CN208399531U - 直流电机测速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种直流电机测速装置，包括线圈、带通滤波电路、一级放大电路、二级放大及波形变换电路、和单片机。其中，线圈采样直流电机转动产生的磁场，并产生感生电信号；带通滤波电路、一级放大电路和二级放大及波形变换电路对感生电信号进行滤波、放大、波形变换后，产生方波信号；之后单片机通过在单位时间内测量计算方波信号的下降沿信号个数，可得出电机的转速。该直流电机测速装置具有非接触式测量、无损耗、精度高的特点。

Description

直流电机测速装置

技术领域

本实用新型的实施例涉及一种直流电机测速装置。

背景技术

电机测速方法一般有以下两种：

第一种是M/T法测速。该方法属于数字式测速,通常由光电编码器、直线光栅尺、感应同步器、旋转变压器、直线磁栅尺等传感器来完成。该类转子位置传感器发出的脉冲信号,可在可编程计数器的配合下,基于微机系统采用MT法对电机转速实现高精度的数字测量,这类传感器一般都输出两组相位相差90°的脉冲序列A、B,根据A、B的相位关系可以鉴别电机转向,同时还可以进行四倍频处理,以减少通过M/T法获取速度反馈信号的纹波。其基本原理是：电机每转一圈,传感器输出的脉冲数一定,随着电动机转速和输出脉冲频率的不同,频率与转速成正比,能测量其频率,通过软件计算就能得到速度。

第二种是F/V测速。该方法通常需要用到编码器、电磁式脉冲测速机，采用编码器的测速脉冲经f/v变换获得速度的模拟量,或者由转子位置传感器的脉冲信号经f/v变换获得速度的模拟量，F/V法测速原理是：电机每转输出的脉冲信号频率与电机转速成正比,然后通过频压变换将脉冲信号转换成反映转速高低的模拟电压。测速精度与编码器每转脉冲数以及f/v变换电路时间常数的选择有关,每转脉冲数越多,测速越精确。

上述两种方法都需要光电编码器与电机轴发生接触。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种非接触式的直流电机测速装置。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种直流电机测速装置，线圈、带通滤波电路、一级放大电路、二级放大及波形变换电路和单片机；其中，线圈用于采样直流电机转动产生的磁场，并产生感生电信号；带通滤波电路包括相互串联的二阶高通有源滤波电路和二阶低通有源滤波电路，用于滤除感生电信号的杂波；一级放大电路为三运放差分放大电路，用于对滤波后的感生电信号进行一级放大；二级放大及波形变换电路用于将一级放大的感生电信号进行二级放大以及转换为方波信号，其包括反相比例放大电路、双向稳压管以及三极管；单片机与三极管耦合，采样方波信号的脉冲个数，输出电机转速。

此外，本实用新型还提供如下附属技术方案：

二阶高通有源滤波电路包括第一运放、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容和第一调零电位器；所述二阶低通有源滤波电路包括第二运放、第三电阻、第四电阻、第三电容、第四电容和第二调零电位器。

一级放大电路包括第三运放、第四运放、第五运放以及若干增益电阻，第三运放和第四运放同相输入，相互并联后再与第五运放差分输入串联。

反相比例放大电路包括电压比较器、耦合在电压比较器反相端的第十一电阻、耦合在电压比较器同相端和输出端之间的第十二电阻。

双向稳压管的基准电压为5V；所述三极管的发射极输入+5电压。

单片机的型号为STC89C52RC，其第14脚与三极管耦合。

直流电机测速装置还包括显示器，该显示器与单片机的P0口耦合，用于显示电机转速。

相比于现有技术，本实用新型的直流电机测速装置的优势在于：其包括线圈、带通滤波电路、一级放大电路、二级放大及波形变换电路、和单片机。其中，线圈采样直流电机转动产生的磁场，并产生感生电信号；带通滤波电路、一级放大电路和二级放大及波形变换电路对感生电信号进行滤波、放大、波形变换后，产生方波信号；之后单片机通过在单位时间内测量计算方波信号的下降沿信号个数，可得出电机的转速。该直流电机测速装置具有非接触式测量、无损耗、精度高的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，并非对本实用新型的限制。

图1是本实用新型较佳实施例的直流电机测速装置的电路原理框图。

图2是本实用新型较佳实施例的直流电机测速装置的线圈和带通滤波电路的电路图。

图3是本实用新型较佳实施例的直流电机测速装置的一级放大电路的电路图。

图4是本实用新型较佳实施例的直流电机测速装置的二级放大及波形变换电路的电路图。

图5是本实用新型较佳实施例的直流电机测速装置的单片机和显示器的电路图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型技术方案作进一步非限制性的详细描述。

见图1，本实施例的直流电机测速装置包括线圈1、带通滤波电路2、一级放大电路3、二级放大及波形变换电路4、单片机5和显示器6。线圈1采样直流电机转动产生的磁场，并产生感生电信号(正信号Vi0，负信号Vi-)，如果采用示波器是可以看到明显的脉冲信号；带通滤波电路2、一级放大电路3和二级放大及波形变换电路4对感生电信号进行滤波、放大、波形变换后，产生方波信号；单片机通过在单位时间内测量计算方波信号的下降沿信号个数，计算得出电机的转速，最后通过显示器显示。

见图2，线圈L产生感生电信号(正信号Vi0，负信号Vi-)，正信号Vi0输入带通滤波电路。带通滤波电路用于滤除感生电信号正信号Vi0的杂波，其包括相互串联的二阶高通有源滤波电路和二阶低通有源滤波电路。

