CN204595015U - 低功耗手持式转速测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于电感式接近开关的低功耗手持式转速测量仪。它包括壳体，壳体上设有显示器、报警灯和按键，壳体内设有主控制器及与其连接的显示电路、超速报警电路、参数存储电路、按键电路，主控制器经信号隔离电路与转速传感器连接，所述转速传感器为电感式接近开关，电感式接近开关的探头通过电缆伸出壳体外；还包括为转速传感器和主控制器控制电路供电的电源电路。本实用新型基于电感式接近开关进行转速测量，能实现无接触测量，并且无需在被测物上附加检测元件。由于传感器本身具有较长电缆，手持转速表的测量者可与被测物有一定安全距离，不需要完全对准被测物，易于操作，功耗低。

Description

低功耗手持式转速测量仪

技术领域

本实用新型涉及转速测量技术领域，尤其涉及一种基于电感式接近开关的低功耗手持式转速测量仪。

背景技术

在生产和生活中, 旋转设备与设施，如电机、电扇、造纸、水泵、洗衣机、汽车、飞机、轮船等大量存在，经常会遇到各种需要测量转速的场合。手持式转速表体积小，便于携带，操作简单，能够满足特殊条件下的使用要求，因此有着广泛的应用。

目前常用的手持式转速表有接触式和非接触式两种。接触式转速表使用的测量方法主要是离心式测速法，非接触式的测量方法主要为光电测速法等。非接触测量的检测仪表与被测物体不直接接触，安全，可靠，应用非常广泛。手持式非接触转速表主要使用的是反射式光电测速法，使用的传感器为光电测速传感器，即利用光电变换将光信号转变为与转速成正比的电脉冲信号，然后测得电脉冲信号的频率和周期，从而得到转速。光电转速表的使用方法一般为：首先将待测件贴上一个反射标记，然后使可见光束与目标成一直线再进行测量。光电式转速表的优点是精度高、稳定性好、测量范围大；缺点是需要在被测件上附加检测元件（反射贴），且测量时必须使可见光束与目标成一直线，才能准确测量。此种测量仪表受人为因素影响大，且存在一定的安全隐患。随着电感式接近开关的普及，其在转速测量领域的应用优势也越来明显，但因其功耗较高，目前只用在大型测量装置上，还没有在手持式转速表上得到应用。

发明内容

为克服现有手持式转速表的问题，本实用新型基于电感式接近开关提供了一种低功耗手持式转速测量仪，充分利用电感式接近开关的优势，实现手持式转速测量。

本实用新型的采用技术方案为：

一种低功耗手持式转速测量仪，包括壳体，壳体上设有显示器、报警灯和按键，壳体内设有主控制器及与其连接的显示电路、超速报警电路、参数存储电路、按键电路，主控制器经信号隔离电路与转速传感器连接，所述转速传感器为电感式接近开关，电感式接近开关的探头通过电缆伸出壳体外；还包括为转速传感器和主控制器控制电路供电的电源电路，所述电源电路包括电池组、测量按键、三端稳压器Ⅰ和三端稳压器Ⅱ，电池组正极经测量按键连接到三端稳压器Ⅰ的输入端，三端稳压器Ⅰ6V电压输出端经开关按键后为转速传感器供电，三端稳压器Ⅰ6V电压输出端还接至三端稳压器Ⅱ输入端，三端稳压器Ⅱ3V电压输出端为主控制器控制电路供电。本实用新型使用电感式接近开关作为转速传感器，对具有金属风叶的转动系统来说，可以实现无接触、无附加元件的检测。同时由于电感式接近开关具有较长的电缆线（2m），传感器探头固定好后，不需要人手持对准，人与被测件也可以保持一定的安全距离。并且本实用新型根据该传感器的特点，设计相应的电源和控制电路，使得整个系统运行的功耗较低，能够在电池供电的条件下长时间运行。

本实用新型的电源选用功率较大的9V电池或3.6V电池组供电，由于所选传感器的正常工作电压为5-30V，为降低功耗，电源设置的传感器工作电压为6V，第一个稳压源选择78L06型三端稳压器Ⅰ，输出电压范围在5.5-6.3V之间，完全可以保证传感器的正常工作。控制电路的工作电压为3V，选择低功耗的HT7130型三端稳压器Ⅱ。为减小压差，降低功耗，HT7130型三端稳压器Ⅱ的电源电压输入来自78L06型三端稳压器Ⅰ的输出。该电源电路设置两个按键，分别为测量按键和电源总开关按键。测量按键设置原因为：当电源接通时电感式接近开关具有空载电流，为降低功耗，设置该按键。当开关按键接通，测量按键断开时，控制电路正常工作，传感器不工作，因此不产生空载电流，当需要传感器工作时，测量按键闭合，传感器进行正常测量。

