，输出低电平＜0.4V。在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平：输入高电平＞＝2.0V，输入低电平＜＝0.8V，噪声容限是0.4V。互联的话一定要做电平转换的。max232等芯片就是完成电平转换的。本文采用的是MAX232CPE电平转换器，第一字母表应用级别。C为商用级。第二字母，表示封装，P为PDIP封装，有16管脚。第三字母，表示引脚数，E为16PIN。MAX232CPE用于完成计算机232端口数据电平转换，连接CMOS电路的，换言之，如果离开它，我们就无法用软件监控电源状态了，需要串口返回信号。MAX232CPE完成232电平与TTL电平转换，提供一个本地借口，为调试和维护提供方便。TXD接SX52的RA2脚，RXD接RA3脚，RS-RXD和RS-TXD是RS232电平，为标准串口电平。数据可以从串口输入到单片机SX52，SX52再把数据送到RTL8019AS传出去。用于嵌入式设备上的应用。MAX232CPE管脚如图4所示。

进一步的，电位器3296(如图5)广泛应用于仪器仪表、电器、音响设备、通讯、医疗设施、安防产品、UPS电源、工业控制电视机、录像机、MP3、Mp4、VCD机、DVD机、电话机、办公自动化设备和信息通讯设备等领域。电位器的作用是调节电压，包含直流电压与信号电压，以及电流的大小。电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。电位器是一种可调的电子元件，它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触点之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。它大多是用作分压器，这时电位器是一个四段元件。电位器基本上就是滑动变阻器，有几种样式，一般用在音箱音量开关和激光头功率大小调节电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触点之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。

进一步的，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。图6是常用的一种单片机，型号为AT89C51，它将计算机的功能都集成到这个芯片内部去了，就这么一个小小的芯片就能构成一台小型的电脑，因此叫做单片机。它有40个管脚，分成两排，每一排各有20个脚，其中左下角标有箭头的为第1脚，然后按逆时针方向依次为第2脚、第3脚……第40脚。在40个管脚中，其中有32个脚可用于各种控制，比如控制小灯的亮与灭、控制电机的正转与反转、控制电梯的升与降等，这32个脚叫做单片机的“端口”，在单片机技术中，每个端口都有一个特定的名字，比如第一脚的那个端口叫做“P1.0”。

进一步的，MCS-51单片机复位电路是指单片机的初始化操作。单片机启运运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现。

进一步的，晶振(图7)是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。石英晶体振荡器分非温度补偿式晶体振荡器、温度补偿晶体振荡器(TCXO)、电压控制晶体振荡器(VCXO)、恒温控制式晶体振荡器(OCXO)和数字化/μp补偿式晶体振荡器(DCXO/MCXO)等几种类型。其中，无温度补偿式晶体振荡器是最简单的一种，在日本工业标准(JIS)中，称其为标准封装晶体振荡器(SPXO)。只要在晶体振子板极上施加交变电压，就会使晶片产生机械变形振动，此现象即所谓逆压电效应。当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时，就会发生压电谐振，从而导致机械变形的振幅突然增大。AT89C51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器(简称晶振)和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。电路中的电容C1、C2典型值通常选择30pF，对外接电容虽然没有严格要求，但电容的大小会影响振荡频率的高低、振荡器稳定性和起振的快速性。晶振的频率越高，则系统的时钟频率也越高，单片机的运行速度也越快，因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为30μF。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。晶体振荡电路如图8图9所示。

进一步的，最小系统的仿真图10，最小系统仿真程序如下：

进一步的，LED数码有共阳和共阴两种，把这些LED发光二极管的正极接到一块(一般是拼成一个8字加一个小数点)而作为一个引脚，就叫共阳的，相反的，就叫共阴的，那么应用时这个脚就分别的接VCC和GND。再把多个这样的8字装在一起就成了多位的数码管了。动态显示仿真(图11)，动态显示程序：

void DisplayFresh()

{

P2|＝0xF0；

LED_SEG0＝0；

LED_DAT＝table[Disbuf[0]]；

Delay(1)；

P2|＝0xF0；

LED_SEG1＝0；

LED_DAT＝table[Disbuf[1]]；

Delay(1)；

P2|＝0xF0；

LED_SEG2＝0；

LED_DAT＝table[Disbuf[2]]；

Delay(1)；

P2|＝0xF0；

LED_SEG3＝0；

LED_DAT＝table[Disbuf[3]]；

Delay(1)；

P2|＝0xF0；

}

软件设计：

进一步的，主程序流程图12所示，主程序代码如下：

以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本发明专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。

Claims

1.一种电机转速计，其特征在于，本发明采用单片机技术来实现转速的测量，可以提高转速的测量，可以提高转速测量的精确度，并且加快了采样的速率，具有较好的实时性。

2.根据权利要求1所述的一种电机转速计，其特征在于，本发明采用光电传感器采集信号，这种传感器是把旋转轴的转速变为相应频率的脉冲，然后用测量电路测出频率，由频率值就可知道所侧转素值。

3.根据权利要求1所述的一种电机转速计，其特征在于，本发明的H92B4是由原装进口高发射功率的砷化镓(砷铝镓)红外发射管和高灵敏度的光敏晶体管组成。

4.根据权利要求1所述的一种电机转速计，其特征在于，本发明的MAX232CPE芯片是美信(MAXIM)公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5V单电源供电。