二阶高通有源滤波电路包括第一运放U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2和第一调零电位器RP1；其中，第一运放U1的型号为OP07，第一调零电位器RP1用于对第一运放U1进行调零处理。该二阶高通有源滤波电路的下限截止频率可计算为:

二阶低通有源滤波电路包括第二运放U2、第三电阻R3、第四电阻R4、第三电容C3、第四电容C4和第二调零电位器RP1；其中，第二运放U2的型号为OP07，第二调零电位器RP2为第二运放U2的调零电阻。该二阶低通有源滤波电路下限截止频率可计算为:

线圈1产生的感生电信号经过带通滤波电路滤波后得到信号Vi+，该信号Vi+送入一级信号放大电路进行处理。

见图3，一级放大电路接收信号Vi+，并对信号Vi+进行一级放大，本一级放大电路具有很高的共模抑制比，对差分信号的放大有有较好的通带范围。

一级放大电路采用三运放差分放大电路，其包括第三运放U3、第四运放U4、第五运放U5以及若干增益电阻(第五电阻R5、第六电阻R6、第六电位器RP6)，第三运放U3和第四运放U4同相输入信号，相互并联后再与第五运放U5差分输入串联。第三运放U3、第四运放U4和第五运放U5的型号都为OP07。

输入信号分别从第三运放U3的第3脚Vi+和第四运放U4的第3脚Vi-端输入，该信号电压值等于第六电位器RP6两端的电压值，所以流过RP6的电流值为输入电压值除以RP6的有效阻抗，该值也等于流过R5以及R6中的电流。由此可以计算出U3输出端和U4输出端的电压差，该值等于R5、RP6、R6三电阻阻值乘以流过RP6的电流值。整个模块的输出信号计算:

该一级放大电路还包括用于给第三运放U3调零的第三调零电位器RP3，以及用于给第四运放U4调零的第四调零电位器RP4，以及用于给第五运放U5调零的第五调零电位器RP5。

见图4，二级放大及波形变换电路用于将一级放大的感生电信号进行二级放大，提高信号放大的增益值，以及将输出信号变换成单片机可以采样的方波信号。该二级放大及波形变换电路其包括反相比例放大电路、双向稳压管DR1以及三极管Q1。

反相比例放大电路包括电压比较器U6、耦合在电压比较器U6反相端的第十一电阻R11、耦合在电压比较器U6同相端和输出端之间的第十二电阻R12。一级放大电路输出信号输入到电阻R11端，当电压比较器U6输出信号幅度大于5V时，由于双向稳压管DR1的存在，将输出信号稳定在5V；当电压比较器U6输出信号幅度小于5V时，由于双向稳压管DR1的存在，将输出信号稳定在-5V。所以电压比较器U6的第6脚输出+5V时，由于三极管Q1发射极电压和基极电压相等，无电压差，三极管Q1截止，电阻R15上输出电压为0V；电压比较器U6的第6脚输出-5V时，发射极与基极之间有电压差，三极管Q1导通，电阻R15上输出电压为5V。将此方波信号送入单片机的P0.1口，单片机启动内部定时器，并采样电阻R15上方波信号的上升沿脉冲个数，就可以计算出单位时间的脉冲数，也即电机转速。

见图5，单片机U8的型号为STC89C52RC，其第14脚与三极管Q1耦合，输入方波。在单片机的外围还耦合有由电容Cr和电阻Rr组成复位电路，以及由晶振X1、电容Cx1、电容Cx2组成晶体振荡电路，晶振频率为12MHz。

显示器采用LCD1602型，其与单片机的P0.0～P0.7口耦合。单片机采样方波信号的脉冲个数，计算单位时间内的脉冲个数，即电机转速，再将电机转速在显示器LCD上显示。

需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种直流电机测速装置，其特征在于：线圈、带通滤波电路、一级放大电路、二级放大及波形变换电路和单片机；其中，

线圈用于采样直流电机转动产生的磁场，并产生感生电信号；

带通滤波电路包括相互串联的二阶高通有源滤波电路和二阶低通有源滤波电路，用于滤除感生电信号的杂波；

一级放大电路为三运放差分放大电路，用于对滤波后的感生电信号进行一级放大；

二级放大及波形变换电路用于将一级放大的感生电信号进行二级放大以及转换为方波信号，其包括反相比例放大电路、双向稳压管以及三极管；

单片机与三极管耦合，采样方波信号的脉冲个数，输出电机转速。

2.根据权利要求1所述的直流电机测速装置，其特征在于：所述二阶高通有源滤波电路包括第一运放、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容和第一调零电位器；所述二阶低通有源滤波电路包括第二运放、第三电阻、第四电阻、第三电容、第四电容和第二调零电位器。

3.根据权利要求1所述的直流电机测速装置，其特征在于：所述一级放大电路包括第三运放、第四运放、第五运放以及若干增益电阻，第三运放和第四运放同相输入，相互并联后再与第五运放差分输入串联。

4.根据权利要求1所述的直流电机测速装置，其特征在于：所述反相比例放大电路包括电压比较器、耦合在电压比较器反相端的第十一电阻、耦合在电压比较器同相端和输出端之间的第十二电阻。

5.根据权利要求1所述的直流电机测速装置，其特征在于：所述双向稳压管的基准电压为5V；所述三极管的发射极输入+5电压。

6.根据权利要求1所述的直流电机测速装置，其特征在于：所述单片机的型号为STC89C52RC，其第14脚与三极管耦合。

7.根据权利要求1所述的直流电机测速装置，其特征在于：还包括显示器，该显示器与单片机的P0口耦合，用于显示电机转速。