CN207164081U - 一种转速测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种转速测量系统，转速传感器和施密特触发器均与信号放大电路相连，施密特触发器与单片机相连；信号放大电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和三极管，所述第一电阻的一端连接高电平，另一端连接转速传感器的输出端，第二电阻的一端连接高电平，另一端连接三极管的集电极，第三电阻的一端连接转速传感器的输出端，另一端连接三极管的基极，施密特触发器的输出端连接到单片机的中断管脚上，输入端连接三极管的集电极，三极管的发射极接地。本实用新型有利于转速传感器信号长距离地传输到单片机上，在不增加硬件成本的基础上，能够有效地消除众多正确数据中出现的偶然性不连续的非正常数据。

Description

一种转速测量系统

技术领域：

本实用新型涉及一种转速测量系统。

背景技术：

转速测量系统具有广泛的应用范围，典型地，如电机转速测量、汽车速度测量等。现有的转速测量系统常通过传感器采集电机轴的脉冲信号，由单片机进行简单处理后计算出实际转速。

然而，在实际应用中，转速测量系统面临以下两个方面的问题：第一，转速传感器与单片机之间的距离不能太长，距离过长一方面会带来严重的信号衰减，另一方面会使得传感器输给单片机信号面临较大的噪声干扰；第二，有时转速测量系统很少作为一个独立系统存在，这会导致单片机因不能迅速响应传感器的信号而带来测量上的误差，突出地表现在一系列正常测量值中出现偶然的非连续性的不正确数值。假设需要记录电机每一圈的旋转时间，且电机正处于匀速转动过程中，旋转一圈需要0.1 秒，那么在1秒中内的记录值应该是10个连续的0.1秒，但由于在0.5秒时单片机未能及时响应传感器信号，可能会导致测量数值变为0.095秒。

对于第一个问题，常见的解决方法是：第一，缩短转速传感器与单片机之间的距离，但不适合某些应用环境；第二，对信号进行放大以弥补长距离传输带来的衰落，但同时会放大噪声信号；第三，采用光耦、滤波电路对噪声信号进行滤波，但容易导致传感器信号的变形。

对于第二个问题，常见的解决方法是：第一，采用处理能力较高的单片机；第二，开发独立的转速测量系统；第三，采用数字滤波技术。前两种方法主要是从硬件的角度解决测量误差的问题，容易导致成本的增加；第三种方法则依赖于算法的具体内容，然而，现有常见的滤波算法难以有效地消除众多正确数据中出现的偶然性不连续的非正常数据。

发明内容：

本实用新型是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种转速测量系统。

本实用新型所采用的技术方案有：一种转速测量系统，包括转速传感器、信号放大电路、施密特触发器和单片机，所述转速传感器和施密特触发器均与信号放大电路相连，施密特触发器与单片机相连；

所述信号放大电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和三极管，所述第一电阻的一端连接高电平，另一端连接转速传感器的输出端，第二电阻的一端连接高电平，另一端连接三极管的集电极，第三电阻的一端连接转速传感器的输出端，另一端连接三极管的基极，施密特触发器的输出端连接到单片机的中断管脚上，输入端连接三极管的集电极，三极管的发射极接地。

进一步地，所述转速传感器采用磁效应的霍尔传感器A3144。

进一步地，所述三极管为NPN三极管。

进一步地，所述施密特触发器采用74LS14触发器。

进一步地，所述单片机采用C51系列单片机。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型有利于转速传感器信号长距离地传输到单片机上，在不增加硬件成本的基础上，能够有效地消除众多正确数据中出现的偶然性不连续的非正常数据。

附图说明：

图1为本实用新型逻辑示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型一种转速测量系统，包括转速传感器、信号放大电路、施密特触发器U2和单片机，转速传感器和施密特触发器均与信号放大电路相连，施密特触发器与单片机相连。

本实用新型中的信号放大电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和三极管U1，三极管U1实现信号的放大功能，其各元器件的连接结构如下：