所述信号隔离电路采用光电耦合器。电感式接近开关工作产生转速脉冲信号，光电耦合器的发光器发出光线，受光器接收光线导通，与之相连的单片机端口出现低电平，触发单片机外部中断，在单片机的中断子程序中完成转速周期的测量与计算等功能。

所述的主控制器采用P87LPC767型单片机。它是一款高集成度、低成本的20脚8位单片机，具有低功耗特性，当时钟频率选择中频100k-4MHz时，在3.3V的电压下，系统的功耗仅为0.044-1.7mA。它片内集成4k字节OPT程序存储器，2个16位定时/计数器，八个键盘中断输入，2路外部中断输入，最少15个I/O口。

由于手持式设备的电源供给有限，因此控制电路全部选择低功耗器件进行设计。主要完成的功能为：一、参数设置，包括风叶片数设置，转速报警限值设置等；二、读取转速信号，并进行实时显示；三、如果失速可进行声光报警。低功耗设置如下：

    所述显示器采用LCM101型液晶显示器。这款显示器具有极微功耗，当工作电压为2.4-3.3V时，显示状态只有2μA。

所述按键还包括参数设置按键，分为数字键、位移键和状态键，三个按键分别与单片机的P0.0、P0.1和P0.2端口连接，这三个端口工作在按键中断模式下，当有键按下后，单片机进入按键中断子程序。这三个按键通过复用，完成参数风叶片数N设置，转速报警限值L设置等功能。以往采用的查询模式下，CPU需要不断地对按键口的状态进行查询，会消耗更多电流。本实用新型选用按键中断模式，会比查询模式更节约功耗。

 所述的参数存储电路选择2K串行E2PROM24C02参数存储芯片，该芯片采用低功耗CMOS技术，读写时电源电流最大3mA。

所述报警器采用蜂鸣器，蜂鸣器安装在显示器上，由单片机控制显示器启动蜂鸣器完成声音报警。这种方式同样可降低功耗。

本实用新型基于电感式接近开关进行转速测量，能实现无接触测量，并且无需在被测物上附加检测元件。由于传感器本身具有较长电缆，手持转速表的测量者可与被测物有一定安全距离，不需要完全对准被测物，易于操作，功耗低。

附图说明

图1是本实用新型的外观结构图；

图2是本实用新型的内部系统框图；

图3是电源电路原理图；

图4是主控制器的控制电路原理图；

图中，1、报警灯，2、显示器、3、测量按键，4、开关按键，5、重启按键，6、电缆，7、探头，8、参数设置按键，9、转速传感器，10、信号隔离电路，11、按键电路，12、主控制器，13、显示电路，14、超速报警电路，15、参数存储电路。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细说明：

一种低功耗手持式转速测量仪，如图1所示，包括壳体，壳体上设有显示器2、报警灯1和按键，按键分为测量按键3、开关按键4、重启按键5和参数设置按键8。如图2所示，壳体内设有主控制器12及与其连接的显示电路13、超速报警电路14、参数存储电路15、按键电路11，主控制器12经信号隔离电路10与转速传感器9连接，所述转速传感器9为电感式接近开关，电感式接近开关的探头7通过电缆6伸出壳体外。另外还设有电源电路，如图3所示，所述电源电路包括电池组BT、测量按键S5、三端稳压器ⅠU6和三端稳压器ⅡU7，三端稳压器Ⅰ采用78L06型号，三端稳压器采用HT7130型号。电池组BT正极经测量按键S5连接到三端稳压器ⅠU6的输入端，三端稳压器ⅠU6的6V电压输出端经开关按键S6后为转速传感器供电，三端稳压器ⅠU6的6V电压输出端还接至三端稳压器ⅡU7的输入端，三端稳压器ⅡU7的3V电压输出端为主控制器控制电路供电。

如图4所示，所述的主控制器12采用P87LPC767型单片机U1。控制电路主要完成的功能为程序存储、参数设置及存储（主要参数包括风叶片数N设置，转速报警限值L设置等）、转速信号读取以及数据处理、转速的实时显示以及失速声光报警等功能。程序存储在片内的程序存储器中。

信号隔离电路10使用光电耦合器U5（PC817型号）完成传感器与单片机之间的电气隔离。光电耦合器U5的发射极与单片机U1的P1.4口连接，当电感式接近开关工作产生转速脉冲信号后，光电耦合器U5的发光器发出光线，受光器接受光线导通，单片机P1.4口出现低电平，触发单片机外部中断。在单片机的中断子程序中完成转速周期的测量与计算等功能。   