第一电阻R1：一端连接高电平，另一端连接转速传感器的输出端；

第二电阻R2：一端连接高电平，另一端连接三极管U1的集电极；

第三电阻R3：一端连接转速传感器的输出端，一端连接三极管U1的基极，R3靠近U1；

施密特触发器U2：施密特触发器U2输出端连接到单片机的中断管脚上，输入端连接三极管U1的集电极，三极管U1的发射极接地。

转速传感器采用磁效应的霍尔传感器A3144，转速传感器负责检测电机的转速，将转速以脉冲的形式发送出来。

信号放大电路对来自于转速传感器的信号进行放大，使得信号能适合长距离传输。信号放大电路中的三极管为NPN三极管。

施密特触发器U2采用74LS14触发器，施密特触发器负责对转速传感器的信号进行整型滤波，恢复转速传感器信号的矩形脉冲形状。

单片机采用C51系列单片机，单片机负责接收转速传感器的信号，进行时间测量，并将时间转换成对应的电机转速，同时采用滤波算法，滤除测量结果中一些非正常数据。

电机每转一圈，转速传感器输出一个矩形脉冲，包含一个上升沿和一个下降沿，该信号经过第三电阻R3、三极管U1和施密特触发器U2传输给单片机的中断管脚 INT。

单片机采用脉冲触发中断的中断模式，可选择上升沿触发，也可选择下降沿触发，取决于具体的单片机或用户设置，一旦设定某种触发，那么连续两个上升沿或下降沿之间的时间即为电机转动一圈的时间。假设单片机采用上升沿触发中断，单片机中断管脚INT捕获到第一个沿信号后，启动内部定时器，从0开始计数；捕获到第二个沿信号后，读取定时器的计数值，并利用滤波算法，获得电机旋转一圈的时间值，同时将定时器的值再次置为0，并开始下次计数。

单片机采用滤波算法的步骤如下：

步骤1:设参与滤波的数值的数目(也称滤波窗口)为n，3≤n≤10,n取整数；

步骤2:电机每旋转一圈，转速传感器就发送一个脉冲给单片机；

步骤3：单片机利用定时器，不断测量前后两个脉冲之间的计数值(即单片机在接收到转速传感器传递过来的当前一个脉冲后，定时器开始新一轮内部计数，在接收到转速传感器传递过来的下一个脉冲后，定时器停止内部计数。其计数频率取决于单片机的晶振频率)，记第m(m≥1)次的计数值为T_m；

步骤4：单片机利用公式计算相应的电机转速，其中f为晶振频率，单位为Hz，β为倍频系数(C51系列单片机倍频系数为12)，计算结果称为第m次的测量值，记为M_m；

步骤4.1:如果m＜n，该测量值M_m直接作为第m次的处理值E_m以及第m次的转速值S_m；

步骤4.2:如果m≥n；

那么：步骤4.2.1:(以下M_m-1为m-1次的测量值，M_m-n+1为第m-n+1次的测量值，)

1)如果M_m＞M_m-1，从M_m-n+1,L,M_m中选择最小的一个值作为第m次的处理值E_m；

2)如果M_m＜M_m-1，从M_m-n+1,L,M_m中选择最大的一个值作为第m次的处理值E_m；

3)如果M_m＝M_m-1，将M_m作为第m次的处理值E_m；

步骤4.2.2:(以下E_m-1为m-1次的处理值，E_m-n+1为第m-n+1次的处理值，)

1)如果M_m＞M_m-1，从E_m-n+1,L,E_m中选择最大的一个值作为第m次的转速值S_m；

2)如果M_m＜M_m-1，从E_m-n+1,L,E_m中选择最小的一个值作为第m次的转速值S_m；

3)如果M_m＝M_m-1，将E_m作为第m次的转速值S_m；

步骤5：根据实际情况，步骤4.1或步骤4.2.2中的S_m即为第m次测量并滤波后所得到的最终转速值。

后续电机转速值的获取按照上述步骤3至步骤4的内容重复进行。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种转速测量系统，其特征在于：包括转速传感器、信号放大电路、施密特触发器（U2）和单片机，所述转速传感器和施密特触发器均与信号放大电路相连，施密特触发器与单片机相连；

所述信号放大电路包括第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）和三极管（U1），所述第一电阻（R1）的一端连接高电平，另一端连接转速传感器的输出端，第二电阻（R2）的一端连接高电平，另一端连接三极管（U1）的集电极，第三电阻（R3）的一端连接转速传感器的输出端，另一端连接三极管（U1）的基极，施密特触发器（U2）的输出端连接到单片机的中断管脚上，输入端连接三极管（U1）的集电极，三极管（U1）的发射极接地。

2.如权利要求1所述的转速测量系统，其特征在于：所述转速传感器采用磁效应的霍尔传感器A3144。

3.如权利要求1所述的转速测量系统，其特征在于：所述三极管（U1）为NPN三极管。

4.如权利要求1所述的转速测量系统，其特征在于：所述施密特触发器（U2）采用74LS14触发器。

5.如权利要求1所述的转速测量系统，其特征在于：所述单片机采用C51系列单片机。