显示器2用于转速的显示，采用10位8段液晶显示器U3（LCM101型号），它采用3-4线的串行接口，在本系统中它的片选端CS、寄存器选择端RS、数据/指令写入控制端WR和数据输入输出端DATA分别与单片机U1的P0.4、P0.5、P0.6和P0.7口连接，可根据单片机指令进行显示。

参数设置按键8分为数字键S2、位移键S3和状态键S4三个，数字键S2完成数字0-9的输入，位移键S3完成位数的左移，状态键S4完成参数的变换。这三个按键分别与单片机的P0.0、P0.1和P0.2口连接，这三个端口工作在按键中断模式下，当有键按下后，单片机U1进入按键中断子程序，在此程序中判断是哪个键按下，并进行相应的操作。参数设置完成后存储于参数存储电路15中。参数存储芯片U2选择2K串行E2PROM24C02型号。它的串行时钟端口SCL和串行数据/地址端口SDA分别与单片机的P1.2和P1.3口连接，P1.2口工作在I2C串行时钟输入/输出模式下，P1.3口工作在I2C串行数据输入/输出模式下。单片机在上电初始化后，通过P1.2和P1.3口实现对参数存储芯片U2的控制，读取参数存储芯片中的参数，保存在单片机内部寄存器中，所以初始化以后不需对参数存储芯片进行读写操作，另外当需要输入或修改参数时，键盘中断程序会对参数存储芯片进行控制，读取并修改其中的参数。其余时间，参数存储芯片不需要工作，因此消耗的平均电流不多。

当系统判断转速值超过设定的报警限值L时，启动声光报警。声音报警采用蜂鸣器U5，蜂鸣器U5安装在显示器U3上，单片机控制显示器启动蜂鸣器完成声音报警，光的报警使用LED红色报警灯D1。报警灯由单片机的P0.3口控制。超速报警时，P0.3口的电平由高变低，点亮LED灯，从而实现光的报警。

本实用新型的工作过程如下：首先，打开开关按键4，接通电源。显示正常后使用参数设置按键8，进行参数设置和存储。然后固定好电感式接近开关探头7，使其与被测件位置符合测试要求。按下测量按键3，开始测量。正常情况下，显示器2显示转速值，失速（转速大于设定限值）时报警（LED灯亮且蜂鸣器响）。测量结束，断开测量按键3，并关闭电源。

Claims (7)

1.一种低功耗手持式转速测量仪，包括壳体，壳体上设有显示器（2）、报警灯（1）和按键，壳体内设有主控制器（12）及与其连接的显示电路（13）、超速报警电路（14）、参数存储电路（15）、按键电路（11），其特征在于：主控制器（12）经信号隔离电路（10）与转速传感器（9）连接，所述转速传感器（9）为电感式接近开关，电感式接近开关的探头（7）通过电缆（6）伸出壳体外；还包括为转速传感器和主控制器控制电路供电的电源电路，所述电源电路包括电池组（BT）、测量按键（S5）、三端稳压器Ⅰ（U6）和三端稳压器Ⅱ（U7），电池组（BT）正极经测量按键（S5）连接到三端稳压器Ⅰ（U6）的输入端，三端稳压器Ⅰ（U6）6V电压输出端经开关按键后为转速传感器供电，三端稳压器Ⅰ（U6）6V电压输出端还接至三端稳压器Ⅱ（U7）输入端，三端稳压器Ⅱ（U7）3V电压输出端为主控制器控制电路供电。

2.根据权利要求1所述的低功耗手持式转速测量仪，其特征在于：所述信号隔离电路（10）采用光电耦合器。

3.根据权利要求1所述的低功耗手持式转速测量仪，其特征在于：所述的主控制器（12）采用P87LPC767型单片机。

4.根据权利要求1所述的低功耗手持式转速测量仪，其特征在于：所述显示器（2）采用LCM101型液晶显示器。

5.根据权利要求3任一项所述的低功耗手持式转速测量仪，其特征在于：所述按键还包括参数设置按键（8），分为数字键（S2)、位移键（S3)和状态键（S4)，三个按键分别与单片机的P0.0、P0.1和P0.2端口连接，这三个端口工作在按键中断模式下，当有键按下后，单片机进入按键中断子程序。

6.根据权利要求1所述的低功耗手持式转速测量仪，其特征在于：所述的参数存储电路（15）选择2K串行E2PROM24C02参数存储芯片。

7.根据权利要求3所述的低功耗手持式转速测量仪，其特征在于：所述报警器（1）采用蜂鸣器，蜂鸣器安装在显示器上，由单片机控制显示器启动蜂鸣器完成声音报警。